根据中国物候观测网资料并结合气象观测数据, 重新编制了北京颐和园地区1981-2010年的自然历。通过与原自然历比较, 揭示了北京物候季节变化特征, 分析了1963年以来物候季节变化的可能原因。研究发现: 与原自然历相比, 1981-2010年北京的春、夏季开始时间分别提前了2天和5天, 秋、冬季开始时间分别推迟了1天和4天; 夏、秋季长度分别延长了6天和3天, 春、冬季长度则分别缩短了3天和6天; 各个物候期的平均日期、最早日期、最晚日期在春、夏季以提前为主, 在秋、冬季以推迟为主; 且春、秋、冬季节内部分物候期次序也出现了不同程度的变化。春、夏、冬季开始日期前的气温变化和秋季开始日期前的日照时数变化可能是北京颐和园地区物候季节变化的主要原因; 不同物种、不同物候期对气温变化的响应程度不同, 导致了物候季节内各种物候现象出现的先后顺序发生变化。

土壤碳矿化(或土壤异养呼吸)的温度敏感性和激发效应是深入揭示土壤呼吸控制机理及其对未来气候变化响应与适应的重要研究方向。该文以自由放牧(FG0)、封育11年(FG11)、封育31年(FG31)的羊草(Leymus chinensis)草地为研究对象, 通过0、5、10、15、20、25 ℃培养, 探讨了封育对羊草草地土壤碳矿化激发效应和温度敏感性的影响。结果表明: 封育年限、添加葡萄糖、培养温度和培养时间对土壤碳矿化速率均具有显著的影响, 不同因素间存在显著的交互效应(p < 0.000 1)。FG0的羊草草地土壤碳矿化累积量显著高于FG11和FG31的, 在添加葡萄糖处理下也呈现相同的趋势。长期封育降低了羊草草地土壤碳矿化的激发效应。在添加葡萄糖后, 培养前7天的土壤碳矿化的激发效应随温度增加而增加, 增加2.28-9.01倍; 在整个56天培养期间, 激发效应介于2.21-5.10倍, 最高值出现在10或15 ℃。土壤碳矿化速率可用经典的指数方程来表示, FG0草地的土壤碳矿化的温度敏感性指数(Q₁₀)大于长期封育草地(FG11和FG31); 与未添加处理相比, 添加葡萄糖显著增加了土壤碳矿化速率的温度敏感性, 即在添加葡萄糖后土壤微生物呼吸受温度的影响更大。长期封育会降低羊草草地土壤的碳矿化速率、温度敏感性和激发效应, 从而降低土壤碳周转速率和释放速率, 使内蒙古地区长期封育草地仍然具有碳固持能力。

植被降水利用效率(precipitation use efficiency, PUE)是反映生态系统水、碳循环相互关系的重要指标。该文利用GLOPEM-CEVSA模型模拟了青藏高原2000-2008年植被净初级生产力(net primary production, NPP), 以97个野外草地样点实测地上净初级生产力(above-ground net primary productivity, ANPP)对模拟NPP进行验证, 模拟NPP与ANPP线性显著相关(R ² = 0.49, p < 0.001)。利用降水量空间插值数据, 分析了近9年青藏高原植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE及其与降水量之间的变化关系。结果表明: 2000-2008年青藏高原地区植被年平均PUE沿东南向西北递减, 降水量和气温对植被PUE有着重要的影响; PUE在不同植被类型间差异较大, 其中农田PUE最高, 高寒草甸PUE高于高寒草原。在不同降水区域植被PUE与降水量的关系不同, 降水量低于90 mm的区域, 植被PUE值最低((0.026 ± 0.190) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差)、波动最大(变异系数CV = 721%), 与降水量和气温不相关(p = 0.38)。降水量为90-300 mm的地区, 植被PUE较低((0.029 ± 0.074) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差)、波动较大(CV = 252%), 与降水量和气温显著相关(p < 0.001), 降水量和气温能够解释PUE空间变化的43.4%, 其中降水量的影响是气温的1.7倍。降水量为300-650 mm的区域占整个研究区的45%, 主要植被类型为高寒草原, 植被PUE较高((0.123 ± 0.191) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差), CV为155%; 植被PUE的空间变化与降水量和气温极显著相关(p < 0.001), 降水量和气温能够解释植被PUE空间变化的97.8%, 但以气温影响为主导, 其影响是降水量的1.5倍。降水量为650 mm的区域, 植被PUE达到最高(0.26 g C·m ^-2·mm ^-1)。降水量为650-845 mm的区域主要是西藏林芝地区, 植被以常绿针叶林为主, PUE最高((0.210 ± 0.246) g C·m ^-2·mm ^-1, 平均值±标准偏差)、波动最小(CV = 117%); 降水量和气温可解释植被PUE空间变化的93.1% (p < 0.001), 降水量的影响是气温的3.5倍, 但其影响为负。

植物物种多样性与生产力之间的关系是群落生态学的一个热点问题, 目前仍存在着很多争议。为探究自然群落中二者之间的关系, 对青藏高原亚高寒草甸3个样地的自然植物群落分别进行了不同取样面积的抽样调查。结果显示, 取样样地和取样尺度均对物种丰富度有显著影响, 取样样地而非取样尺度对群落地上生物量有显著性影响。在某一时刻对某一样地进行取样, 其单位面积生产力并不因取样面积的增加而提高, 而是保持恒定的, 尽管物种数随取样面积的增加而有明显增多。物种多样性与生产力之间的回归关系因样地与取样尺度不同而不同, 有U型、单峰型、正线性相关和无相关性, 其中无相关性出现的最多。据此推测, 亚高寒草甸群落物种多样性与生产力之间不存在某种确定性关系, 或者说, 亚高寒草甸物种多样性和生产力之间不存在必然的因果联系。

对大兴安岭北部两株樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)树轮样品的年内稳定碳同位素比率(δ ¹³C)进行测定, 结果表明: 樟子松树轮年内δ ¹³C值在不同生长阶段总体表现出每年生长季中期最高、早期次之、晚期最低的变化特征。δ ¹³C的年内变化趋势在幼龄期至速生期变化剧烈, 成熟期至衰老期相对平缓。从幼龄期至衰老期的整个生长阶段, 同时期年内δ ¹³C的变动幅度基本为晚材大于早材。幼龄期年内晚材的δ ¹³C一直明显高于早材, 而成熟期年内早晚材δ ¹³C的差别逐渐减小, 至衰老期年内晚材δ ¹³C已低于早材且无显著差别。树轮δ ¹³C的年内变化主要体现在生长季中后期, 即早晚材之间的过渡段至晚材。年内不同时段的δ ¹³C序列与同时段的宽度去除生长趋势序列(去趋势序列)之间的相关性随生长季节的推移而逐渐降低。当年早材宽度与前一年晚材宽度显著正相关, 当年早材δ ¹³C序列与前一年晚材宽度和当年早材宽度的去趋势合并序列呈现较显著的负相关性, 与前一年晚材δ ¹³C序列或宽度去趋势序列之间均未表现出显著的相关性。分析结果表明: 早材的形成很可能来源于前一年光合作用的产物, 在利用树轮年内不同材质宽度或δ ¹³C序列进行气候环境重建时需要考虑这一点。年内早材、过渡段和晚材三个时段的δ ¹³C分别对应于4月下旬至6月中旬土壤湿度较大、温度上升较快的时期, 6月下旬至7月中旬降水增加、温度达到最高而相对湿度降低的时期, 以及7月下旬至9月中旬降水增加、温度下降而相对湿度较大的时期。

枝条大小和数量关系反映了植物适应环境胁迫的构型和生物量分配策略。该研究以浙江天童木本植物为对象, 通过对小枝大小(横截面积)与数量(稠密度)关系的研究发现: 1)小枝稠密度与枝截面积显著负相关(斜率为-1.32, CI = -1.48- -1.17; p < 0.05); 2)在相同曝光度, 在II级曝光环境(植株40%-80%暴露在直射光中)中常绿植物比落叶植物单位小枝截面积的小枝稠密度高, 而在I级(植株<40%暴露在直射光中)和III级(>80%暴露在直射光中)曝光环境中, 小枝稠密度在两种生活型间无显著差异; 3)在不同曝光度下, 常绿植物单位枝条在I和II级比III级曝光水平具有更高的小枝稠密度; 但落叶植物单位枝条的小枝稠密度在3个曝光水平相同; 4)相同枝条大小下, 4 m以下灌木比4 m以上的亚乔木和乔木具有更高的小枝稠密度。总之, 天童地区木本植物的小枝“大小-数量”关系符合Corner法则(描述枝叶“大小-数量”关系的法则), 且在不同生活型间存在差异, 常绿植物相对于落叶植物, 灌木相对于乔木具有较高的小枝稠密度, 从而有利于它们适应光资源的限制。

光响应曲线的参数是研究植物生理状态的重要指标, 常用的光响应曲线模型无法准确地计算出光饱和点和最大净光合速率。该文利用光响应曲线新模型——指数改进模型、直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型和指数模型, 拟合高粱(Sorghum bicolor)、苋(Amaranthus tricolor)、大麦(Hordeum vulgare)和半夏(Pinellia ternata)的光响应曲线, 并随机选取部分数据进行检验, 得到了各模型计算出的主要生理参数, 并对这些数据进行了比较分析, 讨论了各模型之间的优缺点和准确性, 描述了C₃、C₄植物光响应的适宜性。结果表明, 基于C₃植物得到的指数改进模型和直角双曲线修正模型能较准确地计算出C₃、C₄植物饱和光强和最大净光合速率, 并在描述光响应曲线时比另外3个模型具有更高的精确性和适宜性。实验结果可为光响应曲线模型在C₃和C₄光合途径植物中的应用提供参考。

以盆栽平邑甜茶(Malus hupenhensis)为实验材料, 研究等氮(N)量分次追施N肥(一次、二次和三次)对平邑甜茶叶片衰老及 ¹⁵N-尿素吸收、利用的影响。采用 ¹⁵N示踪技术, 研究不同施肥处理下植株的生长、酶活性和 ¹⁵N吸收利用等参数。研究结果表明: 植株的株高、茎粗、叶面积和叶绿素含量(SPAD)在生长前期均以一次性追肥处理最高, 三次追肥处理最低, 且与一次追肥处理差异显著; 在生长中期均以二次追肥处理最高, 一次追肥处理最低; 在生长后期均以三次追肥处理最高, 一次追肥处理最低, 且与三次追肥处理差异显著; 叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性在生长前期均以一次追肥处理最高, 三次追肥处理最低, 且与一次追肥处理差异显著; 在生长中期均以二次追肥处理最高, 一次追肥处理最低; 在生长后期均以三次追肥处理最高, 一次追肥处理最低, 且与三次追肥处理差异显著; 生长后期植株各器官从肥料中吸收分配到的 ¹⁵N量对该器官全N量的贡献率差异显著, 三次追肥处理显著高于一次和二次追肥处理; 生长后期三次追肥处理植株的总N量、吸收的 ¹⁵N量及 ¹⁵N肥料利用率均为最大。三次追肥处理能提高叶片全N量, 延缓生长后期叶片衰老, 提高N肥利用率。