植被降水利用效率(precipitation-use efficiency, PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。该研究利用光能利用率CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001-2010年内蒙古地区植被净初级生产力(net primary productivity, NPP), 结合降水量的空间插值数据, 分析了近10年内蒙古地区植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明: 2001-2010年内蒙古地区所有植被的平均PUE为0.94 g C·m^-2·mm^-1, 且在105-120° E地带性规律明显,PUE上升速率为每10° 0.55 g C·m^-2·mm^-1。各植被类型间PUE差别较大, 其中灌丛PUE最高, 荒漠PUE最低。在不同的降水量区域, 植被PUE的空间分布与气候因子的关系有较大差别, 0-75 mm降水量区间内, PUE随降水量、气温的升高显著下降(R² = 0.226, p < 0.05); 175-300 mm降水量区间内, 植被 PUE的空间变化与降水量和气温呈极显著相关关系(R² = 0.878, p < 0.001), 且随降水量的增加显著上升( R² = 0.94, p < 0.001), 变化速率约为每100 mm降水0.57 g C·m ^-2·mm^-1; 在降水量大于475 mm的区域, 植被PUE的空间分布与降水量、气温的相关性显著(R² = 0.19, p < 0.05), 且随着气温的上升、降水量的下降而增加, 其中气温的贡献是降水量的8.61倍。在不同的降水量区域, 植被 PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别, 对于年降水量0-220 mm的地区, PUE的年际波动与降水量呈正相关性、与气温呈负相关性; 在年降水量为220-310 mm的地区, PUE的年际波动主要受降水量的控制, 受气温影响较小; 在年降水量>310 mm的地区,PUE的年际波动与降水量、气温均呈正相关关系, 但在降水量越高的地区, PUE的年际波动与降水量的相关性越弱, 与气温的相关性越强。植被覆盖度与PUE的空间分布极显著相关(R² = 0.73, p < 0.001), 且与 PUE的年际波动也存在线性相关关系(R² = 0.11, p < 0.001); 叶面积指数( LAI)与PUE的年际波动呈线性相关关系(R² = 0.42, p < 0.001), 而当 LAI < 3.15时, PUE的空间分布随LAI增加而呈线性增加。

为了探究三江平原沟渠土壤种子库在湿地植物保护中的作用及其在湿地恢复中的潜力, 该文采用幼苗萌发法与样方调查相结合的方法, 对三江平原不同开挖年限沟渠的土壤种子库特征及其与地上植被的关系进行了研究。结果表明: 沟渠具有较大规模的土壤种子库, 边坡种子库显著大于底泥种子库, 边坡种子库密度为8973-25000 seeds·m^-2, 底泥种子库密度为506-1488 seeds·m^-2。开挖10年、20年和30年的沟渠土壤种子库共有50种植物萌发, 隶属于20科41属。开挖10年、20年和30年的沟渠土壤种子库萌发物种数分别为37种、34种和33种, 地上植被物种数分别为25种、33种和22种。土壤种子库和相应地上植被的相似性系数分别为38.7%、35.8%和32.7%。随着植物群落演替的进行, 地上植被的Simpson指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均逐渐增大。三江平原沟渠土壤种子库和地上植被中保存了大量湿地植物, 表明沟渠具有保护植物物种多样性的作用, 沟渠土壤种子库具有湿地恢复的潜力。随着沟渠开挖年限增加, 沟渠植物群落呈现退化特征, 建议对沟渠系统加强管理。

近年来大气氮(N)沉降的增加, 导致森林土壤中有效N含量增加、N:P发生改变, 研究N沉降对低磷(P)胁迫下林木根系分泌和P效率的影响具有重要意义。该文以马尾松(Pinus massoniana)家系作为试验材料, 设置模拟N沉降与同质低P (介质表层与深层均缺P)、异质低P (介质表层P丰富、深层缺P)耦合的二年生盆栽实验, 系统研究了模拟N沉降对低P胁迫下马尾松根系分泌性酸性磷酸酶(APase)活性、有机酸分泌以及P效率的影响。结果表明: (1)同质低P和异质低P下, 模拟N沉降均显著提高了植株N:P化学计量比、增加了P素的相对匮乏程度, 从而诱导根系增加了APase和有机酸的分泌, 而同质低P比异质低P下增加幅度更大, 其中有机酸分泌均与马尾松生长呈正相关关系, 而APase活性与P效率相关性较小; (2)同质低P下, N沉降虽然增加了根系分泌, 但未提高马尾松P素吸收和生长量, 其原因在于, 同质低P下植株N:P过高, 因而植株对N沉降敏感性低; 在异质低P下, 植株表现为N、P共同限制, 因而对N敏感性较高, N沉降增加了根系分泌, 同时提高了N和P吸收效率、增加了生物量; (3)马尾松根系分泌对模拟N沉降的响应存在较大的家系差异。同质低P下, 家系71×20的有机酸分泌和生物量对N沉降的响应幅度较大; 异质低P下, 家系36×29、71×20和73×23对N沉降的响应幅度较大。

采用全根挖掘法挖取塔克拉玛干沙漠南缘3种主要防护林植物种——多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和新疆杨(Populus albavar. pyramidalis)成年植株根系, 测定并分析了根系构型及其拓扑结构。结果表明: 1)多枝柽柳和梭梭的根系趋向于鱼尾状分支结构, 新疆杨根系为叉状分支结构, 根系分支结构的差异使其资源获取能力和对环境的适应能力有所差异; 2)三种植物最小的根系平均连接长度为33.67 cm, 多枝柽柳和梭梭的根系连接长度大于新疆杨, 增加连接长度对植物在资源贫瘠的沙质土壤环境的生存有利; 3)新疆杨的根系分支率显著高于多枝柽柳和梭梭, 但其对干旱的适应性不如多枝柽柳和梭梭。4)三种植物根系分支均遵循Leonardo da Vinci法则, 且不受根系直径的约束。三种防护林植物在水、养资源获取与土壤空间拓展方面具有差异性, 表明在相似的极端干旱环境中3种植物采取了不同的生态适应策略。

区分森林土壤呼吸组分是了解生态系统碳循环的重要环节。该文以福建省三明市格氏栲自然保护区米槠(Castanopsis carlesii)人工林和邻近的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 于2012年8月至2013年7月, 采用LI-8100开路式土壤碳通量系统, 通过挖壕沟方法, 测定了土壤呼吸及异养呼吸的速率, 同时测定了5 cm深处的土壤温度和0-12 cm深处的土壤含水量。利用指数模型和双因素模型, 分析土壤呼吸及其组分与土壤温度和土壤含水量的关系, 同时计算了土壤呼吸各组分在土壤呼吸中所占的比例, 并分析了不同森林类型对土壤呼吸及其组分的影响。结果表明: 米槠人工林和杉木人工林土壤呼吸及其组分的季节变化显著, 均呈单峰型曲线, 与5 cm深处的土壤温度呈极显著正相关关系。土壤温度可以分别解释米槠人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的70.3%、73.4%和58.2%, 可以解释杉木人工林土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸变化的77.9%、65.7%和79.2%。土壤呼吸及其组分与土壤含水量没有相关关系。米槠和杉木人工林自养呼吸的年通量分别为4.00和2.18 t C·hm^-2·a^-1, 占土壤呼吸年通量的32.5%和24.1%; 异养呼吸年通量分别为8.32和6.88 t C·hm^-2·a^-1, 分别占土壤呼吸年通量的67.5%和75.9%, 米槠人工林土壤呼吸及其组分的年通量都大于杉木人工林。

方法 Method

以羊草(Leymus chinensis)-内生真菌共生体为研究对象, 分别在野外样地和室内盆栽两种实验条件下研究了内生真菌感染对土壤特性和微生物群落结构的影响。结果显示：在处理时间较长并伴随有枯落物分解的羊草样地中, 内生真菌感染促进了土壤氮(N)的积累, 提高了30天培养时间内土壤初始碳(C)矿化速率和前3天土壤矿化量和土壤矿化总量; 而在处理时间较短且没有地上枯落物分解的盆栽羊草中, 内生真菌感染对土壤的C、N含量及C矿化均无显著影响。无论是野外样地还是室内盆栽实验, 内生真菌感染均未引起土壤微生物磷脂脂肪酸种类的变化, 但内生真菌感染均有提高土壤微生物生物量的趋势, 内生真菌显著增加了盆栽羊草土壤中细菌、革兰氏阴性细菌、真菌磷脂脂肪酸含量和磷脂脂肪酸总量, 增加了羊草样地土壤中革兰氏阳性细菌和放线菌的磷脂脂肪酸含量。总体看来, 内生真菌感染能够改变土壤N积累和C矿化率, 并且改变土壤中微生物群落的结构, 这有助于进一步认识内生真菌与羊草之间的共生关系及其在生态系统C、N循环中所起的作用。

土壤激发效应是指由各种有机物质添加等处理所引起的土壤有机质周转强烈的短期改变。根际是激发效应最主要也是最重要的发生部位。根际激发效应能够反映生态系统土壤碳氮周转的速度, 并影响植物、土壤微生物等对养分的获取和竞争, 维持生态系统各组分间的养分平衡。虽然对根际激发效应的产生机制已取得一定程度的认知, 但是对根际激发效应在土壤碳氮转化过程中的作用机理及其生态重要性依然缺乏足够的理解。该文在论述激发效应的研究历史和主要发生部位的基础上对最新研究进展进行了综合分析, 提出了一个具体的根际激发效应的发生机制, 深入剖析了影响根际激发效应的生物与非生物因素, 并阐释了根际激发效应的生态重要性, 对未来根际激发效应的研究方向进行了展望。

雌全同株是指雌花和两性花共同发生在同一植株上的性表达形式。作为被子植物从雌雄同花(两性花)向雌雄同株异花进化的一个重要阶段, 雌全同株性系统在减少昆虫对雌性的取食和伤害、提高异交率以减少近交衰退、减少雌/雄功能干扰、提高雌/雄性功能间资源分配的灵活性, 以及吸引传粉者等方面具有重要的进化适应意义。根据APG III分类系统, 雌全同株性系统在被子植物木兰分支(magnoliids)的短蕊花科、单子叶植物分支(monocots)的天南星科和禾本科, 以及核心真双子叶植物分支(core eudicots)中的菊科、苋科、唇形科和石竹科等23科中均有报道, 且以菊科植物中最多。雌全同株植物不同类群的雌花和两性花在位置、形态、大小及开花时间等性表达特征上表现出多样化, 且这些特征不仅受遗传因子的调控, 还受可获得资源(如营养、光照、温度和水分等条件)的制约。该文针对我国对雌全同株性系统的研究还相对较少的现状, 重点对具雌全同株性系统的类群在被子植物中的分布与系统演化、性表达与环境的关系等方面进行了分析与总结, 并对有关其进化适应意义的5个假说进行了介绍和评价, 对今后的研究方向进行了展望, 以期为推动我国对被子植物雌全同株性系统的进化式样与机制研究提供理论资料。