Corner法则反映了植物枝叶大小和数量配置的构型策略, 但是, 对于个体密度如何影响枝叶关系的理解仍不够深入。该研究选择浙江天童的25个植物群落, 通过比较枝大小(横截面积)-叶大小(总叶面积)关系和枝大小(横截面积)-枝数量(分梢密度)关系, 分析个体竞争对植物Corner法则的影响。结果显示: 1)在不同密度区间, 枝横截面积和总叶面积均显著异速正相关。2)个体水平上, 枝大小-叶大小回归方程的截距在低密度区间显著小于高密度区间, 表明在枝大小一定的条件下, 高密度群落的植物当年生枝条会支撑更大的总叶面积; 而物种水平上, 枝大小-叶大小回归方程的截距在不同密度区间没有显著性差异。3)枝横截面积与分梢密度显著负相关, 且各密度区间也存在显著小于-1的共斜率。4)个体水平和物种水平的分析结果都显示, 枝横截面积与分梢密度回归方程的截距在不同密度区间无显著差异, 表明高密度植物并没有比低密度植物在单位大小枝条上配置更多的分枝。总之, 植物枝大小-叶大小关系和枝大小-枝数量关系各自在不同的密度区间具有共同的变化斜率, 反映了天童地区植物Corner法则不随个体密度变化而改变。但是, 枝叶关系回归方程截距的改变表明, 个体竞争的加大会使得植物在枝叶大小的配置策略上进行调整, 从而可能通过生态位分化促进物种共存。

枝叶的大小和数量关系表征了植物应对环境胁迫的水力结构特征, 当前, 对其在微生境间的变化规律不太清楚。该研究在浙江天童常绿阔叶林中, 按照地形的凸凹差异, 各选择了10个群落, 采用标准化主轴估计方法, 分别比较了植物枝大小(横截面积)-叶大小(总叶面积)关系、枝大小(横截面积)-枝数量(枝稠密度)关系和叶大小(单叶面积)-叶数量(生叶强度)关系在两类生境的变化。结果发现: 1)在两类生境中, 枝横截面积和总叶面积显著异速正相关(p < 0.001), 存在显著大于1的共斜率; 其回归方程截距在凹型生境显著大于凸型生境, 表明在一定枝大小下, 凹型生境比凸型生境的植物枝条支撑更大的叶面积; 2)枝横截面积与枝稠密度显著负相关(p < 0.001), 且在两生境间存在显著小于-1的共斜率; 回归方程截距在生境间无显著差异(p > 0.05), 表明凹型与凸型生境的植物在单位大小枝条配置的分枝数相同; 3)单叶面积与生叶强度显著负相关(p < 0.001), 且也在生境间存在显著小于-1的共斜率; 回归方程的截距在凹型生境显著大于凸型生境, 表明在叶片大小相同时, 凹型比凸型生境的植物在单位大小枝条上支撑的叶片数更多。综上, 与凸型生境相比, 凹型生境植物单位大小枝条更倾向于支持数量较多的大叶片。本研究证明, 植物Corner法则和叶大小-叶数量的权衡在局域尺度也具普适性。枝叶大小和叶数量配置的调整体现了植物水力结构对凸凹生境不同水分供应的选择偏好。

探索流域生态承载力随土地利用类型及人口数量变化的时空变化格局对流域的可持续发展规划具有重要的生态意义。该研究通过对东江流域1989年、1994年、1999年、2004年、2009年5个时期Landsat-5 TM遥感影像的解译与分析, 利用变化率、单一动态度、综合动态度等指标, 探索了东江流域上、中、下游土地利用类型变化的时空格局。基于土地利用类型、东江流域人口数量、均衡因子、产量因子等数据, 进一步计算了东江流域人均生态承载力和总生态承载力, 并分析了影响生态承载力消长的因素。结果表明: (1) 1989-2009年东江流域各类用地结构调整明显。在城镇化加剧的同时, 森林植被也在改善, 两者并非是消长关系。但是上、中、下游表现出不同的变化格局, 上游和中游以园地向林地转移为主, 下游以耕地向城镇用地转移为主。(2)在1989-2009年20年间东江流域人口持续增长的情况下, 虽然流域人均生态承载力呈下降的趋势, 但其下降的幅度低于人口的增长速度, 总生态承载力仍呈增长的趋势, 说明20年间土地利用类型在优化发展。从时间来看, “十年绿化广东”结束之后的10年间(1994-2004年), 在人口增长的压力下, 人均生态承载力趋于相对平稳的状态。而之前的5年(1989-1994年)和之后的5年间(2004-2009年), 年人均生态承载力下降较明显, 前者与改革开放初期的大量开发有关, 后者与土地利用空间可优化的类型越来越少有关。流域内部不同区域的总生态承载力的变化趋势不尽相同, 上游和中游表现为先减小后增加的趋势, 下游表现为先增加后减小又恢复的趋势。综合来看, 东江流域人口对城镇化需求增加的同时, 并没有导致森林资源的恶化, 一定程度上实现了两者的协调发展。因而, 在人口增长对生态资源需求增长的情况下, 可以通过优化土地利用类型和提高总体生态服务功能, 来缓冲人均生态承载力下降的趋势。

陕西旬邑县子午岭的北桑寄生(Loranthus tanakae)寄生于子午岭优势种和建群种辽东栎(Quercus liaotungensis)上。该文通过调查子午岭北桑寄生的年龄结构, 编制了北桑寄生的静态生命表, 绘制了存活曲线、死亡率曲线、消失率曲线和生存函数曲线, 分析了种群的动态变化。结果表明: 子午岭北桑寄生种群存活曲线属于Deevey II型, 有较为稳定的死亡率, 消失率曲线和死亡率曲线变化趋势基本一致, 均有两个高峰, 一个出现在5龄, 另一个出现在10龄, 危险率曲线在6龄出现一个波动, 生存率曲线和累计死亡率曲线分别呈下降趋势和上升趋势, 均表现为前期高于后期, 北桑寄生在8龄后进入衰老期。由生存函数曲线年龄阶段看出, 子午岭北桑寄生种群具有前期、中期稳定, 后期衰退的特点。

幼苗是植被恢复演替的基础, 在生态系统中具有非常重要的作用。为了探索黄土丘陵沟壑区坡沟立地环境下幼苗的存活特征, 在陕西省安塞县宋家沟和纸坊沟流域设置15个固定样地进行定点动态监测, 运用单因素方差分析法和系统聚类分析法对不同立地环境下的幼苗密度和幼苗存活率进行了分析。结果表明: 1)不同坡沟立地环境下, 幼苗存活特征差异明显, 整体表现为阳坡幼苗密度较小而存活率较高, 阴坡幼苗密度较大但存活率较低。2)细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)、菊叶委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)等物种具有较高的幼苗存活率, 在生存竞争中幼苗是以“质”取胜; 而猪毛蒿(Artemisia scoparia)、中华苦荬菜(Ixeris chinensis)、阴行草(Siphonostegia chinensis)等物种具有较高的幼苗密度, 在生存竞争中是以“量”取胜。3)同一物种在坡沟立地环境下表现出不同的存活曲线, 不同物种在不同立地环境下也可呈现同一存活曲线; 细裂叶莲蒿、菊叶委陵菜、长芒草(Stipa bungeana)、阿尔泰狗娃花、兴安胡枝子(Lespedeza davurica)等物种, 幼苗不仅在雨季存活能力强且具有较强的越冬能力; 猪毛蒿、香青兰(Dracocephalum moldavica)、臭蒿(Artemisia hedinii)等物种在雨季前幼苗存活能力较强, 但冬季存活能力弱。4)坡面不同微环境下幼苗存活特征也存在差异, 即微环境的改变在一定程度上影响着幼苗的生长、存活和越冬。因此, 在黄土丘陵沟壑区应根据物种幼苗存活特性对幼苗进行适当的抚育管理, 这将有利于幼苗的建植和植被更新。

冠层光合参数的准确定量遥感反演是生态系统遥感模型的核心与关键。基于2011年玉米(Zea mays)整个生长发育期的冠层光谱反射率、生态系统CO₂通量、微气象因子以及玉米光合生理生态指标的观测数据, 开展了玉米农田生态系统冠层光合能力(P_max, 最大光合速率)与光合效率(ε_N, 净CO₂通量交换/吸收光合有效辐射(NEE_CO2/APAR); ε_G, 总初级生产力/吸收光合有效辐射(GPP/APAR); α, 表观量子效率)参数的多光谱遥感反演能力评估研究。结果表明, P_max和α在整个生长季呈现单峰型变化趋势, 分别于7月底、8月初达到峰值, 而光合效率参数ε_N和ε_G在玉米营养生长早期数值较高, 随着玉米生长发育迅速降低, 而后呈现单峰型的变化趋势, 峰值出现时间基本与P_max最大值发生时间一致。基于两波段任意组合的遥感植被指数NDVI (normalized difference vegetation index)、RVI (ratio vegetation index)、WDRVI (wide dynamic range vegetation index)、EVI2 (2-band enhanced vegetation index)和CI (chlorophyll index)与玉米冠层4个光合参数的统计分析表明, EVI2对冠层光合效率与光合能力参数的反演与表征效果最佳。研究表明, 多光谱遥感信息对玉米生态系统冠层光合参数的变异具有较强的敏感性, 可以用来监测玉米冠层光合作用的季节动态变化以及准确定量评估作物生产力和生态系统CO₂交换能力。

为进一步阐述光抑制的强光诱导和发生机制, 该文以喜阴植物玉簪(Hosta spp.)为材料研究其光抑制发生规律及其与环境光强的关系。结果表明, 全日照和遮阴条件下玉簪叶片发育分别形成适应强光和弱光的形态特征; 与遮阴处理相比, 强光下生长的玉簪光合速率和叶绿素含量较低, 但两种处理叶片最大光化学效率差异很小, 证明强光下植株可以正常生长且光合机构未发生严重的光抑制。将遮阴处生长的植株转移到全日照下, 光合速率和最大光化学效率急剧下降; 荧光诱导动力学曲线发生明显改变, 而且光系统II供体侧和受体侧荧光产量的变化幅度分别达到24.3%和34.2%, 表明玉簪由弱光转入强光后光系统II发生不可逆失活, 且受体侧受到的伤害较供体侧更严重。因此, 作者认为环境光强骤然提高并超过玉簪生长光强时很容易诱导其光合机构发生严重的光抑制。该研究对于理解植物适应光环境的策略以及喜阴植物的优质栽培有重要意义。

为探索不同花生(Arachis hypogaea)品种的旱后恢复能力, 研究花生品种耐旱性与光合特性的关系, 通过盆栽土壤水分控制实验, 测定了12个花生品种苗期对干旱胁迫与复水过程的光合响应特征, 并讨论了所测各性状参数与抗旱性强弱的关系, 包括对水分胁迫伤害的修复能力。结果表明, 根据苗期生物量抗旱系数, ‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’、‘农大818’的抗旱性较强, 且复水后植株产生超补偿生长效应, 补偿生长能力与抗旱性呈极显著正相关。叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)随干旱进程逐渐降低, 复水后逐渐增加, 抗旱性强的花生品种变幅较小。干旱7天, 大多数花生品种的光合参数值未有显著性差异。干旱14天, 抗旱性越强的花生品种光合参数值越高, 不同抗旱性花生品种的光合参数值有显著差异。‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’的P_n、G_s、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P在复水5天时恢复至对照水平, 复水10天时超过对照, ‘79266’、‘ICG6848’、 ‘白沙1016’、‘花17’在复水10天时仍未达到对照水平, 复水过程中抗旱性强的品种的光合参数显著高于抗旱性弱的品种。相关分析表明, 干旱胁迫14天和复水5天后, 花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P与品种抗旱性呈极显著正相关。因此, 可在苗期用40%土壤相对含水量胁迫14天及复水5天时花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P鉴定品种的干旱伤害程度及修复能力, ‘山花11号’可作为强干旱适应性鉴定的标准品种。

间作套种是我国主要的花生(Arachis hypogaea)种植方式之一。然而, 与单作相比, 在间作套种体系中, 花生截获的光能较少, 生长发育差, 产量低, 研究不同品种耐阴机理对选择适宜间作套种的花生品种具有重要意义。该研究用耐阴性不同的两个花生品种‘花育22号’ (强耐阴性)和‘白沙1016’ (弱耐阴性)为材料, 在大田条件下采用不同透光率遮阴网设置50%自然光强(中度弱光胁迫)和15%自然光强(严重弱光胁迫) 2个弱光处理, 从出苗期开始遮阴40天, 以自然光强为对照, 研究了弱光胁迫对花生功能叶片RuBP羧化酶活性和叶绿体超微结构的影响。结果表明: 光强为自然光照50%和15%的处理, ‘花育22号’ RuBP羧化酶活性与对照相比虽有降低, 但差异不显著, 而‘白沙1016’分别比对照低40.1%和59.4%, 显著低于对照。与对照相比, 50%自然光强下‘花育22号’叶绿体数不变, 叶绿体基粒数和基粒片层数显著增多, 叶绿体变长且发育完好, 15%自然光强下, 叶绿体数、基粒数和淀粉粒数显著减少, 叶绿体膜和基粒片层出现破损, 但叶绿体变长, 基粒片层数增加; ‘白沙1016’在50%自然光强下, 叶绿体数目和超微结构变化同‘花育22号’相似, 在15%自然光强下叶绿体变圆, 基粒数的降幅和基粒片层破损程度大于‘花育22号’且基粒片层数减少, 淀粉粒数增多。因此, 弱光胁迫特别是严重弱光胁迫条件下, 功能叶RuBP羧化酶活性降低幅度小、叶绿体超微结构受损程度低是‘花育22号’耐阴的光合生理基础。

为探究壳聚糖诱导促进红松(Pinus koraiensis)多酚合成的生理调控机制, 以红松幼苗为实验材料, 在DCR培养基中添加不同浓度的壳聚糖, 诱导8天后测定多酚和原花青素的含量, 筛选有利于多酚积累的最佳的壳聚糖浓度。随后测定最佳浓度壳聚糖诱导下红松幼苗中多酚物质积累量、防御酶活性和多酚合成途径关键酶活性随时间的变化。结果显示: 50-200 mg·L^-1壳聚糖可以有效地提高多酚和原花青素的积累量。壳聚糖浓度为100 mg·L^-1时诱导效果最佳, 多酚积累量可以达到(9.91 ± 0.68) mg·g ^-1鲜质量, 是对照组的1.64倍; 原花青素积累量可以达到(2.52 ± 0.11) mg·g ^-1鲜质量, 是对照组的1.53倍。100 mg·L^-1壳聚糖诱导下红松幼苗防御相关酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)和多酚合成关键酶(苯丙氨酸转氨酶、肉桂酸4-羟化酶)迅速做出响应, 活性显著高于对照组。壳聚糖能够显著地激活红松幼苗的防御反应和苯丙烷代谢途径, 从而促进抗氧化物质多酚的合成与积累, 有利于提高红松幼苗的抵抗力。

为研究依据不同土层的土壤质量含水量进行测墒补灌对小麦(Triticum aestivum)拔节期与开花期旗叶荧光特性和水分利用效率的影响, 2011-2012和2012-2013年度两个小麦生长季, 设置0-20 (D1)、0-40 (D2)、0-60 (D3)和0-140 cm (D4) 4个土层进行处理, 测定土壤质量含水量, 以各土层平均土壤相对含水量在拔节期为65%和在开花期为70%为目标相对含水量进行补灌, 全生育期不灌溉为对照(D0)。结果表明: (1) D2处理拔节至开花期40-100 cm土层和开花至成熟期40-140 cm土层的土壤贮水消耗量高于其他处理, 开花至成熟期是小麦贮水消耗的最大时期。(2)开花后旗叶水分利用效率、PSII潜在活性(F_v/F_o)、PSII电子传输活性(F_m/F_o)、相对电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(q_P) D2处理最高, D3次之, D0最低。(3)两个小麦生长季, 各处理的籽粒产量为D2 > D3 > D1 > D4 > D0, D2的水分利用效率分别为20.19 kg·hm^-2·mm^-1和21.92 kg·hm^-2·mm^-1, 高于D0、D3和D4处理, 与D1处理间无显著差异。综合分析, 小麦拔节期和开花期依据0-40 cm土层的土壤质量含水量进行测墒补灌可兼顾高产和高水分利用效率。

为明确砂姜黑土区小麦(Triticum aestivum)产量和品质形成的耕作方式及施氮量最优组合, 在大田试验条件下, 以深松、旋耕和常规耕作3种耕作方式为主区, 0、120、225、330 kg·hm^-2 4个施氮量为副区, 研究了不同耕作方式及施氮量组合对小麦拔节后氮代谢、籽粒产量和蛋白质含量的影响。结果表明, 随着生育期的推进, 叶片谷氨酰胺合成酶活性、游离氨基酸含量和可溶性蛋白含量均呈先升后降的趋势, 深松方式配合中高氮处理的峰值在花后10天, 而常规耕作和旋耕的4个施氮处理以及深松的低氮处理峰值多在开花期。与常规耕作和旋耕相比, 深松耕作显著降低了10-40 cm的土壤容重, 提高了土壤总空隙度和根干质量, 有利于中后期根系氮素吸收。耕作方式和施氮量对籽粒产量和蛋白质含量影响显著, 均以深松方式最高。3种耕作方式下小麦产量和蛋白质含量均随施氮量增加而增加, 籽粒产量以深松方式配合330 kg·hm^-2施氮量最高, 而常规耕作和旋耕方式的产量在施氮量为225 kg·hm^-2时达到最大。3种耕作方式下籽粒蛋白质含量均以施氮225 kg·hm^-2最高。因此, 在砂姜黑土区宜采用深松耕作方式配合适宜的施氮量, 以改善土壤条件, 促进根系氮素吸收, 延长叶片功能期, 达到产量与蛋白品质提升之目的。

以甘蓝型欧洲油菜(Brassica napus) ‘814’和‘湘油15’两个品种为研究对象, 探寻在两个CO₂浓度(自然CO₂浓度: 400 μmol·mol^-1和高CO₂浓度: (800 ± 20) μmol·mol^-1)和两个氮素水平(低氮和常氮)处理下, 欧洲油菜韧皮部汁液中可溶性糖和游离氨基酸含量, 以及根部干物质量和氮素累积量的变化。结果表明: 1) CO₂浓度升高提高欧洲油菜韧皮部汁液可溶性糖含量, 施氮条件下‘814’在抽薹期达到0.29%, ‘湘油15’在盛花期达到0.25%, 其含量均显著高于自然CO₂浓度处理。2) CO₂浓度对韧皮部汁液游离氨基酸含量的影响因品种而异, 无论施氮与否, CO₂浓度升高使‘814’的游离氨基含量降低; 而‘湘油15’ CO₂浓度升高促使其在低氮条件下含量升高, 在常氮条件下则降低。3)根部干物质量和氮素累积量均随CO₂浓度升高而增加, 且欧洲油菜韧皮部汁液中可溶性糖含量与游离氨基酸含量与根部干物质量和氮素累积量呈显著正相关。

为了评估新型转基因棉花的育种价值, 评价其对棉田生态环境安全性的影响, 2012-2013年连续2年以新型转RRM2基因棉花(Gossypium hirsutum)为材料, 以其亲本‘中棉所12’为对照, 系统研究了棉田节肢动物群落的结构与组成、群落特征参数及其季节性动态变化, 同时结合气候条件分析比较了转基因棉花和非转基因棉花的生长势和产量构成因素。结果表明: 相同年份新型转RRM2基因棉田昆虫群落、害虫亚群落和天敌亚群落的结构与组成、多样性指数、均匀度指数、优势集中性指数及棉花生长期相对丰度动态变化均与对照无显著差异; 与2012年相比, 2013年转基因棉田和非转基因棉田节肢动物群落、棉花生长及产量构成因素的各项指标总体上呈下降趋势; 转基因棉田和非转基因棉田优势天敌功能团动态均滞后于优势害虫功能团, 因此棉花生长前期应适时防治棉花害虫。