冬季土壤呼吸能释放生长季所固存的碳, 因而在陆地碳循环中占有重要地位。随着全球气候变暖, 平均地表温度将升高0.3-4.8 ℃, 且冬季增温更加明显, 而温度的升高会促进更多CO₂的释放。另外, 滨海湿地地下水位浅, 淡咸水交互作用明显, 增温能引起土壤表层盐分升高, 从而影响土壤呼吸。该研究以黄河三角洲滨海湿地为研究对象, 采用红外辐射加热器模拟增温, 研究了该地区非生长季土壤呼吸的日动态及季节动态, 同时探讨了土壤呼吸对环境因子的响应机制。结果显示: 日动态中, 增温与对照的土壤呼吸速率变化趋势一致, 为单峰曲线; 在平均日变化中, 整个非生长季不同处理的土壤呼吸速率无显著差异, 而土壤温度和土壤盐分均为增温大于对照, 并且土壤呼吸峰值时间均比土壤温度提前。季节动态中, 整个研究期分为非盐分限制阶段(2014年11月-2015年2月中旬)和盐分限制阶段(2015年2月中旬-2015年4月)。在整个非生长季, 土壤呼吸速率无显著差异; 在非盐分限制阶段, 当10 cm土壤温度升高4.0 ℃时, 土壤呼吸速率显著提高22.9%, 而土壤呼吸温度敏感性系数(Q₁₀)与对照相比有所降低; 在盐分限制阶段, 尽管土壤温度升高3.3 ℃, 土壤呼吸速率却降低了20.7%, 这可能是由于增温引起了土壤盐分的升高, 同时由增温引起的土壤含水量的升高在一定程度上也限制了土壤呼吸, 而此阶段增温对Q₁₀无显著影响。因此, 在滨海湿地中, 增温除了直接影响土壤温度, 还可通过影响土壤水盐状况来影响土壤呼吸, 进而影响滨海湿地土壤碳库。

该文以福建武夷山亚热带常绿阔叶林为研究对象, 通过设置3个氮(N)添加梯度的野外实验, 研究了群落内乔木植物、灌木植物、草本植物、蕨类植物和苔藓植物叶片N、磷(P)化学计量特征对N沉降的响应, 以及不同功能群和物种化学计量特征对N沉降响应的差异。在已开展5年人工N添加的样地内, 3年的监测结果表明: N添加整体上提高了植物叶片N含量, 草本层植物叶片N含量对N添加的响应比乔木层和灌木层植物更加敏感, 优势种米槠(Castanopsis carlesii)、草本植物砂仁(Amomum villosum)、蕨类植物狗脊(Woodwardia japonica)的叶片N含量显著增加。N添加整体上增加了植物叶片P含量, 乔木层植物和灌木层植物叶片P含量没有显著变化, 草本层植物叶片P含量显著增加, 而苔藓植物叶片P含量显著减少。N添加促使武夷山亚热带常绿阔叶林植物叶片N:P由18.67上升至19.72, 加剧了植物生长的P限制; 乔木物种N:P的变化较灌木和草本物种更加稳定。N添加条件下, 植物叶片N:P的变化主要受到叶片P含量而非N含量变化的影响, N添加对生态系统P循环的影响显著。

根系是植物吸收土壤营养的关键部位, 不同径级根系的形态和功能差异不仅与植株自身的遗传因素有关, 而且受到土壤中营养元素分布和水平的影响。在我国亚热带高氮沉降和酸性红壤磷匮乏及不均一的土壤环境下, 研究林木不同径级根系对外界营养环境变化的响应有利于深入了解林木根系的觅养机制及规律。该文以马尾松(Pinus massoniana)无性系19-5 (高磷效率)和21-3 (低磷效率)为材料, 在同质低磷和异质低磷两种盆栽处理下, 设置3个氮水平(对照、中氮和高氮)的模拟氮沉降实验。结果表明: 1)马尾松无性系苗木的生长受磷环境、氮水平和无性系三因素共同影响, 模拟氮沉降显著促进了异质低磷下马尾松苗高和整株干物质量的增加, 而在同质低磷下氮效应不显著; 在异质低磷、高氮下, 无性系19-5的苗高和整株干物质量分别是无性系21-3的1.1倍和1.6倍。2)马尾松各径级细根长度和表面积随径级增大而减小, 模拟氮沉降促进了直径≤1.5 mm的细根的增生发育, 直径1.5-2.0 mm的细根和>2.0 mm的较粗根无明显变化; 另外, 直径≤1.5 mm的细根长度占总根长的比例保持在90.4%-92.8%范围内, 受氮影响较小。3)模拟氮沉降显著提高了异质低磷下无性系19-5≤1.5 mm的细根长度和表面积, 同时, 其根系氮、磷吸收效率较对照分别高出93.3%和148.4%; 无性系21-3的根系氮、磷吸收效率受氮影响较小; 根系氮、磷利用效率均无显著变化。上述结果表明, ≤1.5 mm的细根的增生发育和氮、磷吸收效率的提高可能是磷高效马尾松无性系应对高氮低磷环境的重要响应机制。

诊断外来植物和本地种的资源利用方式是入侵生态学研究的热点问题。叶片氮(N)、磷(P)含量和化学计量特征可以反映受侵地区植物的N、P吸收能力和限制状况, 为把握外来植物的入侵能力、为本地植物共存或消失的机制提供基础科学依据。该研究以我国西南地区典型外来入侵植物(飞机草(Chromolaena odorata)、紫茎泽兰(又叫破坏草, Ageratina adenophora))及其共存的本地植物为对象, 探讨不同入侵条件下入侵种及其共存的本地植物的N、P利用策略。在云南西双版纳孔明山研究区, 调查了无入侵条件下和飞机草与紫茎泽兰的不同入侵程度(按入侵种生物量比例划分)下的物种数量和生物量, 分析了主要植物的叶片N、P含量和N:P值。结果显示: 尽管群落地上生物量随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加而增加, 但本地植物种数随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加而显著减少。飞机草与紫茎泽兰的叶片N、P平均含量无显著差异, 但均显著高于无入侵条件下的本地植物以及与其共存的本地植物。两种入侵植物的N、P含量均随它们所占样方总生物量的比例增大而升高, 本地植物N含量也有相似的变化趋势。当对比入侵和无入侵两类样方的同种植物N、P和N:P变化时发现多数本地种叶片P含量呈降低趋势, N含量和N:P呈升高趋势。根据叶片N、P绝对含量和N:P值及其随入侵的变化规律, 推测入侵可能提高了植物的N可利用性, 但本地植物仍然受N限制; 入侵植物N:P值总体小于10与其具有相对于N吸收的较高的P吸收能力有关。该研究揭示了西南典型外来入侵植物具有较强的N、P吸收富集能力。

森林凋落物动态是森林生态系统过程中的重要组成部分, 探索森林凋落物动态特征与微气候间的关系, 对深入了解生态系统变化过程运行机理具有重要意义。该研究以浙江普陀山岛典型森林类型枫香(Liquidambar formosana)林、天竺桂(Cinnamomum japonicum)+红楠(Machilus thunbergii)林、马尾松(Pinus massoniana)林、青冈(Cyclobalanopsis glauca)林、台湾蚊母树(Distylium gracile)林为研究对象, 探究森林凋落量与微气候的关系。结果表明: 1)森林年凋落量介于3.45-5.36 t·hm^-2·a^-1, 年凋落量各组分比例表现出不同的组成特征, 森林类型与森林月凋落量无关。2)森林月凋落量动态模式主要呈双峰型和三峰型, 凋落峰值和风速峰值趋势相一致, 主要集中在台风干扰较大的4、7、12月份。3)冗余分析结果表明, 影响不同组分月凋落量的微气候因子不同: 月总凋落量、叶凋落量、果凋落量和碎屑凋落量的主要控制因素均为空气温度, 随空气温度的升高而增大; 枝凋落量的主要影响因素是森林上层风速, 同样起着显著的正向作用; 花凋落量与空气湿度之间呈负相关关系。森林年凋落量各组分所占比例存在差异, 森林月凋落量和森林类型无关, 主要与空气温度、空气湿度、森林上层风速等微气候因子有关。

小叶栎(Quercus chenii)是华东植物区系的代表树种, 具有很高的生态、经济价值。为重建冰期以来小叶栎地理分布格局的变迁历史、了解环境因子对潜在地理分布的制约机制, 为小叶栎种质资源保护和管理提供科学依据, 该研究基于55条分布记录和8个环境变量, 利用MaxEnt模型模拟小叶栎在末次盛冰期、全新世中期、现代和2070年(温室气体排放情景为典型浓度目标8.5)的潜在分布区, 利用多元环境相似度面和最不相似变量分析探讨气候变迁过程中环境异常区域和引起潜在地理分布改变的关键因素, 综合应用贡献率及置换重要值比较、Jackknife检验评估制约现代地理分布的主要因子, 采用响应曲线确定环境变量的适宜区间。研究结果表明: MaxEnt模型的预测准确度极高, 受试者工作特征曲线下的面积(AUC值)达0.9869 ± 0.0045; 现代高度适宜区在安徽南部、浙江西部、江西东北部和湖北东部; 影响小叶栎地理分布的主要气候因子为气温和降水量, 气温更重要; 最干季平均气温可能是制约小叶栎向北分布的关键因素; 末次盛冰期时, 小叶栎高度适宜区位于东海大陆架内; 全新世中期适宜分布区轮廓已与现代近似; 2070年适宜分布区向北移, 高度适宜区面积增大, 与末次盛冰期、全新世中期和现代相比, 这一时期的气候异常程度最高。气温季节变化和降水季节变化可能是引起地理分布变迁的重要气候因素。

以木札岭世界地质公园3 hm²的温带落叶阔叶林为研究对象, 分析了群落的物种组成、胸径结构、群落分类和主要物种的空间分布格局。结果显示: 样地内共有木本植物31科52属85种, 以蔷薇科、桦木科、卫矛科、忍冬科、杨柳科和槭树科为主, 锐齿槲栎(Quercus aliena var. acuteserrata)和华山松(Pinus armandii)为群落内优势种, 稀有种和偶见种分别占总物种数的20.0%和28.24%。物种径级分布遵从典型的倒“J”型, 植物群落更新状况良好。多元回归树经过交叉验证认为可将该样地划分为4个群落类型: 1)锐齿槲栎+华山松+秦岭木姜子(Litsea tsinlingensis) +微毛樱桃(Cerasus clarofolia) +三桠乌药(Lindera obtusiloba)群落; 2)锐齿槲栎+腺柳(Salix chaenomeloides) +湖北花楸(Sorbus hupehensis)群落; 3)锐齿槲栎+臭椿(Ailanthus altissima) +微毛樱桃+秦岭木姜子群落; 4)锐齿槲栎+白蜡(Fraxinus chinensis) +秦岭木姜子+山梅花(Philadelphus incanus)群落。在完全随机分布模型下, 样地中主要物种在整个研究尺度中全部呈聚集分布, 并且这些物种主要聚集分布在不同的生境中, 具有明显的地形生境偏好;在异质性泊松分布模型下, 这些物种在不同尺度上主要呈随机分布或规则分布。该研究结果表明地形生境异质性是影响木札岭样地物种空间分布的重要因素。通过该研究可增加对木札岭世界地质公园植物组成、群落结构和群落分布的认识, 同时可为该区域生物多样性保护和森林管理提供参考。

为了探讨荒漠植物叶片表皮微形态结构对长期荒漠环境的适应特征及其分类学意义, 应用扫描电镜对中国干旱半干旱荒漠区28科74属117种200多个自然居群的植物叶片(或同化枝)表皮微形态进行了研究。荒漠植物叶(或同化枝)表皮的基本特征是: 表皮附属物相当丰富, 包括大量的表皮绒毛、角质膜蜡质片层或晶体颗粒、表面瘤状或疣状突起以及相对下陷且密度较低的气孔器。对表皮微形态结构及附属物组成进行对比分析, 将荒漠植物粗分为11种基本类型, 包括表皮完全被形态各异的蜡质层或表皮毛覆盖、不同形态类型的表皮毛和蜡质层结合、蜡质层与不同分布类型的气孔器或表皮毛结合, 以及各种突起的表皮细胞与蜡质层的结合等。根据抗逆所依赖的表皮及其附属物微形态结构, 将荒漠植物适应环境胁迫的叶片表皮微形态分为6种主要类型, 它们分别依赖于表皮毛、角质层蜡质、表皮凹凸结构、表面突起、混生的附属物以及上下表皮异化特征。荒漠植物叶表皮微形态结构的适应特征是通过表皮附属物(绒毛和角质膜蜡质层)与表皮结构(凹凸、乳突和气孔器)的相互协调作用, 共同抵御强光、降低叶片的蒸腾来提高植物对干旱等不利环境的抗性。该研究在一定程度上阐明了荒漠植物对逆境的适应机理及其演化趋势, 并为优良固沙植物的筛选提供了理论依据。

为了比较光系统II实际光化学量子效率(Φ_PSII)对光的响应机理模型(简称机理模型)、负指数模型和指数模型的优缺点, 用LI-6400-40B光合作用测定仪控制CO₂浓度和温度, 测量了剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)、黄荆(Vitex negundo)和大狼杷草(Bidens frondosa)的电子传递速率(ETR)对光的响应曲线(ETR-I)和Φ_PSII对光的响应曲线(Φ_PSII-I), 然后用这3个模型分别拟合了这些数据。拟合结果表明: 3个模型都可以较好地拟合这3种植物的ETR-I的响应数据和Φ_PSII-I的响应数据, 但由指数模型拟合ETR-I和Φ_PSII-I的响应数据得到相应的饱和光强(PAR_sat)和光系统II最大光能利用效率(F_v/F_m)之间存在显著差异, 且估算的饱和光强远低于实测值。由机理模型可知, Φ_PSII不仅与光强的函数有关, 还与植物的内禀特性有关, 即与天线色素分子的本征光能吸收截面、激子的传递效率、能级的简并度、光化学反应常数、热耗散常数和处于最低激发态的平均寿命等参数有关。此外, 由机理模型还可知, Φ_PSII随光强的增加而下降的原因是捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而降低。