丛枝菌根(AM)共生体系对于植物适应低磷胁迫具有重要作用。AM不仅直接调节宿主植物对低磷胁迫的响应, 还可能通过分泌物影响相邻的非菌根植物。该研究采用分室培养系统, 以玉米(Zea mays)和AM真菌Rhizophagus irregularis为试验材料, 考察低磷(10 mg·kg^-1)和高磷(100 mg·kg^-1)条件下, 菌根共生体系对植物生长、磷营养以及碳磷代谢相关基因表达的影响, 以揭示AM调节植物低磷胁迫响应的生理机制。分室培养系统由0.45 μm微孔滤膜分隔成供体室、缓冲室和受体室3个分室, 以供体室菌根化植物为AM分泌物来源, 通过微孔膜阻止菌根真菌对未接种受体植物的直接影响, 但允许AM分泌物在分室间的扩散。采用实时荧光定量PCR技术分析玉米以及AM真菌自身碳磷代谢相关基因的表达情况。试验结果表明, 低磷条件下接种AM真菌显著提高了供体植物干质量和磷浓度, 上调了玉米碳磷代谢相关基因的表达。AM真菌磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因在低磷条件下的表达水平显著高于高磷水平; 对于受体植物而言, 仅高磷处理显著提高了玉米植株干质量和磷含量, 而接种处理显著上调了受体植物磷转运蛋白基因和碳代谢相关基因的表达水平。该研究表明, 低磷胁迫下AM可能通过分泌物调控植物碳磷代谢相关基因的表达, 进而调节植物对低磷胁迫的生理响应。

气候变化对净初级生产力(NPP)会产生显著的影响, 但影响的方向和程度存在较大的不确定性。过程模型是揭示气候变化对森林生产力影响的重要工具。该文以吉林省四平、临江、白山等地10个林区30块长白落叶松(Larix olgensis)人工林固定样地为研究对象, 基于气候、土壤、林分生长等观测数据, 运用3-PG模型模拟了长白落叶松人工林NPP在一个轮伐期(40 年)内随林龄的动态变化, 以及在未来不同气候情景条件下NPP的变化情况。结果表明: 通过本地参数化后的3-PG模型模拟的长白落叶松林NPP为272.79-844.80 g·m^-2·a^-1, 与基于样地实测的NPP具有很好的一致性, 平均相对误差和相对均方根误差均小于12%。在未来CO₂浓度、温度及降水同时增加的情景下, 长白落叶松林NPP明显增加。单独增加温度会减小长白落叶松林的NPP, 而降水及CO₂浓度增加能够在一定程度上促进NPP的增加, 但降水增加的正效应明显弱于温度升高的负效应。参数敏感性分析表明: 生长最适温度、林分比叶面积达(年龄为0时比叶面积+成熟叶比叶面积)/2时的林龄、每次霜冻导致生产力流失天数是模型的关键参数。因此, 3-PG模型可以准确地模拟长白落叶松的NPP, 模拟结果可为应对气候变化的长白落叶松经营管理提供依据。

樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)作为华北地区重要的造林树种, 其生长及固碳特征的研究对樟子松人工林经营有着重要的意义。该文通过2006-2016年10年的定点观测, 研究河北省塞罕坝林场樟子松人工林的生长和固碳特征。结果表明: 10年间樟子松人工林胸径年增长4.19%, 树高年增长1.97%; 林木死亡率8.39%。该林分2006年和2016年的碳储量分别为59.04和109.64 t?hm^-2, 即10年间固碳量为50.6 t?hm^-2, 固碳年平均增长8.57%。不同径级的林木固碳能力有差异, 0-10 cm径级的林木总株数占39.1%, 但固碳量仅占8.3%; 10-20 cm径级的林木株数占59.2%, 固碳量占比达87.1%。结果显示樟子松人工林具有较大的固碳潜力, 未来评估林分生态效益与固碳潜力时, 应充分考虑林分的结构特征。

利用叶片反射光谱实时、无损地探测植物水分状况是森林干旱评估的新方法, 但是不同光谱指数的水分敏感性存在很大差异, 因此, 确定适用于树木叶片的水分指标与其敏感的光谱指标均非常重要。该研究选取锐齿槲栎(Quercus aliena var. acuteserrata)不同发育阶段和冠层位置上的叶片作为研究对象, 在失水条件下, 测定叶片的水分指标及其同步的反射光谱响应曲线, 探究叶片的光谱反射率变化与水分状况改变的关系, 比较并评估不同叶片发育阶段和冠层位置叶片的水分指标与不同反射光谱指数之间相关关系的优劣。结果表明: (1)在4个不同水分指标中, 与比叶含水量(SWC)和叶片水分鲜质量比(LMP)相比, 相对含水量(RWC)和等效水分厚度(EWT)在不同发育阶段和冠层位置之间的变异性更小, 能稳定地表征树木整体的水分状况; 且RWC和EWT具有更高的光谱敏感性, 适用于遥感探测。(2)光谱反射率差值分析法和光谱反射率敏感性分析法表明: 叶片的光谱敏感性受发育阶段的影响较大; 在短波红外区域, 成熟叶片在失水胁迫初始阶段的光谱变化较小, 而新展叶在整个失水阶段均表现出明显的光谱差异。(3)通过对15个不同光谱指数与水分指标的相关分析, 发现水分指数(WI)-RWC和双差值指数(DD_n(1530,525))-EWT均具有较高的相关性, 其中, WI-RWC的拟合关系受叶片发育阶段和冠层位置的影响较大; 而DD_n(1530,525)-EWT的拟合关系更为稳定。

可溶性有机质(DOM)是森林生态系统能量循环的主要载体, 在碳循环过程中发挥着重要的作用。为了深入了解植被恢复后土壤DOM的变化和结构特征, 在典型红壤侵蚀区福建省龙岩市长汀县河田镇选取不同恢复年限的马尾松(Pinus massoniana)林为研究对象, 利用光学技术对比分析了不同恢复年限(0年, 13年, 31年)马尾松林保留芒萁(Dicranopteris dichotoma)覆盖地、去除芒萁覆盖地和林下裸地土壤DOM光谱特征。结果表明: 未治理地(Y0)、恢复13年(Y13)和恢复31年(Y31)马尾松林芒萁覆盖地土壤可溶性有机碳(DOC)含量分别是林下裸地的7.61倍、4.83倍和5.47倍, 去除芒萁一年后, 土壤DOC的含量显著下降, 但仍分别是林下裸地的1.84倍、4.12倍和4.73倍; 芒萁覆盖地土壤DOM的芳香化指数(AI)和腐殖化指数(HIX)均显著高于林下裸地, 而波长在250 nm和365 nm处的紫外可见光光度值之比(E₂:E₃)的趋势与之相反, 去除芒萁一年后, AI和HIX降低显著, 表明芒萁覆盖地土壤DOM腐殖化和芳香化程度更高, 分子量更大; 林下裸地DOM红外光谱中特征峰明显不如林下芒萁覆盖地丰富, 其含有更多的羟基、羧酸类, 以及碳水化合物中的烷氧基等结构简单、易迁移的物质, 去除芒萁一年后, DOM红外光谱特征峰无明显变化, 表明芒萁是土壤DOM数量和结构的主要影响因素, 而这种影响是一个长期缓慢的过程。从DOM光谱分析结果可知, 芒萁覆盖下土壤DOM的分子量更大, 结构更复杂, 易于被土壤胶粒吸附, 维持其化学稳定, 利于土壤有机碳积累。由此可见, 芒萁在土壤有机碳积累过程中具有积极的作用。

植物叶脉性状间的协同进化影响生理活动中水分利用策略和叶片经济谱的形成, 对理解叶片在叶脉建成中的碳投入和叶脉功能回报的经济权衡具有重要的意义。该文结合相关性和标准化主轴估计分析(SMA)方法, 研究了张掖洪泛平原湿地乔-草群落冠盖区、过渡区和空旷区3种自然生境下芨芨草(Achnatherum splendens)叶脉密度和叶脉直径的生长关系。结果表明: 从湿地群落的冠盖区到空旷区, 植物群落光合有效辐射(PAR)和水汽压亏缺(VPD)逐渐增加, 土壤含水量(SM)逐渐减小、土壤电导率逐渐增大; 芨芨草的叶片宽度(LW)、叶脉密度(1.28-1.59 mm·mm^-2)和水分利用效率(WUE)呈逐渐增大的趋势, 叶片长度(LL)和叶脉直径(0.21-0.16 mm)呈逐渐减小的趋势, 叶性状的平均可塑性值为0.19, 株丛密度(BD)、蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)呈先增大后减小的倒U形趋势; 3种生境中芨芨草的WUE、PAR、T_r、P_n与叶脉密度和叶脉直径呈显著的相关关系; 叶脉密度与叶脉直径呈不同程度的负相关关系, 在冠盖区, 芨芨草叶脉密度和叶脉直径呈极显著的负相关关系, 在过渡区和空旷区, 二者呈显著的负相关关系, 从冠盖区到空旷区, SMA斜率逐渐增大(0.54-1.50), 冠盖区和空旷区的SMA斜率与1.0存在显著差异。为适应光照环境条件的变化, 芨芨草在空旷区具有大量细脉的叶脉网络性状, 在冠盖区生长少量粗脉的细长型叶片, 即在某一给定的叶片长度下, 阴生环境中芨芨草叶片需要更大的叶脉直径来支撑, 反映了湿地植物较强的表型可塑性机制。

齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)是荒漠藓类生物结皮的主要组成物种, 在沙面固定及生物结皮人工恢复中起着十分重要的作用。然而, 人工培养的荒漠藓类植物普遍存在后期维持能力较差的问题。在众多的影响因素中, 水分被认为是限制荒漠齿肋赤藓生长发育的最关键环境因子。该文以室内人工培养的齿肋赤藓为研究对象, 模拟野外降雨条件, 在室内对其进行干旱处理(每6天加水, 模拟夏季少雨、干旱缺水条件)、完全湿润处理(每天加水, 模拟春季融雪或降雨较频繁、水分饱和条件)及中度湿润处理(每3天加水, 模拟介于前两种之间的水分条件) 3种水分梯度处理, 探讨不同的水分条件处理对人工培养的齿肋赤藓光合及生理特性的影响。结果表明: 与中度湿润处理相比, 人工培养的齿肋赤藓的总叶绿素含量在湿润处理和干旱处理两种水分梯度处理下均显著下降, 叶绿素a/b在干旱处理下显著降低, 类胡萝卜素含量在湿润处理下显著下降, 在干旱处理下显著升高; 湿润处理及干旱处理下人工培养的齿肋赤藓的最大光化学效率、实际光化学效率和可溶性蛋白含量均显著低于中度湿润处理, 而可溶性糖含量、脯氨酸含量、过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛(MDA)含量大都显著高于中度湿润处理, 尤其是干旱处理。完全湿润处理下齿肋赤藓植株渗透调节物质含量及保护酶活性的升高有效地缓解了高水分含量带来的缺氧及低光照环境对人工培养的齿肋赤藓的损害。干旱处理下的MDA含量显著升高, 说明干旱胁迫处理加剧了人工培养的齿肋赤藓的膜脂过氧化程度, 对其细胞膜的稳定性造成了一定损害。因此, 在人工培养苔藓后期, 干旱和完全湿润处理都不利于苔藓植物的生长, 中度湿润处理则有利。

随着人类干扰和全球变化的加剧, 大气氮沉降量迅速地增加, 对草地生态系统碳循环过程产生了显著影响。凋落物分解是陆地生态系统养分循环的关键过程, 也是土壤碳库的主要来源和维持土壤肥力的基础。凋落物分解深受非生物、生物因子及其交互作用的影响。氮沉降通过影响土壤氮有效性、凋落物产量和质量、土壤生物因子及凋落物分解环境来影响分解。该文综述了氮沉降对草地凋落物分解过程的影响及其机理, 包括对土壤氮有效性,凋落物产量、质量,土壤微生物和酶活性以及凋落物分解环境的影响, 在系统分析国内外研究现状的基础上, 探讨整合了目前氮沉降影响草地凋落物分解的主要研究内容、方向、方法以及存在的主要问题, 并对未来的重点研究方向进行了展望, 以期为深入研究草地生态系统碳循环过程与氮沉降之间的相互作用与反馈机制提供参考。

叶肉导度(g_m)被用来衡量CO₂从植物叶片气孔下腔到叶绿体羧化位点的传输效率, 其主要受解剖结构和生化因素的调控。近年来, g_m的研究在光合作用领域受到普遍关注; 光合速率的限制因素已不再简单地划分为气孔限制和非气孔限制, 而需要从气孔限制、叶肉限制和羧化限制3个限制因素开展研究工作。该文分析了植物细胞壁、细胞膜、细胞质、叶绿体膜和叶绿体基质对g_m的调控机制, 指出细胞壁厚度以及面向细胞间隙的叶绿体面积(S_c)是影响g_m的重要结构因素。阐述了水孔蛋白和碳酸酐酶参与的生化过程对g_m的调控机制。同时, 对外界环境因素, 如温度、光强、干旱、氮等对g_m的调控机制进行了总结。在此基础上, 探讨了g_m与水力导度的耦合关系。最后对g_m研究中的科学问题进行了展望。