充分认识并掌握我国自然遗产地山地植被垂直带谱代表性, 对正确评估自然遗产地的价值进而制定相关保护管理政策具有重要的科学意义和现实意义。该研究基于群落调查数据、全球1 km²土地利用数据, 通过对比分析、空间分析等方法, 从植被垂直带谱的地带性、完整性及不同垂直带群落物种更替等角度, 分析论证了神农架自然遗产地植被垂直带谱的代表性。结果显示: 神农架自然遗产地从低海拔到高海拔依次发育有常绿阔叶林带(遗产地南坡)、常绿落叶阔叶混交林带、落叶阔叶林带、针阔混交林带、针叶林带及亚高山灌丛和草甸带, 其北坡保存的地带性常绿落叶阔叶混交林是北半球常绿落叶阔叶混交林生态系统的最典型代表。神农架自然遗产地拥有的植被垂直带谱是“全球生物地理区划”中东方落叶林生物地理省最完整的植被垂直带谱, 在东方落叶林生物地理省具有唯一性和代表性, 在较小的水平距离范围内浓缩了中亚热带、北亚热带、暖温带、温带和寒温带等生态系统特征, 成为研究全球气候变化下山地生态系统垂直分异规律及其生态学过程的杰出范例, 具有突出的世界自然遗产价值。

树木叶水力和光合性状的变异性及权衡策略对评估和预测气候变化对树木的存活、生长及分布至关重要。在帽儿山森林生态站27年生兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林从山谷至山脊设立一条由5个样地组成的全坡位样带, 测量兴安落叶松黎明前叶水势(Ψ_pre)、基于叶面积和叶质量的水力导度(K_area和K_mass)、抗栓塞能力(P₅₀)、比叶质量(LMA)、净光合速率(A)、叶氮含量(N)等叶水力和光合相关参数, 探索其叶性状随立地条件的变异性和相关性。结果表明: 不同样地的Ψ_pre、K_area、K_mass、P₅₀、A、LMA和N均存在显著差异(p < 0.05), 表明叶性状随立地条件变化而表现出显著的种内变异性。Ψ_pre和K_area或K_mass均与P₅₀显著相关(p < 0.05), 表明兴安落叶松种内存在一定的水力效率与安全权衡关系。A、LMA和N均存在成对相关关系(p < 0.05)。然而,水力性状与光合性状之间相关不显著。兴安落叶松响应于立地条件变化而表现出的叶水力和光合性状的可塑性和多重相关性, 是该树种的一种生存生长策略。

该研究以吉林蛟河阔叶红松林为分析对象, 比较了物种多样性和群落结构对生产力的影响, 试图为解释多样性-生产力关系、指导森林经营管理提供科学依据。研究利用11.76 hm²大样地中10 973株木本植物数据, 通过线性回归模型分析了7个物种多样性和群落结构指标与生产力的相关性, 进而利用结构方程模型比较了物种多样性和群落结构对生产力的影响。结果显示: (1)在线性回归模型中, 物种多样性和群落结构均对生产力有显著作用, 其中物种多样性均匀度指数与生产力显著负相关, 群落结构的香农指数与生产力显著正相关, 基尼系数与生产力显著负相关。(2)在结构方程模型中, 群落结构对生产力的影响比物种多样性更强。研究认为群落结构对生产力的作用比物种多样性更大, 在森林经营管理中, 提高群落结构复杂性对促进生产力具有重要的意义。

为了解甘南藏族自治州亚高寒草甸植物群落在坡向梯度上的构建机制, 该文选取5个坡向的样地, 构建了植物群落系统发育树, 测定了各坡向土壤环境因子和植物叶片的功能性状, 检验了叶片功能性状的系统发育信号。结果表明: 坡向变化对土壤含水量、土壤养分含量影响显著。大部分植物的叶片特征在不同坡向的差异显著, 叶片干物质含量在南坡、西南坡较高, 比叶面积和叶片氮、磷含量在北坡和西北坡较高。叶片的磷含量具有微弱的系统发育信号, 而叶片干物质含量、比叶面积、叶片的氮含量均没表现出显著的系统发育信号。从南坡到北坡, 群落的系统发育结构由发散到聚集。生境过滤作用是南坡、西南坡群落构建的驱动因素, 种间竞争是北坡和西北坡群落构建的主要驱动力。西坡系统发育指数相反, 其构建机制比较复杂, 可能是几种机制共同作用的结果。

土壤团聚体是土壤结构的重要组成部分, 是土壤保护其有机碳的一种重要物理与生物机制, 但迄今为止对其空间格局分布的研究较少。该文研究了我国内蒙古3种草原类型(草甸草原、典型草原、荒漠草原)不同土层深度的土壤团聚体质量百分比及其稳定性的分布规律。结果显示: 土壤团聚体的质量百分比在3种草原类型各个土层深度的分布均呈现草甸草原>典型草原=荒漠草原的趋势, 而沿土层深度3种草原类型的土壤团聚体的质量百分比含量并未呈现显著规律。各层的土壤团聚体质量百分比均与年降水量呈显著正相关关系; 除70-100 cm土层外, 其与年平均气温均呈负相关关系。对土壤团聚体稳定性而言, 在0-10 cm和10-20 cm两个土层深度, 草甸草原土壤团聚体的平均质量直径与几何平均直径显著大于典型草原和荒漠草原, 而在其他土层, 3种草原类型间无显著差异。随着土层深度的增加, 草甸草原和典型草原土壤团聚体的平均质量直径与几何平均直径均呈现逐渐降低的趋势。该文对于理解内蒙古不同类型草原土壤有机碳的稳定性和保护机制具有重要意义。

为探讨生物质炭添加对森林原位土壤呼吸动态及温度敏感性的影响, 于2014年5月至2016年4月对浙江省杭州市富阳区庙山坞林区毛竹(Phyllostachys edulis)林进行了为期两年的生物质炭添加试验, 生物质炭施加量分别为0 (CK)、5 (LB)、10 (MB)和20 t·hm^-2 (HB)。利用LI-8100土壤碳通量系统测定土壤呼吸速率时空动态。结果表明: 添加生物质炭会降低毛竹林土壤呼吸速率且呈现明显的季节动态, 土壤呼吸速率在6-7月最高(林分1中LB处理除外), 1月或2月最低, 添加生物质炭对毛竹林土壤呼吸的影响显著; CK、LB、MB和HB处理的年平均土壤呼吸速率分别为3.32、2.66、3.04和3.24 μmol·m^-2·s^-1; 与对照相比, LB、MB和HB处理下年平均土壤呼吸速率分别降低2.33%-54.72%、1.28%-44.21%和0.09%-39.22%。添加生物质炭使LB、MB、HB处理的土壤水分含量分别增加了0.97%-75.58%、0.87%-48.18%和0.68%-74.73%。土壤呼吸速率与5 cm土壤温度呈现显著的指数相关关系, 与5 cm土壤水分含量没有显著相关性, 但与温度和水分呈显著相关关系。生物质炭添加影响土壤呼吸温度敏感性, LB、MB处理明显增加土壤温度敏感性。LB、MB和HB处理下年平均累积土壤呼吸CO₂排放分别降低7.98%-35.09%、1.48%-20.63%和-4.71%-7.68%。添加生物质炭显著降低毛竹林土壤碳排放和土壤温度敏感性, 对缓解气候变化具有一定意义。

紫花地丁(Viola philippica)是具典型开放花与闭锁花混合繁育系统的植物, 其两型花的形态差异为花器官发育研究提供了极好的模型。该文以不同光周期下生长的或在不同光周期间调换的紫花地丁植株为研究对象, 基于形态解剖学方法, 研究了过渡闭锁花的形态结构、开放花到完全闭锁花或完全闭锁花到开放花的变化式样, 以及完全闭锁花与过渡闭锁花中不发育雄蕊与花瓣的位置效应。结果显示: 该物种在短日照与中日照下均有开放花与过渡闭锁花形成, 短日照下大多数花芽为开放花, 少数为过渡闭锁花, 中日照下大多数花芽为过渡闭锁花, 少数为开放花; 长日照下全为完全闭锁花。在过渡闭锁花芽中, 存在着一系列雄蕊与花瓣数目不同的过渡类型, 既有偏向开放花的5雄3瓣的过渡类型, 也有偏向完全闭锁花的2雄1瓣的过渡类型。其中, 前一种类型在短日照下的过渡闭锁花芽中所占比例较大, 而后一种类型在中日照下所占比例较大。另外, 过渡闭锁花与完全闭锁花的雄蕊与花瓣发育程度均存在一定的位置效应, 其花芽腹侧的下花瓣(对应于开放花的下花瓣)与相邻的2枚雄蕊普遍发育最好, 而后花瓣(相对于前花瓣)的发育与完全闭锁花的基本一样, 为器官原基状, 与后花瓣相邻的2枚雄蕊也普遍最小, 而且也最容易发育为无小孢子发生的膜质状结构或原基状结构。同时, 将具完全闭锁花的植株置于短日照下或将具开放花的植株置于长日照下一段时间后, 重新诱导的花芽经历一系列过渡闭锁花类型后发生花型的相互转变。因此, 不同光周期对紫花地丁两型花发育的影响是渐进的, 长日照会抑制部分花瓣与雄蕊的发育, 短日照能拮抗并破除长日照对雄蕊与花瓣的抑制。

为了探讨凝结水对植物生长的作用, 该文研究了干旱处理下模拟凝结水对羊草(Leymus chinensis)和冰草(Agropyron cristatum)生理性状和叶片表面结构的影响。试验设计了干旱无凝结水、干旱每周发生3次和5次凝结水以及正常浇水不发生凝结水4个处理, 通过超声波加湿器模拟凝结水的发生, 研究凝结水对两种植物叶片相对含水量、水势、净光合速率、水分利用效率、生物量以及叶片表面结构等的影响。结果表明: 凝结水显著增加了干旱胁迫下两种植物的叶片相对含水量和水势(p < 0.05); 凝结水显著提高了冰草的净光合速率、气孔导度与蒸腾速率(p < 0.05); 而羊草的气孔导度和蒸腾速率随凝结水的变化不明显。羊草和冰草的地上生物量和根系生物量随凝结水的发生有增加的趋势, 但是各处理间差异不显著。凝结水降低了羊草和冰草黄叶数与总叶数的比值,这表明凝结水对干旱胁迫下植物叶片表面结构遭到的破损有一定的保护和修复作用。该研究证实羊草和冰草的叶片可以吸收凝结水, 并对其光合作用、水分生理以及生长具有正效应。

甲烷(CH₄)是一种重要的温室气体, 参与大气光化学反应。水生与湿生环境是大气CH₄的重要来源。挺水和湿生草本植物是CH₄释放的重要通道, 研究植物如何传输CH₄具有重要的意义。在植物传输CH₄的过程中, 根系尤其是侧根根尖区起到了关键调控作用; 通气组织内部的隔膜与根茎连接部位也是调控CH₄传输的重要界面。在早期的研究中, 关于茎叶排放CH₄主要通过气孔还是微孔(位于地上部除叶片以外的细小的裂隙与孔洞)这一问题存有争议, 但是微孔的主导传输作用逐渐被后期的研究证实。枯死与损伤的茎干通常促进CH₄传输排放。扩散与对流是植物传输CH₄的两种主要机制, 对流的传输效率高于扩散。生物因素(生物量与光合作用等)与环境因子(光照与温、湿度等)共同调控着植物传输CH₄。目前针对植物传输CH₄的过程与机制已有较系统的认识, 但需要深入研究下列问题: (1)植物传输CH₄的系列关键界面中, 各个界面的传输效率如何? 哪个界面对整体传输起决定性作用? (2)扩散与对流分别对各界面交换与整体长距离传输的内在调控作用。(3)各生物与非生物影响因子间的耦合作用机制。(4)物种间CH₄传输机制与效率的异同。