亚热带杉木和马尾松群落土壤系统呼吸及其影响因子

 亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)和马尾松(Pinus massoniana)在我国森林资源中占有十分重要的地位, 研究它们的土壤与表层凋落物的呼吸有助于了解它们的碳源汇时空分布格局及碳循环过程的关键驱动因子。采用Li-Cor 6400-09连接到Li-6400便携式CO2/H2O分析系统测定湖南两种针叶林群落(2007年1月至12月)的土壤呼吸及其相关根生物量和土壤水热因子。研究结果表明: 杉木和马尾松群落中土壤呼吸的季节变化显著, 在季节动态上的趋势相似, 都呈不规则曲线格局, 全年土壤呼吸速率平均值分别为186.9 mg CO₂•m^–2•h^–1和242.4 mg CO₂•m^–2•h^–1。从1月开始, 两种群落的土壤呼吸速率由最小值33.9 mg CO₂•m^–2•h^–1和38.6 mg CO₂•m^–2•h^–1随着气温的升高而升高, 杉木群落到7月底达到全年中最大值326.3 mg CO₂•m^–2•h^–1, 而马尾松群落到8月中旬达到最大值467.3 mg CO₂•m^–2•h^–1, 土壤呼吸的季节变化与土壤温度呈显著的指数相关, 土壤温度可以分别解释土壤呼吸变化的91.7%和78.0%, 和土壤含水量呈二次方程关系, 土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的5.4%和8.4%。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值, 杉木和马尾松群落中全年土壤呼吸的Q₁₀值分别为2.26和2.13, Q₁₀值随着温度升高逐渐减小。两种群落土壤呼吸的差异主要受群落植被的根生物量、群落的凋落物量的影响。     

太湖水生植物氮磷与湖水和沉积物氮磷含量的关系

 分析了太湖沉水植物、浮叶植物组织及生长环境中的N、P含量,结果表明：太湖沉水植物组织N、P含量一般要高于浮叶植物组织,5月的N、P含量(以干重计)一般高于9月。5月以沉水植物微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)的N(28.452 mg?g－1)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的P(4.552 mg&;#8226;g^－1)含量最高,浮叶植物荇菜(Nymphoides peltatum)的N(14.363 mg&;#8226;g^－1)、P(1.792 mg&;#8226;g^－1)含量均为最低;9月以沉水植物苦草(Vallisneria natans)的N(25.206 mg&;#8226;g^－1)、P(2.727 mg&;#8226;g^－1)含量最高,浮叶植物荇菜的N(17.245 mg&;#8226;g^－1) 、P(1.519 mg&;#8226;g^－1)含量均最低。沉水和浮叶植物的N、P含量与水体N、P浓度的相关性较为显著;与沉积物N、P的相关性不明显。此外,植物体内的N、P含量亦与植物物种的特性、生长发育阶段和生长状况等内在因素密切相关。     

开垦对克氏针茅草地生态系统碳通量的影响

 植被–大气间CO₂净交换及其对环境变化的响应是目前全球变化研究的热点问题。该研究通过同化箱式法, 在内蒙古农牧交错带对比研究生长季草地生态系统和耕种多年的小麦田生态系统碳通量的变化, 以探讨该地区碳通量的变化规律及影响碳通量主要因子, 并揭示农田开垦对草原碳通量的影响。结果显示: 两个生态系统的群落净气体交换(Net ecosystem exchange, NEE)有明显的季节变化。整个测定期间, 草地生态系统的净气体交换NEE的最高值为–11.26 µmol CO₂•m^–2•s^–1, 平均群落净气体交换为–5.33 µmol CO₂•m^–2•s^–1; 小麦田群落NEE最大值为–12.29 µmol CO₂•m^–2•s^–1, 平均群落净气体交换为–7.66 µmol CO₂•m^–2•s^–1。分析发现, 叶面积指数LAI是影响该地区生态系统NEE的主要因子, 相对贫瘠的土壤也是限制该地区生态系统碳固定的一个重要因子。因小麦的生长特性, 在生长中后期, 小麦田生态系统NEE随LAI的变化没有草地生态系统的敏感。此外, 较低的土壤含水量限制了小麦田群落呼吸, 使得小麦田群落呼吸对温度的敏感性降低。     

距树干不同距离处华北落叶松人工林细根生物量分布特征及季节变化

 该文研究了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林细根生物量水平分布和季节变化特征。采用钻土芯法(土钻内径7.0 cm), 在距树干20、50和100 cm处设取样点, 每个样点处分3层(0~10、11~20和21~30 cm)钻取土芯, 取样时间为5、7、9和10月。华北落叶松人工林细根(≤2 mm)生物量全年平均值为224.89 g•m^–2, 在水平分布上表现为100 cm处细根生物量最大(244.20 g•m^–2), 其次为20 cm处(221.03 g•m^–2), 50 cm处最少(209.45 g•m^–2)。在0~30 cm土层, 总细根(包括活跟和死根)生物量季节变化范围在169.67~263.09 g•m^–2之间, 9月细根生物量最大, 5月细根生物量最少。0~10 cm土层细根生物量季节变化差异显著(p＜0.05), 11~20和21~30 cm差异不显著(p＞0.05)。距树干100和20 cm处(0~10 cm土层), 细根生物量的季节变化差异明显(p＜0.05), 9月总细根生物量最大(172.82和185.68 g•m^–2), 5月总细根生物量最少(69.28和73.47 g•m^–2); 50 cm处季节变化差异不明显(p＞0.05)。细根生物量分布和季节变化不仅受土壤垂直格局影响同时也与距树干不同水平距离有很大的关系。     

不同生态型东南景天对土壤中Cd的生长反应及吸收积累的差异性

 采用盆栽方法研究了两种生态型东南景天(Sedum alfredii)对土壤中不同含量Cd(即对照, 12.5, 25, 50, 100, 200, 300, 400 mg&;#8226;kg^－1)的生 长反应、吸收和积累Cd的差异性。结果表明,土壤添加重金属Cd后,矿山生态型东南景天生长正常,地上部和根系Cd含量随着土壤中Cd含量的 增加而增加,在400 mg&;#8226;kg^－1 Cd处理下含量分别高达2 900和500 mg&;#8226;kg^－1,其地上部显著大于根部;然而,土壤添加Cd后,非矿山生态型东 南景天的生长受到抑制,地上部和根部的生物量显著降低。当土壤Cd含量为50～100 mg&;#8226;kg^－1 时,非矿山生态型东南景天的地上部和根系Cd含 量随着土壤中Cd含量的增加而增加,而且根系Cd含量则大于地上部。当土壤Cd≤50 mg&;#8226;kg^－1时,矿山生态型东南景天根系Cd含量比非矿山生态 型高 ,但当土壤Cd≥100 mg&;#8226;kg^－1,两者之间无显著差异;然而,但在同一Cd处理水平下,矿山生态型东南景天地上部Cd含量总是高于非矿山 生态型。这些结果表明,矿山生态型东南景天有很强的忍耐和吸收土壤Cd的能力,再次证明其为一种Cd超积累植物。     

DYNAMIC RESPONSE OF ROOT BORDER CELLS AND THEIR ASSOCIATED MUCILAGE EXUDATION IN SOYBEAN TO AI STRESS AND RECOVERY

 以耐铝性明显差异的两个大豆(Glycine max)基因型‘浙秋2号’(耐性)和‘浙春3号’(敏感)为材料, 研究根尖边缘细胞比活度、粘液分泌和根长对铝胁迫和解除胁迫的反应, 明确边缘细胞的粘液分泌对策在铝毒环境中的生态学意义。结果表明, ‘浙秋2号’在100~400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理的3~12 h, 边缘细胞比活率呈递减趋势, 12 h后比活率又略有上升。‘浙春3号’在300和400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理的变化与前者一致。两个大豆基因型的粘液层随着Al³⁺浓度增加和时间延长而增厚, 并于400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理24 h时达到最大(>17 µm)。‘浙秋2号’在低浓度Al3+ (100和200 µmol&;#8226;L^–1)处理3~6 h后就会分泌大量粘液, ‘浙春3号’则在300 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理12 h后才有类似的变化。‘浙秋2号’在400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理下的根相对伸长率均高于100~300 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理, ‘浙春3号’则表现为Al³⁺浓度越高, 根伸长受抑越明显。Al³⁺胁迫解除后, ‘浙秋2号’的粘液分泌速度和分泌量急剧下降, ‘浙春3号’在胁迫解除后的24 h, 仍会持续、大量地分泌粘液(>19 µm)。可见, 耐性大豆通过在铝胁迫初期快速、大量地分泌粘液以维持较高的边缘细胞活性和解除胁迫后迅速降低粘液的分泌速度及分泌量来适应铝毒害环境。     

吸收与分配规律的初步研究

选择苗期耐盐性较强的水稻(Oryza sativa)品种（株系）‘AB52’、‘02402’和‘02435’及敏感品种‘日本晴’, 在网室周转箱内,设置5 000和8 000 mg•L^－1 NaCl两种盐处理,以清水为对照, 研究盐胁迫下苗期水稻植株不同部位Na⁺和K⁺的吸收和分配与品种耐盐性的关系。结果表明,盐胁迫下,株高、绿叶干重和绿叶面积下降,绿叶中的水分含量降低,但茎鞘中的水分含量有所上升。5 000 mg•L^－1 NaCl胁迫处理10 d,耐盐品种所受的生长影响和叶片伤害程度低于敏感品种,但8 000 mg•L^－1 NaCl胁迫处理下品种间差异变小。盐胁迫下,水稻植株吸收 Na⁺和置换出K⁺,但不同器官部位中Na⁺和K⁺的区域化分布特征明显,各部位的Na⁺含量由低到高依次为绿叶、根、茎鞘和枯叶。下部老叶能优先积累较多Na⁺而枯黄;绿叶吸收Na⁺ 相对较少,维持较低的Na⁺水平,同时保持较高且稳定的K⁺含量;植株茎鞘通过选择性吸收大量Na⁺ 和置换出一部分K⁺到叶片中,保持绿叶较稳定的K⁺含量和相对较低的Na⁺含量,维持较高的K⁺ /Na⁺比,从而使植株少受盐害。敏感品种‘日本晴’在盐胁迫下绿叶中的Na⁺含量相对较高,且 5 000 mg●L^－1 NaCl胁迫下绿叶Na⁺含量已接近高值,与在8 000 mg●L^－1 NaCl胁迫下差异不大, 而耐盐品种绿叶吸收较少的Na⁺。另一方面,耐盐品种茎鞘的含K⁺相对较高,在盐胁迫下能吸收容纳较多的Na⁺,而绿叶中K⁺/Na⁺比较高。可以认为,绿叶的K⁺/Na⁺比可作为一个衡量耐盐性的相对指标。     

L型Ca2+通道自发激活对静息心肌细胞钙火花的影响

钙火花是心肌细胞肌浆网Ca²⁺释放的基本单位. 为了研究L型Ca²⁺通道自发开放对心肌细胞钙火花的影响, 实验使用激光共聚焦扫描显微镜和Ca²⁺荧光探针Fluo-4, 在大鼠心肌细胞上观察局部钙火花的发放. 结果表明, 0.2 mmol/L CdCl₂通过阻断L型Ca²⁺通道, 使自发性钙火花的发放频率从给药前的4.20下降到给药后的2.04个/(100 μm∙s), 但不影响火花的时空特性. 对Cd²⁺敏感的钙火花进行分析, 推测在静息膜电位下(−80 mV), L型Ca²⁺通道的开放概率约为10^−5. 因此, 在静息心肌细胞中, L型Ca²⁺通道低频随机开放对自发性钙火花的产生及细胞钙稳态调节有重要影响.     

江西千烟洲人工针叶林下狗脊蕨群落生物量

 根据野外调查和实验分析研究了江西省千烟洲人工针叶林下狗脊蕨（Woodwardia japonica）群落的生物量、细根生物量、净初级生产力(Net primary productivity, NPP)、 比叶面积（Specific leaf area, SLA） 和叶面积指数（Leaf area index, LAI）等。通过叶片参数和地上生 物量的相关关系建立了狗脊蕨单株地上生物量估算模型,分别 为W1=0.021H^1.545（R²=0.790）和W1=2.518（D²H）^{0 .616}（R²=0.894;H为株高 ,D为地径）。人工针叶林下灌草层地上生物量为367.8 g&;#8226;m^－2（52～932 g&;#8226;m^－2）,凋落物为1 631 g&;#8226;m^－2（672～2 763 g&;#8226;m^－2）,分别占 乔木层地上生物量的4.7%（1.55%～13.2%）和20.7%（7.6%～32.1%）。狗脊蕨群落地上生物量和NPP分别为266.6 g&;#8226;m^－2和88.67 g&;#8226;m^－2&;#8226;a ^-1 ,其中狗脊蕨种群占73.7%;地下生物量为212.6 g&;#8226;m^－2。狗脊蕨的SLA和叶干物质含量（Leaves day mutter content, LDMC）分别为144.0 cm²&;#8226;g^-1和31.99%,二者之间呈显著负相关;最佳叶面积估算模型为S=21.922 6-0.152L²+0.000 9L³（9.0≤L（叶片长度）≤23.5;1.4≤W （ 叶片宽度）≤5.9）。狗脊蕨种群的LAI为1.8。土壤含水量对狗脊蕨生物量有显著影响。群落生物量与土壤有机质和全氮含量正相关     

桫椤生态系统生物量与生产力

 活化石植物是最接近于化石物种的现存相似种, 并且具有一定的生态学保守性。利用活化石植物生态系统来估算陆地生态系统碳固存能力的进化趋势是一种有效的手段。该研究中利用标准地-标准木法调查了活化石物种树蕨桫椤(Alsophila spinulosa)生态系统的生物量和生产力。与现存的裸子植物为优势种的生态系统和被子植物为优势种的生态系统相比, 桫椤的生物量(36.151±8.159 Mg C•hm^–2)和生产力(2.535±0.174 Mg C•hm^–2•a^–1)都比较小。与植物化石调查方法相比, 活化石生态系统生物量和生产力数据在描述古生态系统碳固存能力进化趋势方面提供了一种有意义的手段, 并且有助于进一步的理解全球碳平衡演变的过程。     

高寒草甸土地退化及其恢复重建对植被碳、氮含量的影响

以青海省达日县高寒草甸原生高寒嵩草(Kobresia)草甸封育系统为对照,研究了土地退化对植被生产力的影响,检验了不同人工重建措施(两个人工种植处理:混播(HB)、翻耕单播(DBF)和1个退化草地封育自然恢复处理(NR)及1个退化草地自然状态(SDL))对植被生产力的相对影响程度。结果表明,原生植被封育处理(YF)地上总生物量为265.1 g·m^-2,混播(HB)和翻耕单播(DBF)处理中地上总生物量分别为原生植被封育处理的116%和68%。退化草地封育自然恢复处理(NR)和重度退化自然状态下地上总生物量分别为原生植被封育的76%和53%。YF处理根系生物量远大于其它处理。原生植被封育系统中植被地上部分碳储量为 110.14 g·m^-2,地下根系(0~30 cm)碳储量为2 957 g·m^-2,植被总碳储量为 3 067.14 g·m^-2;重度退化草地系统中植被地上部分碳储量为 57.07 g·m^-2,地下根系(0~30 cm)碳储量为 357 g·m^-2,植被总碳储量为 414.07 g·m^-2。由此可见,高寒草甸严重退化后,通过植物组织流失的碳达到2 653.35 g·m^-2,即86.5%的碳损失;原生植被封育系统植被总氮储量为 56.85 g·m^-2,而重度退化草地植被总氮储量为 18.02 g·m^-2,高寒草甸严重退化使植物组织68.30%氮损失。与重度退化地相比,由于恢复重建措施增加了植物的生物量输入和群落组成,除翻耕单播处理外,其它恢复重建措施均能恢复系统植被的碳氮储量。这些恢复重建措施将会逐步改善土壤的物理和化学特性,最终使这些生态系统逐步由碳源向碳汇方向的转变成为可能。     

准噶尔荒漠早春短命植物的光合特性及生物量分配特点

准噶尔荒漠分布的早春短命植物不仅具有十分独特的生物学特点,而且在荒漠植物群落演替、物种多样性维持及土壤改良与防治水土流失等方面具有重要的生态学价值。该文运用Li-6400开放式气体交换光合作用测定系统,对分布于准噶尔荒漠的16种早春短命植物生长盛期的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)等特征进行了测定,并对其中7种植物与生长相关的生物量分配特征进行了分析。结果表明:1)16种植物的最大P_n、 最大T_r及WUE分别为8.07~35.96 μmol CO₂·m^-2·s^-1、3.16~29.64 mmol H₂O·m^-2·s^-1、0.54~4.26 μmol CO₂·mmol^-1H₂O;种间最大P_n与最大气孔导度(Stomatal conductance, G_s)之间存在正相关关系,其相关系数为0.77(p<0.05),线性回归斜率为26.36 μmol·mmol^-1;从光合速率对胞间CO₂浓度及光量子通量密度的响应曲线来看,这类植物的表观CO₂补偿点均在4~5 Pa之间(28~30 ℃),表观羧化效率为0.64~1.86 μmol CO₂·m^-2·s^-1·Pa^-1,表观量子效率为0.05~0.06。2)从生物量分配来看,所测植物的个体生物量为0.05~0.39 g;单株总叶面积为 3.24~51.40 cm²;单位叶面积干重为0.40~0.77 g·m^-2,根在总生物量中所占比例为5.72%~19.43%,单株叶面积比在2.92~9.00 m²·kg^-1之间。种间根所占生物量的比与对应的WUE之间的比较分析结果表明,二者之间存在显著的正相关关系,其相关系数r为0.93(p<0.01)。这些结果表明,所观测的早春短命植物具有典型的C₃植物特征,相比其它类型的荒漠植物具有较高的单位叶面积P_n、高T_r及低WUE,并且在生长发育过程中表现出很低的根/地上生物量比、较高的叶面积比和单位叶面积干重,说明它们具有相对高的生长速率,这与其生长发育节律相一致,反映了它们与准噶尔荒漠环境相适应的特点。     

天山云杉针叶水提取物自毒效应及自毒物质的分离鉴定

天山云杉(Picea schrenkiana)是亚洲中部山地的特有物种, 在中国仅见于新疆, 主要分布在天山南北坡和昆仑山西部北坡, 对天山山地的水源涵养、水土保持和林业生产具有不可或缺的重要性。云杉天然林自然更新不良或障碍和生产力下降等问题的出现已成为长期困惑林业工作者的一大难题。该文从植物间的化感与自毒作用研究着手, 分析云杉针叶水提液的乙醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取物对自身种子萌发和幼苗生长影响实验。以种子发芽率、发芽势和发芽指数作为种子萌发参数, 以胚根、胚芽长度和实生苗干湿重的变化作为幼苗生长参数。研究结果表明: 种子萌发实验中乙醚萃取物具有最强的抑制效应(IC₅₀ = 5.84 mg·ml^-1), 而正丁醇萃取物的抑制效应最弱(IC₅₀> 10.00 mg·ml^-1); 幼苗生长实验中, 1.25 mg·ml^-1乙醚萃取物对幼苗生长具有显著抑制作用(p<0.05), 1.25 mg·ml^-1正丁醇萃取物能够促进其幼苗生长, 大于2.5 mg·ml^-1的正丁醇萃取物对幼苗生长具有显著抑制效应(p<0.05)。采用GC-MS-MS和NMR技术分析3种有机萃取物的化学组成, 鉴定并定量分析出了包括酚酸、长链脂肪酸、单宁酸和吲哚类物质在内的17种化合物。乙醚萃取物中存在的2-keto-4a-methyl-8-methoxy-2, 3, 4, 4a, 5, 6, 11, 12-ocahydrochrysene (在该文中, 将其命名为云杉酮)为一新的化感物质。该研究证明了天山云杉针叶中存在的化感与自毒物质是导致其种群天然更新障碍的一个最主要原因, 同时揭示了自毒作用发生的化学物质基础。     

三种苔藓植物对模拟N沉降的生理响应

该文研究了华南地区常见的3种苔藓植物大灰藓(Hypnum plumaeforme)、刺边小金发藓拟刺亚种(Pogonatum cirratum subsp. fuscatum)和石地钱(Reboulia hemisphaerica)在模拟N沉降条件下碳氮代谢的响应特征, 探讨了N沉降对这3种苔藓植物生长的影响。结果表明: 3种植物对N沉降的响应存在差异。大灰藓在加氮浓度为0 ~ 60 kg N·hm^-2的范围内, 光合速率、淀粉、可溶性糖、总氮及可溶性蛋白的含量均随加氮浓度的升高而上升; 对照条件下NR(硝酸还原酶)可诱导活性很高, 表明其对氮的需求强烈; 膜K⁺渗漏在加氮浓度为20 kg N·hm^-2时高于对照, 但更高的加氮浓度下并未使其进一步上升。刺边小金发藓拟刺亚种在加氮浓度为0~40 kg N·hm^-2的范围内, 碳氮代谢的多数指标的变化趋势与大灰藓相似, 但当N沉降高于40 kg N·hm^-2时, 呈现相反的变化趋势; 在对照条件下具一定的NR可诱导活性, 但人工加氮使其可诱导活性急剧下降。石地钱的可溶性糖及可溶性蛋白含量在不同处理条件下变化不明显, 但光合速率和淀粉含量在加氮浓度为20和40 kg N·hm^-2时低于对照及加氮浓度为60 kg N·hm^-2时, 而植物总氮含量的变化趋势刚好相反; NR固有活性及可诱导活性在各种N处理条件下均极低, 显示其对NO₃^-利用率低。刺边小金发藓拟刺亚种和石地钱的膜K⁺渗漏仅在60 kg N·hm^-2处理时显著上升。     

考考赖沟流域植被生产力模拟

 该文应用气象数据、土壤物理属性实测数据、土壤水分分布式动态模型和植被表面净辐射模型的模拟结果,利用多元线性回归分析方法,建立 了植被净第一性生产力模型,实现了鄂尔多斯高原东部砂质荒漠化地区考考赖沟流域尺度上30 m×30 m空间分辨率的植被生产力精确模拟,并 且用植被生产力的野外实测数据对模拟结果进行了验证表明: 实测值与模拟值在固定沙丘、半固定沙丘和样线2上都达到0.05显著性相关水平; 不同位置的实测植被生 产力数据多分布在1∶1直线附近,模拟值与实测值吻合较好;植被生产力实测值与模拟值的相对误差范围为3.22%～ 6.27%,偏斜度范围在-12.84%～4.43%。该文的研究方法可以为流域尺度上植被生产力的精确模拟提供借鉴和参考。     

长期施肥对麦田土壤微生物垂直分布的影响

应用微量热法研究了长期轮作下麦田不同土层中的微生物活性, 以及施肥对微生物垂直分布的影响。结果表明, 微生物活性基本随深度的增加而下降; 随着土层加深, 可培养细菌菌落数减少, 且可培养细菌菌落数目与最大时间(Peak time)P_t值(表示从微生物生长开始到达到峰值的时间)呈负相关; 热功率(P)-时间(t)曲线由陡变缓, 由规则变得起伏不定, 侧翼变得更短, 峰高也降低; 不同土层的微生物生长速率常数(Microbial growth rate constant) µ、峰高(Peak height)P_h值变化明显, 基本随深度增加而减小。施肥土样和不施肥土样的曲线形状不同, 特别是上层土样施肥后的曲线明显比不施肥的曲线陡, 侧翼也明显变短; 施肥土样的µ和P_h值都大于不施肥土样, 且施肥土样的P_t都小于对照。这说明, 在不同的土壤深度有不同的微生物群落结构, 长期的施肥处理改变了土壤微生物的垂直分布特征。