影响加拿大一枝黄花种子非随机脱落的因素

为揭示加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)种群扩散机制, 明确种子的脱落及风传扩散在其种群蔓延中的作用, 在人工环境下测定了不同湍流强度、风速和湿度处理下种子脱落的差异, 并对脱落种子与未脱落种子进行形态学特征对比。结果表明: 加拿大一枝黄花的种子脱落受湍流、风速和湿度等因素的共同影响。水平气流下种子的脱落阈值为5.1 m·s^-1, 并随着风速增加, 种子的脱落率增加。与模拟水平气流相比, 模拟垂直气流下种子的脱落阈值显著偏小。相对于层流状态, 湍流的存在显著提高了种子的脱落率, 平均增幅超过300%; 但单纯提高湍流强度对种子脱落率的影响不显著。增加湿度则显著降低种子的脱落率。种子形态学特征对比结果表明, 脱落种子的冠毛数量和冠毛夹角显著高于未脱落种子。该研究结果为研究加拿大一枝黄花种子脱落规律和风传扩散机制提供了科学依据, 也为其他入侵性杂草种子的扩散机制及入侵过程提供了 借鉴。     

Factors influencing the nonrandom abscission of Solidago canadensis seeds

 为揭示加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)种群扩散机制, 明确种子的脱落及风传扩散在其种群蔓延中的作用, 在人工环境下测定了不同湍流强度、风速和湿度处理下种子脱落的差异, 并对脱落种子与未脱落种子进行形态学特征对比。结果表明: 加拿大一枝黄花的种子脱落受湍流、风速和湿度等因素的共同影响。水平气流下种子的脱落阈值为5.1 m·s^–1, 并随着风速增加, 种子的脱落率增加。与模拟水平气流相比, 模拟垂直气流下种子的脱落阈值显著偏小。相对于层流状态, 湍流的存在显著提高了种子的脱落率, 平均增幅超过300%; 但单纯提高湍流强度对种子脱落率的影响不显著。增加湿度则显著降低种子的脱落率。种子形态学特征对比结果表明, 脱落种子的冠毛数量和冠毛夹角显著高于未脱落种子。该研究结果为研究加拿大一枝黄花种子脱落规律和风传扩散机制提供了科学依据, 也为其他入侵性杂草种子的扩散机制及入侵过程提供了借鉴。     

种子的长距离风传播模型研究进展

 植物种子的长距离传播在物种迁移、生物入侵、保护生物学等领域有重要的生态和进化意义。种子传播有很多方式,开阔草原等地区的草本植物和许多热带和温带的树木都是通过风传播种子的。风传播的方式最适合进行种子长距离传播现象的模拟研究。种子的风传播模型是传播生态研究的一个重要领域,尤其是种子的长距离风传播模型,对于外来入侵植物的扩散和破碎化景观中植物种群的基因交流等生态过程研究举足轻重,然而国内鲜见这方面的研究成果。本文综述了种子长距离风传播现象研究的背景和意义,分析了风传播种子模型的基本形式和构成原理,并分别就现象模型和机理模型的相关研究进展进行了总结,同时指出了未来发展的几个重要方向。种子的风传播模型可以分为现象模型和机理模型两类,现象模型按种子传播核心的形式包括短尾模型、偏峰长尾模型和混合传播核心模型,后两者对于长距离传播数据的模拟可以取得很好的效果。机理模型按照模拟机制可分为欧拉对流扩散模型和拉格郎日随机模型两类。本文重点介绍了种子的长距离风传播现象的形成机理和两类机理模型的参数构成和处理方式。适合种子脱落的天气和适合传播的天气的同步性可能是形成种子长距离风传播的一个重要前提,林缘和地表存在的上升气流及大风和暴风中形成的速度梯度都可能对于种子的长距离传播有重要的作用。机理模型的操作因子主要包括生物方面的因子、气象方面的因子和地形方面的因子。同时对目前几个应用比较成功的机理模型进行了简要的介绍和评价,包括倾斜羽毛模型、对流-扩散-下降模型、无掩蔽模型、背景模型、WINDISPER及其改进模型和PAPPUS模型。最后指出,目前在风传播种子的长距离模型研究中,对草本植物种子的传播模拟的投入明显不如树木种子的长距离传播模拟,对于破碎化景观中种子长距离的风传播的研究还存在很大的差距,而对提高机理模型预测能力的高分辨率物理环境数据输入技术的需求则为多学科交叉提供了很好的机会。     

基于个体的空间显性模型和遥感技术模拟入侵植物扩张机制

基于个体的空间显性模型和遥感技术,以互花米草为例,模拟了自1997到2010年的种群扩张动态,揭示了土地利用变化与潮间带高程的影响;并通过全局敏感性分析揭示了种子扩散、成体存活率、有性和无性繁殖等种群统计学特征对互花米草种群扩张的相对重要性。研究结果发现:1)有性繁殖与无性繁殖共同决定互花米草种群快速扩张;2)潮间带高程和土地利用变化显著影响模型预测的精度,对互花米草种群扩张有非常重要的影响;3)成体存活率与种子长距离扩散是影响互花米草种群扩张速度最重要的因素;无性繁殖比有性繁殖对种群扩张的影响更大;种子长距离扩散比本地扩散更为重要,同时,小概率的种子长距离扩散事件对种群扩张有非常重要的影响。为了经济有效地控制外来入侵植物的扩张,应该抑制种子的长距离扩散和移除种子长距离扩散形成的位于入侵前沿的小斑块。     

植物花粉,种子湍流扩散的梯度——输送模型

运用梯度──输送理论分析了植物花粉、种子湍流扩散的不同情况,导出了植物花粉、种子散布的湍流扩散模型,并运用此模型研究了亚热带常绿阔叶林优势种四川大头茶的种子散布格局.     

风传草本植物种子空间传播新模型

种子阶段产生的时空格局对植物种群迁移十分关键,在植物种群动态、外来种入侵、保护生物学领域有重要意义。大多数种子从母株处传播距离较短,少数种子可以进行长距离传播。近30多年对种子传播的大量研究集中在近距离传播,这与目前的技术很难直接跟踪长距离传播的种子有关,尤其是草本植物种子传播数据极难获取。在现实条件约束下,利用模型模拟种子传播显示了重要作用,但目前尚未形成种子密度随距离变化的统一性函数或分布曲线,我国更是鲜见此方面研究成果。提出了一种全新的风传草本植物种子的空间传播模型,即准麦克斯韦空间分布模型,将种子长、中、短距离的传播归纳于统一的模型之中;实现无风或有风时,任意方向及区域的种子传播模拟,并且利用前人已有的实验或实测数据对模型进行了适应性分析,旨在推动此领域研究的进一步探索与发展。     

五种杂草种子沉降速度

在室内无风条件下,研究了加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)、紫菀(Aster tataricus)、小飞蓬(Conyza canadensis)、山莴苣(Lagedium sibiricum)和芦苇(Phragmites communis)等5种具有风传扩散潜力的杂草种子的沉降速度,并对5种杂草种子的远距离扩散能力进行了推测.结果表明:在不受其他作用如气流等影响的情况下,加拿大一枝黄花、紫菀、小飞蓬、山莴苣和芦苇等5种杂草种子,分别在0.5、1.0、1.5和2.0 m等4个高度自由释放一定数量的种子,记录其种子在各个高度的沉降时间,该5种子沉降速度依次为14.1、20.4、20.8、23.3和33.3 cm·s-1;5种杂草种子中加拿大一枝黄花种子沉降速度较慢,更适于长距离风传扩散.     

森林生态系统与大气边界层相互作用的数值模拟

基于大气边界层和植被冠层微气象学基本原理,建立了一个森林生态系统与大气边界层相互作用的数值模式．应用该模式模拟了森林生态系统的热量平衡、植被温度、植被冠层内空气温度、地表温度日变化特征,及森林生态系统下垫面大气边界层风速、位温、比湿、湍流交换系数的时空分布和廓线的日变化特征．该模式还可应用于不同下垫面,模拟陆面物理过程与大气边界层相互作用机制及其区域气候效应的研究,这将为气候模式与生物圈的耦合研究奠定一个良好的基础．     

金佛山方竹自然扩散生态效应初步分析

为探索金佛山方竹在自然扩散过程中对其他物种造成的影响,选择了草地、灌木林和乔木林三种不同的植被布设样方,连续五年观测和统计了金佛山方竹自然扩散过程中各试验点物种种类、各类群物种的平均高度和平均盖度的变化。调查发现,各试验点共有乔木14种、灌木23种、草本41种;随着金佛山方竹的扩散,乔木层植物的种类基本保持不变,其平均高度变化十分微弱,兰花试验点乔木层平均盖度下降约4.6%,上茨盖坝试验点的平均盖度上升12.5%;灌木层植物种类逐渐减少,平均盖度逐渐降低,平均高度呈现出先降低后上升的趋势;草本层植物的物种种类、平均高度和平均盖度均明显降低。     

CLM3.0-DGVM中植物叶面积指数与气候因子的时空关系

作为陆面模型里植被的特征量,叶面积值数（LAI）和植被覆盖度在陆地-大气相互作用的相关研究里被广泛应用。LAI的模拟是动态植被模式（DVM）的核心任务之一,需要对模拟的LAI与气候因子间的时空关系进行评估以更好的了解模式性能以及理解植被-大气反馈过程。用1950—1999年的气象数据驱动通用陆面模式的动态植被模式（CLM3.0-DGVM）模拟得到的全球潜在植被的LAI和2001—2003年MODIS观测资料衍生出的LAI数据进行对比,并在此基础上研究当前气候条件下不同植物功能型（PFT）的LAI与不同气候因子在年际尺度上的时空关系,包括运用Moran系数理论分析空间自相关性、运用逐步回归算法构建空间最优一阶线性回归方程、分析模式LAI与气候因子间的滞后相关性。研究表明：1）以MODIS衍生数据作参照,改进后的CLM3.0-DGVM能较好地模拟不同PFTs的LAI年最大值的空间分布型,但是在物候模拟即LAI的季节循环上存在不足;2）植物LAI的分布具有正的空间自相关性。对潜在植物LAI和气候因子进行拟合时不同气候因子对不同PFTs的方差贡献不一样,一般降水最大、风速最小。这反映了陆地生态系统和气候间复杂的相互关系;3）模式模拟的LAI和气候因子有显著的1～2年的滞后相关,其中光照、降水和LAI的滞后相关性波动较大,而温度、比湿的较小,风速的不明显。这些基于CLM3.0-DGVM的结论在自然界的植物–气候相互作用系统中具有普遍意义：不同地区不同植物受不同气候因子的影响不一样;找出不同PFT的主要气候影响因子和理解其中最关键的生物物理和生物化学过程是至关重要的。进一步工作需要用更精确和更高分辨率的气候数据以及局地观测的LAI对DGVM做评估,同时DGVM本身也需要继续改进（例如加入农作物和灌溉过程的模拟）。     

基于植被羰基硫通量估算陆地生态系统总初级生产力研究进展

羰基硫(COS)是大气中的长周期痕量气体，其分子结构、对流层大气混合比的昼夜和季节动态类似于二氧化碳(CO₂)。植物光合作用及其水解过程中，受扩散通路导度和酶活性影响，气孔的COS与CO₂吸收紧密相关，同时，植物自养呼吸并不释放COS。最新研究中，采用植被COS通量直接指示生态系统总初级生产力(GPP)。综述了植被COS通量与光合作用中碳固定过程的关联机制，以及采用涡度相关观测、整合大气COS监测和生态系统过程模型等方法开展植被COS通量与GPP研究的最新进展，探讨了关键生态过程和参数，发现方法存在以下瓶颈：(1)生理过程、尺度效应和解析效应影响了COS与CO₂的叶片相对吸收率，(2)观测与模拟手段有待进一步耦合，(3)全球COS观测密度限制了方法验证，(4)硫循环过程影响了多区域模拟精度。方法发展的前沿领域包括：(1)开展重点地区植被COS通量观测，(2)提高COS卫星柱浓度的覆盖范围，(3)完善生态系统过程模型的COS吸收机理。展望未来研究关注的科学问题是：对于亚热带等尚待开展COS连续观测的区域，采用植被COS通量...     

植被对近地面层水热交换影响的参数化模型

应用植被对地表面与大气之间水热交换影响的参数化模型,研究了不同植被类型的覆盖度、土壤湿度下垫面的土壤温度、叶温、近地面层气温及地表面与大气之间热量和水分交换,并一相应的观测资料进行了比较,结果表明,模拟不同植被的不同植被的温湿状况、辐射特征和能量平衡关系是合理的。因此,该参数化模型可于中尺度气象模型、气候模拟和环境生态学的研究。     

风力驱动的榆树疏林种子扩散模拟

种子扩散是榆树疏林天然更新研究的重要内容,榆树种子扩散主要为风力驱动。为探究风力对种子扩散的影响,本研究建立个体模型,模拟风力驱动的科尔沁沙地疏林榆树种子扩散。研究发现:各风向上种子扩散呈现单峰分布的特征,其峰值在距离种子源3~4个单位处;种子扩散距离与种子累积数量在各风向上差别不大。这一结果与野外观测结果一致。本研究表明,个体模型是研究种子扩散过程及其影响因素的有力工具。研究结果有助于理解科尔沁沙地榆树疏林天然更新过程,为植被恢复提供依据。     

植物功能性状与外来植物入侵

揭示影响外来植物入侵性的功能性状及其生态机制是入侵植物生态学的核心任务之一。本文综述了植物功能性状与外来植物入侵性的研究进展, 通过分析植物功能性状对外来植物入侵的贡献以及外来植物的不同入侵阶段对其功能性状的需求, 探讨植物功能性状与外来植物入侵的相关性及其入侵机理。迄今研究较多的影响外来植物入侵性的功能性状主要包括形态性状、生长性状、生理性状、繁殖性状、种子性状、克隆性状、表型可塑性和遗传变异等。这些功能性状对外来植物入侵的贡献随着入侵阶段的不同而变化。在传播到达阶段, 种子性状对入侵具有重要影响; 在定居建群阶段, 与植物抗逆性和适应性相关的生理性状和繁殖性状发挥主要作用; 在扩散入侵阶段, 克隆性状和影响植物竞争能力的生理性状对植物成功入侵具有重要贡献。由于植物入侵性是其功能性状和环境因素互作的结果, 且功能性状的作用随环境因素和入侵阶段不同而异, 因此, 结合外来植物入侵阶段, 并考虑功能性状与环境因子的互作, 是入侵生物学中植物功能性状研究的发展趋势。     

基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟

针对内蒙古乌梁素海面临的污染现状,基于三维环境流体动力学模型(EFDC)的计算模式,将其与CE-QUAL-ICM模型耦合,模拟了不同情景下的乌梁素海藻类、总氮、总磷、化学需氧量年际和季节变化规律,模型中不仅考虑了风速和蒸发对模型的影响,也加入了挺水植物密度、高度、直径等形态指标,以此反映水生植物存在的区域中植物吸收降解污染物质、风速对底部应力、流场变化等因素对模型模拟结果的影响。研究结果表明:考虑挺水植物分布的耦合模型能够很好的模拟藻类和污染物质在乌梁素海内的年际、季节变化过程,模拟结果更接近于实际,模拟值与实测值间的相对误差基本控制在30%以内,大部分相对误差已控制在20%以内;降低入湖污染物质负荷直接影响着湖区内水质浓度的变化。另外,对于浅水或挺水植物密集而无法进入取得信息的区域,利用所建耦合模型能够为这些区域湖泊规划、管理、修复提供依据。     

黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产力模型

构建了机理性植被净第一性生产力模型(Vegetation—Soil—Integrated—Model,VSIM)。该模型将土壤水分动态过程与植被生长过程相耦合,用以分析黄土高原丘陵沟壑区土壤水分对植被生产力的影响。模型考虑了叶片尺度上气孔导度对净光合过程和蒸腾过程的影响,在此基础上通过考虑植被冠层结构和地形因素的影响对模型进行尺度转换,并以位于黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域的观测数据对模型进行参数化和验证。结果表明对于生物量的模拟草本和半灌木比乔、灌木好．主要植被类型LAI的季节变化与观测结果具有很好的一致性,模型能够反映出流域降雨一产流过程,并且基本上也能够反映土壤水分的时空变化范围。模拟结果表明,刺槐林和苹果林属于高光合一低蒸腾类型,农作物、白羊草群落和达乌里胡枝子群落属于高光合一高蒸腾类型,铁杆蒿群落和茭蒿群落属于低光合一低蒸腾类型,而沙棘灌丛和柠条灌丛的净第一性生产力居中,但蒸腾量较高。流域内土壤水分在多年序列上基本平衡,而在不同的水文年表现出失衡。其中刺槐林、苹果林和沙棘灌丛的多年平均土壤水分在年内存在少量亏缺,铁杆蒿群落和茭蒿群落略有增加,而其它植被类型基本保持平衡。丰水年不同植被类型土壤含水量都明显高于欠水年,土壤水分含量的变化在丰水年表现为盈余,而在欠水年表现为明显的亏缺。     

入侵植物飞机草和南美蟛蜞菊种子萌发特征对热带珊瑚岛生境的响应

入侵植物对热带珊瑚岛植被及生态系统产生严重威胁,研究热带珊瑚岛生境下入侵植物的种子萌发特征,可为预判入侵植物在热带珊瑚岛的扩张潜力提供科学依据。该研究以入侵植物飞机草(Eupatorium odoratum)、南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)和原生植物林泽兰(E. lindleyanum)种子为对象,通过“人为增温3℃+海砂基质+水”模拟热带珊瑚岛生境,测定种子萌发性状。结果表明：飞机草种子萌发性状主要受海砂基质和增温的影响;南美蟛蜞菊和林泽兰种子萌发性状则主要受海砂基质的影响。在热带珊瑚岛生境下,3种植物的繁殖潜力均显著低于大陆生境,飞机草和南美蟛蜞菊繁殖潜力降幅尤为显著。飞机草种子扩张潜力与林泽兰相当,但南美蟛蜞菊种子扩张潜力显著高于林泽兰。虽然飞机草和南美蟛蜞菊被人为带入热带珊瑚岛后的繁殖潜力有所下降,但其种子萌发特征对珊瑚岛生境的适应性和高于原生物种的扩张潜力均表明这2种入侵植物将对珊瑚岛植被生态系统造成威胁,在今后的研究中应当着重关注热带珊瑚岛生境入侵植物的防控工作。     

我国国家级自然保护区主要外来入侵植物分布格局及成因

自然保护区在生物多样性保护中起着关键作用,然而也面临外来物种入侵等诸多压力。基于72个已调查国家级自然保护区外来入侵植物数据,重点分析生态环境部发布的四批外来入侵物种名单中已有分布的35种外来入侵植物分布格局及其影响因素。研究发现72个国家级自然保护区平均记录有（7.78±0.47）种外来入侵植物,MaxEnt模型预测结果表明98.69%的国家级自然保护区面临外来植物入侵风险。低纬度地区（8.07±0.73）和中纬度地区（9.64±0.56）国家级自然保护区外来入侵植物数量显著高于高纬度地区（4.53±0.88）,且不同类型国家级自然保护区外来入侵植物差异不显著。温度和降雨量是影响外来入侵植物在自然保护区分布的关键因素,且影响不同生活型外来入侵植物分布格局的关键因素不同：温度对一年生草本、藤本和灌木的分布解释量极为显著,保护区建立时间、温度、降雨量和海拔共同影响多年生草本植物在国家级自然保护区的分布。研究结果表明国家级自然保护区外来入侵植物调查与监测还存在很大的空白,未来需要进一步加强自然保护区外来入侵植物研究,并提升外来入侵植物的监管能力。     

干扰强度对群落中紫茎泽兰种子萌发、幼苗定居和生长的影响

干扰与外来植物入侵密切相关,种子萌发和幼苗定居是植物生活史中最脆弱、也是外来植物入侵最关键的阶段.为研究干扰在恶性外来入侵植物紫茎泽兰成功入侵过程中的作用,采用人工牧草群落代替自然群落,人为干扰(去除不同面积的牧草)模拟自然干扰的方式,研究了紫茎泽兰入侵初期种子萌发、幼苗定居和生长对不同干扰强度的响应与适应.结果表明:...     

入侵杂草化感作用的细胞自动机模拟研究

细胞自动机模型(Cellular Automata Model,简称CA模型)是一种能够表现系统复杂行为的模拟方法,适于研究植物群落时空动态过程.本文利用CA模型,模拟具有化感作用的外来种入侵原有物种所构成植被的过程.模型由产生化感物质的外来种和两个对化感物质敏感性不同的本地种组合成不同类型的群落,利用化感物质作用下受体物种生物活性响应模型及种子扩散负指数分布模型,模拟外来杂草和本地种分布格局的时空动态变化.结果表明,外来种可成功地完全入侵由两个对化感物质敏感的本地种构成的群落空间,但对于由对化感物质敏感的一个本地种及对化感物质具有抗性的另一个本地种构成的群落,外来种只能够与本地种共存.