植物种群自疏过程中构件生物量与密度的关系

不论是在对植物种群自疏规律还是在对能量守衡法则的研究中,个体大小(M)大多针对植物地上部分生物量,地下部分和构件生物量及其动态十分重要又多被忽视。以1年生植物荞麦为材料研究了自疏种群地下部分生物量、包括地下部分的个体总生物量以及各构件生物量与密度的关系。结果表明:平均地上生物量和个体总生物量与密度的异速关系指数(γabove-ground和γindividual)分别为-1.293和-1.253,与-4/3无显著性差异(P>0.05),为-4/3自疏法则提供了有力证据;平均根生物量-密度异速指数γroot(-1.128)与-1无显著性差异(P>0.05),与最终产量恒定法则一致;平均茎生物量-密度异速指数γstem(-1.263)接近-4/3(P>0.05),平均叶生物量-密度异速指数γleaf(-1.524)接近-3/2(P>0.05),分别符合-4/3自疏法则与-3/2自疏法则;而繁殖生物量与密度的异速关系指数γreproductive(-2.005)显著小于-3/2、-4/3或-1(P<0.001)。因此,不存在一个对植物不同构件普适的生物量-密度之间的关系。光合产物在地上和地下构件的生物量分配格局以及构件生物量与地上生物量之间特异的异速生长关系导致不同构件具有不同的自疏指数。无论对于地上生物量还是个体总生物量,荞麦种群能量均守衡,而对于地下生物量,荞麦种群能量不守衡。     

不同种植密度下玉米与豌豆间作对群体总产量的影响

于2014和2015年在黄土高原半干旱区全膜覆盖种植技术下,研究了不同种植密度下玉米行内间作豌豆对作物群体总产量的影响.结果表明: 2014年,当玉米株距为40和50 cm时,与不插播相比,在玉米株间插播2株豌豆显著提高了作物群体籽粒总产量;而在株距60 cm情况下,插播豌豆对作物群体总产量无显著影响.2015年,玉米株距40和50 cm情况下,与对应株距的单作玉米相比,在玉米株间插播2株豌豆对群体籽粒总产量无显著影响;但是在玉米株距60 cm的情况下,株间插播2株豌豆使作物群体籽粒总产量显著增加.导致两个试验年份之间玉米行内间作豌豆的产量效应差异的主要原因是生长季降水量在2014年较2015年充沛.综合比较,玉米株距40 cm、株间插播2株豌豆间作形式的籽粒总产量最高.此外,在玉米单作和行内间作中,籽粒总产量均随玉米株距的增大而减小.     

干旱胁迫下紫花苜蓿根系形态变化及与水分利用的关系

采用盆栽实验方法研究了紫花苜蓿(品种:陇东和阿尔冈金)根系形态、生物量、蒸腾耗水量等对持续干旱的反应及与水分利用效率(WUE)间的关系,以期揭示紫花苜蓿对干旱胁迫的适应机制。结果表明:干旱胁迫使得紫花苜蓿根系形态特征在年季间、茬次间和品种间发生了显著变化,主要表现为主根伸长生长受到抑制、主根直径变细、侧根和根系总长度伸长生长则被促进、根系表面积和直径≥1mm的侧根数目显著增加、根系生物量下降,这是紫花苜蓿对干旱逆境的适应策略,但这种适应性存在限度。另一方面,干旱胁迫条件下紫花苜蓿草产量和蒸腾耗水量也因生长年限、茬次和品种的不同而呈现不同程度的降低。紫花苜蓿根系形态性状(总根长、根系生物量与根冠比)与植株水分利用效率间具有显著的相关性,其中根重对水分效率的影响是第一位的。WUE在根系形态与冠层水分消耗的协同变化下得到有限提高。对干旱的耐性最终表现为第2年第1年、第1茬和第2茬第3茬、陇东阿尔冈金。     

土壤水分和种植密度对春小麦叶片气孔的影响

 在不同土壤水分条件下,研究了不同种植密度（１、10、100、1 000、10 000株·m－2）的春小麦 (Triticum aestivum L.) 叶片气孔密度以及气孔分布的变化。结果表明：不同水分和种植密度不仅影响了叶片的气孔密度,而且也影响了其分布。随着种植密度的升高,气孔密度增大,在1 000株·m-2时气孔密度达最大值;当种植密度从1 000株·m-2上升到10 000株·m-2时,气孔密度下降;叶基部气孔数占全部气孔数的比例最大,叶尖最小,但随着种植密度的增大,气孔在叶片上的分布趋向均匀。干旱条件下随种植密度的升高气孔密度及分布的变化趋势与正常水分条件下的一致,但趋势更为明显。说明种植密度增大导致的气孔密度和分布的变化很可能是通过影响水分的供应而造成的。     

不同水分条件下春小麦根系耗碳及其与产量形成的关系

 在自动控制的遮雨棚中,用盆栽法研究了不同水分条件下春小麦(Triticum aestivum)根系耗碳过程及与籽粒产量的关系。设高(W)、中(M)、低(S)3个水分处理,试验品种为`陇春8139-2'(L)和`定西24'(D)。在开花期及之前,根系的日生物量碳、日呼吸耗碳和日分泌耗碳量占根系日总耗碳量的比例平均为26%、58%和16%。在成熟期,W、M处理的根日生物量碳的下降(负值)在两品种之间没有显著差异,而在S处理中,D品种根生物量碳日下降幅度显著高于L品种,日呼吸耗碳量和日分泌耗碳量也最低,致使其根日生物量碳下降超过根总耗碳量的100倍,而根日呼吸耗碳量和日分泌耗碳量分别是根日总耗碳量的7.89倍和3.75倍,与其它处理/品种形成了鲜明对比。以根系日呼吸和日分泌耗碳之和占日光合固碳量的百分比来看,L品种在W、M和S处理中分别为53%、52%和83%,D品种分别为58%、49%和55%。两个品种根系碳消耗比例最低的是M处理,S处理的D品种远低于L品种。两品种产量水平接近,湿润条件下,L品种产量略高于D品种。籽粒产量与平均产量之比（Y/Ym）L品种在3个处理中分别为1.34, 1.14和0.53;D品种分别为1.04, 1.06和0.90。干旱条件下D品种保持了良好的产量稳定性。对D品种而言,中、重度干旱条件下光合固碳的相对稳定和根系耗碳量的降低是植物既能提高水分利用效率又能保持较高籽粒产量的主要原因。     

不同密度杉木林乔木层垂直空间及生态系统能量积累与分配

为了探究不同林分密度对杉木各个组分热值和群落能量现存量的影响,以福建省三明市福建农林大学莘口教学林场3种造林密度(1800、3000和4500株·hm-2)杉木林为对象,对杉木林生态系统各个组分热值进行测定,并结合生物量数据,研究不同造林密度杉木林生态系统各个组分热值和能量分配情况.结果 表明:在垂直空间上,杉木林树干...     

不同降水条件下两种荒漠植物的水分利用策略

自然降水是干旱、半干旱地区荒漠植物重要的水分来源。为了说明自然降水量的变化对干旱、半干旱地区荒漠植物水分利用策略的影响, 研究了两种常见荒漠植物油蒿(Artemisia ordosica)和白刺(Nitraria tangutorum)在3个不同自然降水地区(内蒙古的杭锦旗和磴口县及甘肃的民勤县)的水分来源、水分利用效率及植物的抗逆能力的变化。测定了不同地区的植物茎水、各潜在水源(降水、地下水和土壤水)的δD和δ¹⁸O值, 并利用IsoSource模型分析了这两种植物在不同地区对这些潜在水源的选择性利用情况; 同时测定了叶片的δ¹³C和游离脯氨酸浓度。结果表明: 在年降水量最高的杭锦旗, 这两种植物对浅层土壤水的利用比例最高, 其中油蒿主要利用0-50 cm土层中的水源; 在年降水量相对较低的磴口和民勤, 植物利用的主要水源为深层土壤水和地下水。随着年降水量的增加, 这两种植物的水分利用效率逐渐降低。白刺的脯氨酸浓度大于油蒿, 与水分利用效率无关, 但油蒿的水分利用效率和脯氨酸浓度成正比。研究表明, 荒漠植物能通过改变其水分利用策略和其他生理特性适应自然降水量的变化, 但不同植物种采用的策略可能有所不同。     

土壤干旱条件下磷素营养对春小麦水分状况和光合作用的影响

研究了土壤干旱条件下磷素营养对春小麦水分状况和光合作用的影响。结果表明：土壤干旱下,磷素营养明显改善了春小麦的水分状况,维持了较高的ψｗ和ＲＷＣ,并因而导致了较高的净光合速率和较大的气孔开度。不同干旱程度下,限制春小麦光合的因子并不相同,轻度干旱下,光合降低主要是气孔的作用,而严重干旱下则主要是非气孔因子的作用。无论何种水分水平下,施磷处理的净光合速率皆高于不施磷处理,与其较大的气孔导度和叶肉光合     

CO2浓度升高和干旱对春小麦生长和水分利用的生态效应

利用开顶式气室对春小麦进行了一个生长季的CO2倍增盆栽实验,土壤水分控制为3个水平（分别为田间持水量（FWC）的80％,60％,40％）。结果显示,CO2倍增显提高小麦的光合速率。但在相同的CO2测定浓度下,生长在加倍CO2浓度下的小麦的光合速率比当前CO2浓度下小麦低22％。高CO2浓度显促进小麦生长,相对增加幅度在适宜水分下最大为14．8％。80％FWC水分条件下高CO2使植株的干重／高度比增加15．7％,高CO2条件下,小麦的蒸腾速率降低,累积耗水量减少,水分利用效率（WUE）提高,WUE的提高幅度在适宜水分下最大,为30％。干旱（40％FWC）使小麦地上干重和WUE在当前CO2条件下分别降低72％和19％,加倍CO2条件下降低幅度较大,分别为76％和23％。根据以上结果得出结论：（1）高CO2条件下,小麦的光合速率,地上生物量和水分利用效率提高;（2）植物长期生长于高CO2浓度导致光合能力降低;（3）高CO2对植物侧向生长的促进作用大于垂直生长,即高CO2下植株将相对粗壮;（4）高CO2对植物的生态效应依赖于土壤水分,在适宜水分下相对较大;（4）在未来高CO2条件下,干旱引起的减产和水分利用效率减低幅度将会更大。     

不同水分条件下盆栽苹果树蒸腾速率动态模拟

土壤水分是制约作物产量和品质的主要环境因素之一,估算不同水分条件下的蒸腾速率（r3对于作物的优质高产和节水灌溉等具有十分重要的意义。通过构建蒸腾．气孔．光合耦合模型可模拟出不同水分条件下苹果树的蒸腾动态,模型参数根据逐步干旱条件下盆栽‘富士’苹果树试验获取。结果表明,Tr主要由饱合水气压差和气孔导度（G。）驱动,同时气象因子和土壤水势对其有强烈的交互作用影响。Tr随土壤水势的下降而减小,当土壤水势低于-0．4MPa时减小幅度更加显著。晴天时,G。在一天中呈双峰曲线,而一呈单峰曲线,最大值出现在13：00左右,约为3．6mmol·m-Ls。根据该模型可计算出不同水分条件下1株盆栽苹果树（总叶片积为O．26m-2）全天的蒸腾总量,供水充足时为652．1g,严重干旱时（土壤水势为-1．5MPa）为85．4g。实测值和模拟值的比较表明,该耦合模型能够模拟出不同土壤水分条件下盆栽苹果树的蒸腾动态以及土壤的含水量。     

从异龄叶性状分析几种常绿阔叶植物变异与关联

该研究从个体与物种两个水平分析福建省鬼洞山中亚热带常绿阔叶次生林中七种阔叶树种异龄叶的平均叶面积(MLA)、比叶面积(SLA)和叶干物质含量(LDMC)三个性状的变异及关联,探讨叶性状物质分配策略对植物生活策略优化的限制性影响。结果表明:(1)对七种阔叶树种的个体和物种水平变异系数而言,均为MLA(82.9%;76.9%)SLA(38.9%;35.5%)LDMC(25.4%;23.8%);在个体和物种水平上当年生叶片MLA变异系数(71.5%;64.0%)小于往年生叶片(72.2%;65.8%),SLA、LDMC值则相反。(2)在个体和物种水平,当年生叶MLA对往年生叶MLA变异的解释率分别为50.1%和61.5%,当年生叶SLA对往年生叶SLA变异的解释率分别为56.6%和77.0%,当年生叶LDMC对往年生叶LDMC变异的解释率分别为51.7%和68.3%。(3)7种亚热带常绿阔叶植物异龄叶MLA、SLA与LDMC变化规律说明,当年生叶与往年生叶投资相同干物质,当年叶可形成更大的叶面积,且叶面积建成的消耗较往年叶小。研究认为,异龄叶性状在异龄叶间存在变异与关联,叶面积形成过程中生物量建成与消耗的协调可能影响植物叶片的发育。     

烤烟品种抗旱性的早期鉴定技术研究

通过固体平板培养技术,研究烟苗在干旱胁迫条件下与抗旱性密切相关的指标,对5个烤烟品种进行了抗旱性鉴定,并用隶属函数法对烤烟品种的抗旱性进行综合评价。结果表明,同一烤烟品种在干旱胁迫与正常条件下相比,其鲜重、主根长、侧根总长、根系活力、叶绿素含量及质膜透性差异显著,鲜重、侧根总长及质膜透性可作为烤烟抗旱性的敏感指标;不同烤烟品种的抗旱性有明显差异,5个品种抗旱性大小表现为:NC82 > RG11 > 红花大金元 > G28 > K326。本技术可用于烤烟品种抗性筛选。     

Temporal dynamics and spatial variability in the enhancement of canopy leaf area under elevated atmospheric CO2

Increased canopy leaf area (L) may lead to higher forest productivity and alter processes such as species dynamics and ecosystem mass and energy fluxes. Few CO₂ enrichment studies have been conducted in closed canopy forests and none have shown a sustained enhancement of L. We reconstructed 8 years (1996–2003) of L at Duke's Free Air CO₂ Enrichment experiment to determine the effects of elevated atmospheric CO₂ concentration ([CO₂]) on L before and after canopy closure in a pine forest with a hardwood component, focusing on interactions with temporal variation in water availability and spatial variation in nitrogen (N) supply. The dynamics of L were reconstructed using data on leaf litterfall mass and specific leaf area for hardwoods, and needle litterfall mass and specific leaf area combined with needle elongation rates, and fascicle and shoot counts for pines. The dynamics of pine L production and senescence were unaffected by elevated [CO₂], although L senescence for hardwoods was slowed. Elevated [CO₂] enhanced pine L and the total canopy L (combined pine and hardwood species; P<0.050); on average, enhancement following canopy closure was ～16% and 14% respectively. However, variation in pine L and its response to elevated [CO₂] was not random. Each year pine L under ambient and elevated [CO₂] was spatially correlated to the variability in site nitrogen availability (e.g. r²=0.94 and 0.87 in 2001, when L was highest before declining due to droughts and storms), with the [CO₂]‐induced enhancement increasing with N (P=0.061). Incorporating data on N beyond the range of native fertility, achieved through N fertilization, indicated that pine L had reached the site maximum under elevated [CO₂] where native N was highest. Thus closed canopy pine forests may be able to increase leaf area under elevated [CO₂] in moderate fertility sites, but are unable to respond to [CO₂] in both infertile sites (insufficient resources) and sites having high levels of fertility (maximum utilization of resources). The total canopy L, representing the combined L of pine and hardwood species, was constant across the N gradient under both ambient and elevated [CO₂], generating a constant enhancement of canopy L. Thus, in mixed species stands, L of canopy hardwoods which developed on lower fertility sites (～3 g N inputs m^?2 yr^?1) may be sufficiently enhanced under elevated [CO₂] to compensate for the lack of response in pine L, and generate an appreciable response of total canopy L (～14%).     

基于小波分析的大豆叶面积高光谱反演

实测了不同水肥耦合、经营制度及有效营养面积条件下的大豆(Glycinemax)冠层高光谱反射率与叶面积指数(LAI),并对光谱反射率、微分光谱与LAI的关系进行了分析;采用比值植被指数(RVI)与归一化植被指数(NDVI)建立了大豆LAI反演模型;采用小波分析对采集的光谱反射率数据进行了能量系数提取,并以小波能量系数作为自变量进行了单变量与多变量回归分析,对大豆LAI进行估算。结果表明:大豆LAI与光谱反射率在可见光波段呈负相关;在近红外波段呈正相关;微分光谱在红边处与大豆LAI密切相关(R2=0.92);RVI与NDVI可以提高大豆LAI的估算精度(R2分别达0.79、0.84);各植被指数各有优缺点,应根据需要进行选择;小波能量系数回归模型可以进一步提高大豆叶面积的估算水平,以一个特定小波能量系数作为自变量的回归模型,大豆LAI回归确定系数R2高达0.884;以4个和6个小波能量系数建立LAI回归分析模型(R2分别达0.92、0.93),2个模型LAI预测值与大豆LAI实测值线性回归确定性系数R2分别为0.90、0.92。比较可知,小波分析可以对高光谱进行特征变量提取,进而反演大豆生理参数,并且反演的LAI精度较光谱反射率、微分光谱及植被指数都有明显提高,小波分析在植被生理参数的高光谱提取方面有着广阔的应用前景。     

Drought effects on canopy properties and productivity in thinned and unthinned Turkey oak stands

ABSTRACT

Drought responses, leaf area index (LAI), leaf characteristics and light extinction coefficient (k) were analysed in thinned and unthinned Turkey oak (Quercus cerris L.) stands at two sites: Valsavignone, in the Apennines, with a mild climate, and Caselli, near the Tyrrhenian coast, with a longer and more accentuated dry period in the summer. Turkey oak showed a good adaptability to drought due to a series of modifications in leaf characteristics, canopy properties and biomass allocation such as leaf area reduction, increased leaf thickness, smaller number of leaves and, at stand level, lower LAI, leaf biomass and LWR values and higher light extinction coefficients. In spite of the better environmental conditions and the higher LAI values, productivity was lower in the wet site. The differences in Turkey oak canopy properties, light extinction coefficients, LAI and their relations with drought and productivity are discussed.     

西南干旱对哀牢山常绿阔叶林凋落物及叶面积指数的影响

为探讨2010年初西南干旱对这一地区原生植被林冠和凋落物量的影响,以及这一地区凋落物量和气候条件之间的关系,对比研究了哀牢山亚热带常绿阔叶林2010年和一般年份的凋落物特征以及各层的叶面积指数,并分析了凋落物量和气候因子之间的关系.2010年凋落物总量和往年相比无显著差异,但是叶凋落总量、旱季凋落物总量、旱季叶凋落量为历年来最高,其中旱季叶凋落物量比一般年份平均高35.2％ (0.81 t/hm2).而2010年附生苔蘚年凋落量为历年来最低.2010年最旱月的乔木层和灌木层叶面积指数和2005同期相比无显著差异,但是草本层叶面积指数却极显著低于2005年同期.因此,2010年初西南干旱尽管使哀牢山常绿阔叶林旱季落叶增加,但还没有到显著影响冠层叶面积指数的程度.而草本层和附生苔藓的生长则受到了干旱事件的显著影响.此外,哀牢山常绿阔叶林年总凋落量和年降水量显著正相关,而和年均温却不相关,表明该亚热带森林凋落物量主要由降水而非温度决定.