全球环境变化对典型生态系统的影响研究:现状、挑战与发展趋势

随着全球环境变化和人类活动对生态系统影响的日益加深,生态系统结构和功能发生强烈变化,生态系统提供各类资源和服务的能力在显著下降。在这种背景下,全面认识生态系统的结构功能与全球环境变化的关系已成为当前生态学研究的热点之一。本文综述了全球环境变化对典型生态系统(包括森林生态系统、河口湿地生态系统、城市生态系统)影响以及全球环境变化适应的研究现状,分析研究面临的困难及挑战。在此基础上,提出对未来研究发展趋势的展望。在森林生态系统与全球环境变化研究上,未来应重视能更好模拟现实情景的、多因子、长期的全球环境变化控制试验,并注重不同生物地球化学循环之间的耦合作用。在湿地生态系统与全球环境变化研究上,未来应加强氮沉降、硫沉降及盐水入侵对湿地生态系统碳氮循环的影响,明晰滨海湿地的蓝碳功能,加强极端气候和人类干扰影响下湿地生态系统结构和功能变化及恢复力的研究。在城市生态系统与全球环境变化研究上,未来应深化城市生物地球化学循环机制研究,实现城市生态系统的人本需求侧重与转向,并开展典型地区长期、多要素综合响应研究。在全球环境变化适应研究上,未来应构架定量化、跨尺度的适应性评价体系,加强典型区域/部门的适应性研究以及适应策略实施的可行性研究,注重适应与减缓对策的关联研究及实施的风险评估。期望本综述为我国生态系统与全球环境变化研究提供一些参考。     

不同条件下香蕉幼苗对环境羟自由基水平的影响

在人工可控环境中,以香蕉幼苗在不同光强、不同温度、不同酸碱度条件下光系统Ⅱ叶绿素荧光参数的变化衡量香蕉幼苗光合特性的变化,同时测量培养环境中羟自由基水平以评价植物生长对环境羟自由基水平的影响。结果显示：香蕉幼苗生长的环境中羟自由基水平明显高于没有植物生长的同样环境,表明植物的生长可提高环境的羟自由基水平。环境条件变化引起香蕉幼苗叶片光系统Ⅱ叶绿素荧光参数发生明显变化,高光强、极端温度和极端酸碱条件下的叶绿素荧光参数变化显示幼苗不同程度的光抑制,同时也伴随环境中羟自由基水平的升高,二者具有一定程度的相关性。本研究证明了大气中羟自由基水平受植物生长状态的影响,指出植物生长状态与环境中羟自由基水平的密切关系,为研究大气中羟自由基水平的演变机制提供了依据。     

卵生脊椎动物胚胎对环境变化的行为响应

动物生存在复杂多变的环境中,行为调节是其响应环境变化的重要途径.传统认为胚胎缺乏主动行为调节能力,只能被动响应环境变化.然而,越来越多的研究证据表明,动物胚胎具有主动响应环境变化的行为调节能力.本文回顾了卵生脊椎动物胚胎对环境变化行为响应的研究进展,重点阐述了温度、湿度、光照、声音、震动和有毒物质等环境因子对胚胎发育的影响及胚胎自身的行为响应,并提出未来值得关注的可能研究方向.     

环境审美的生物学基础和文化影响及其设计应用

人类的环境审美既受到在长期进化中形成的生物本能的影响,同时也受到文化发展的影响。环境审美的生物学基础认为能够满足人类生存和繁衍的环境就是美的,由此形成了栖息地理论、瞭望—庇护理论、认知理论和信息处理理论,其特点是形式和内容的完美统一。文化对于人类环境审美的影响主要表现在：1）对于生物学基础的调整和改变;2）文化的变化导致环境审美情趣的变化;3）对于同一审美对象,个体和小群体的美感体验存在差异。生物学基础和文化发展之间也存在着相互作用,二者总是综合起来共同影响人们的环境审美,因此在环境设计中必须同时重视二者的作用,才能设计出具有“家园感”的环境作品。     

高原低氧环境下影响肺动脉压力的相关因素分析

肺动脉压力变化是反映机体在高原低氧环境中适应习服或病理损伤的重要生理指标，不同海拔、不同时间的低氧刺激对肺动脉压力的影响也不尽相同，其中许多因素影响肺动脉压力的变化，如血管平滑肌的收缩、血流动力学改变、血管活性调节异常以及心肺功能的异常改变等，深入探讨低氧环境下肺动脉压力的调节因素对明确低氧适应和习服的相关机制及急慢性高原病预防、诊断、治疗、预后具有重要的意义。近年来关于高海拔低氧环境下影响肺动脉压力的相关因素研究有了较大的进展，本文从循环系统血流动力学、血管活性状态及心肺功能变化等方面对低氧环境下肺动脉压力的调节因素和干预措施进行综述。     

环境对产毒性大肠杆菌肠毒素表达的影响

通过体外试验,探讨一些与人体肠道微环境有关因素的变化对ＥＴＥＣ主要毒力因子肠毒素产生的影响。研究结果表明,细菌培养基的ｐＨ、渗透浓度、气体组成及温度的不同均可影响ＥＴＥＣ肠毒素的产生,而且ＬＴ与ＳＴ对有关环境因素的反应有所不同,一些与肠道环境有关环境条件的变化可影响ＥＴＥＣ肠毒素的表达,提示机体肠道微环境的变化可能与ＥＴＥＣ的致病有关。     

丹参代谢途径关键酶和次生代谢产物的研究进展

丹参次生代谢物是丹参入药的主要成分，文章从丹参次生代谢物的主要类型、合成途径、关键酶及培养环境的变化对丹参次生代谢物的影响等方面，综述了近年来国内外对丹参次生代谢产物积累的研究进展，论述了植物次生代谢主要合成途径中关键酶与代谢物积累的相关作用，列举了环境变化、诱导作用对丹参次生代谢物含量变化的影响，旨在为丹参的规范化种植和质量控制提供理论依据。     

散射辐射测量及其对陆地生态系统生产力影响的研究进展

全球变化,特别是大气成分变化引起的散射辐射变化已经并将继续影响陆地生态系统的生产力与碳收支。该文综述了散射辐射的影响因子及其估算方法,分析了散射辐射对植被光能利用率(light-use efficiency,LUE)、陆地生态系统生产力及其碳收支的影响过程与控制机理,在此基础上提出了未来拟加强研究的方面:1)散射辐射对植物光合作用影响的机理及其在不同时空尺度的反应;2)散射辐射及其与其他环境因子的相互作用对植物与冠层光合作用影响的定量描述;3)散射辐射及其与其他环境因子的相互作用对土壤呼吸作用的影响过程与控制机理;4)植物对散射辐射及其与其他环境因子相互作用的适应性研究;5)散射辐射及其与其他环境因子的相互作用对陆地生态系统生产力及其碳收支的影响过程与调控对策。     

芦芽山林线白杄生长季径向生长动态

高山林线作为树木分布的高度上限, 是全球范围最重要的植被过渡带之一, 其树木生长显著受到外界极端环境条件的影响。利用点状树木径向变化记录仪于2009年5-9月, 对山西省芦芽山林线组成树种白杄(Picea meyeri)生长季内树木径向生长进行了持续的动态监测。结果表明: 白杄茎干日变化主要受到树木蒸腾作用日变化的影响, 茎干呈现出白天脱水收缩与夜间吸水膨胀的循环变化; 生长季白杄径向生长可划分为3个不同的生长时段: 1)茎干水分恢复时段, 2)茎干快速生长时段, 3)茎干脱水收缩时段。在茎干水分恢复时段, 白杄茎干径向累积变化主要受到土壤含水量变化的影响。土壤温度是茎干快速生长时段影响茎干径向生长的主导环境因子, 同时它也影响着白杄茎干径向生长的开始。在茎干脱水收缩时段, 土壤温度、土壤含水量是影响茎干径向累积变化的主要环境因子。白杄径向生长最大速度出现在6月末, 其主要受到光周期(即白昼长短)影响, 是对林线处极端环境的一种适应。     

苔藓植物对环境变化的响应及适应性研究进展

苔藓植物由于其结构相对简单,对环境变化的反应较为敏感,是一类良好的生物指示植物.本文综述了水分、光照、温度等方面的环境因子变化对苔藓植物的影响以及苔藓植物对环境污染的响应及适应的最近研究进展,以期促进国内深入开展苔藓植物对环境污染和全球变化的响应、适应及其生态指示作用等研究.     

干旱胁迫下胡杨茎流日变化分析——以塔里木河下游英苏断面为例

用PHYTALK植物生理生态监测系统对塔里木河下游英苏断面胡杨的茎流和相关环境因子的日变化进行了监测.结果表明:在极端干旱区塔里木河下游的胡杨茎流日变化表现多峰值,且夜晚仍保持一定流速;主枝与侧枝茎流日变化趋势相似,主枝流速高于侧枝;侧枝对环境变化响应更加灵敏,波动强烈,主枝相对侧枝,茎流变化响应迟钝且有明显滞后效应;茎流变化受太阳辐射、风速和大气温度影响明显,而其它环境因子如空气湿度、土壤湿度等影响则不大,气温与叶温表现出极佳相关性,气温与空气湿度呈显著负相关;同时,日变化中,不同时段起主导作用的因子不尽相同.     

刺槐与环境因子相关性的缩元递阶矢量分析

为了研究环境因子对刺槐综合影响,揭示其重要影响因子,研究设置了水分适宜、干旱、严重干旱3种不同生境,从环境因子--刺槐生理变化--刺槐生长状况3个层次采用多个指标进行了实验观测.根据实验结果,利用缩元递阶矢量分析法对层与层间的关系进行分析.分析结果表明:土壤有效供水量和温度是两个重要的因子.在水分适宜的条件下,环境因子对叶水势和WUE有一定的影响,对其它生理指标没有明显影响,刺槐基本上不受环境因子的制约,能够按自身生理发展.但随着干旱加重,环境因子对刺槐的影响加重,刺槐的生理变化受环境因子的制约.在干旱、严重干旱的条件下,光合速率,蒸腾速率,WUE是3个重要指标,生理变化对枝条生长有制约性.刺槐在生长季内的生物总量明显下降,土壤水分对刺槐的生长、成活有重要影响.由此得出:刺槐的生长与土壤水分、土壤有效供水量、温度等环境因子关系密切,种植刺槐时要注意它的生存环境,特别是土壤的水分含量.缩元递阶矢量分析法是一种值得应用的好方法.     

全球变化下菌根真菌的作用及其作用机制

全球气候、环境、经济与社会的发展变化,对环境与资源造成严重挑战和新的发展机遇。菌根真菌是陆地生态系统中的重要生物组份,占据不可替代的重要地位,充当调控生态系统稳定和保持可持续发展的多重角色。分析了全球变化对菌根真菌的影响,探讨了全球变化下菌根真菌的地位、角色和作用,以及菌根真菌应对全球变化的可能作用机制,旨在为加强全面应对全球变化提供新的思路和途径。     

森林土壤酶对环境变化的响应研究进展

全球气候变化已是不争的事实,对陆地生态系统特别是森林生态系统物质循环将产生显著的影响。土壤酶是森林土壤物质循环的主要限制因素之一,对气候变化的响应近年来受到广泛关注。由于森林土壤酶对全球气候变化的响应研究是预测未来环境变化对森林生态系统过程影响的关键,因此,着重综述了森林土壤酶对环境变化尤其是全球变暖和氮沉降响应方面的研究,并分析了未来研究的主要方向。环境变化会引起土壤p H、水分及其营养成分的变化,而这些变化会反作用于土壤酶的活性和稳定性。森林土壤酶对增温的响应,不仅与酶的种类以及增温的温度范围和持续时间有关,还与土壤类型有关,是多种因子综合作用的结果。森林土壤酶对氮添加的响应与林分类型和土层类型有关,受复合氮的影响更大。建议未来的研究应加强酶的基本性质对环境变化的响应研究,注重林分类型、土层类型导致的差异,强化多因素的交互作用,并进行长期、综合的观测。     

沉积物生源要素对水体生态环境变化的指示意义

受人类活动影响,输入到湖泊、河口中的营养盐剧增,导致水体富营养化、食物链结构改变、底质季节性缺氧等生态环境变化。这些环境变化会在沉积物中留下记录,沉积物中生源要素及其稳定同位素的变化是指示水域古生产力、营养盐水平的有效指标。总结归纳了沉积物中生源要素(碳、氮、磷、硅)指标对水体环境中初级生产力、物质来源、营养盐水平3方面变化的指示作用。沉积物中TOC、TN、δ13C、CaCO3和BSi可以反映水体沉降有机质含量和浮游植物的生长状况,是指示水域初级生产力水平的有效指标。根据不同类型植物来源的有机质中δ13C、δ15N和C/N的差异,可以追踪沉积物中有机质的来源。有效地区分有机质来源对于研究人类活动对水体环境的影响及水体富营养化具有重要的价值。沉积物中TN、δ15 N、TP和非磷灰石磷(NAIP)含量的升高直接反映了陆源输入氮、磷的增加。BSi在指示浮游植物生长状况的同时,还反映了水体溶解硅浓度水平和富营养化状况。水体中的生源物质在沉降和埋藏的过程中,会受到早期成岩作用、水动力搬运等众多因素的作用,使沉积物记录的环境变化信息发生改变,从而干扰其对水体环境演变的重建作用。因此综合分析各生源要素指标反映的环境变化信息及其可能的干扰因素,方能正确地反映水域的环境变化过程。     

草地植物物候研究进展及其存在的问题

植物物候是随环境变化表现出的周期性节律变化的事件,对环境变化非常敏感。多数研究发现,增温改变了单个物候事件,如提前了返青期和开花期,推迟了枯黄期;特别是近期发现相对于其他物候序列而言,结实期保持相对稳定,并且物候序列持续期的反应存在等级关系。不同植物个体物候对环境变化的响应模式不同,因而依据植物个体物候很难准确预测群落物候对环境变化的响应模式,所以应该加强群落物候的地面观测研究。尽管放牧是天然草地的主要利用方式,但目前仍然缺乏放牧如何影响气候变化对物候序列影响的研究;尤其是由于研究方法和技术等限制,也缺乏未来气候变化条件下地上与地下物候同步性、物候变化非线性及其机理的研究。     

生物钟作用机制及其对动物年节律产生的影响

生物钟几乎存在于所有生命体,是生物适应外界环境的每日周期性变化而产生的内部活动。生物钟在体内受转录-翻译-负反馈环路调控,能调节组织、器官的活动,其正常维持对生物的健康、生长、繁殖等具有重要意义。与之相对,由于环境的四季变化,生物也形成了体内的年周期生理变化,如季节性发情、昆虫滞育等。生物的年节律在外部主要受光周期为主的环境因素影响,在体内则与基因表达、激素含量和细胞组织形态的变化有关。褪黑素是识别外部光周期变化的重要信号,而生物钟在垂体解析褪黑素信号并调控下游信号变化中扮演着重要角色,对环境年度变化的识别和机体年节律的产生具有重要指导作用。本文通过介绍昆虫和哺乳动物的昼夜节律和年节律产生的机制,并结合鸟类的年节律,综述了生物钟对年节律产生影响的作用机制研究进展,以期为今后研究年节律的影响机制提供更广泛的思路。     

苔藓植物对环境变化的影响及适应性研究进展

苔藓植物由于其结构相对简单,对环境变化的反应较为敏感,是一类良好的生物指示植物,本文综述了水分、光照、温度等方面的环境因子变化对苔藓植物的影响以及苔藓植物对环境污染的响应及适应的最近研究进展,以期促进国内深入开展苔藓植物对环境污染和全球变化的响应、适应及其生态指示作用等研究。     

黄土高原小麦田土壤呼吸季节和年际变化

本研究采用自行开发的全自动多通道通量箱法对黄土高原小麦田土壤呼吸变化特征进行了连年原位监测,在此基础上,采用斜率同质性模型（homogeneity-of-slop model, HOS模型）对农田土壤呼吸季节和年际变化的成因进行了解析。结果表明,在日尺度上,土壤呼吸主要受土壤温度的影响,呈现出明显的单峰变化趋势,在12：00左右达最大值。季节尺度上,土壤呼吸冬季较低,春季上升,7月下旬达最大值,之后下降,土壤呼吸季节变化主要受土壤温度和湿度的影响。土壤呼吸年际间变化较大,其变化幅度为815.72 g C?m-2? yr-1～980.12 g C?m-2?yr-1。土壤温度是引起土壤呼吸年际变化最重要的因素,逐步回归分析表明,土壤温度和土壤含水量均与土壤呼吸呈显著的正相关,可以用Rsoil = 1.761 0.119Tsoil - 1.30SWC,（R2=0.48, p<0.0001）来描述土壤呼吸与土壤温度和土壤水分的关系。降水量与土壤呼吸没有显著的相关关系。用HOS模型对土壤呼吸年际变化的成因进行分析的结果表明,功能变化（function change, FC）、环境因子季节变化、环境因子年际变化以及随机误差分别可以解释年际变化的10.6%、 58.4%、4.5%、和 26.5%,功能变化对土壤呼吸年际变化的影响要大于土壤温度年际变化的影响。因此,在土壤呼吸的预测中,不能仅仅依靠环境因子的变化来预测土壤呼吸的变化,还必须考虑到功能变化对土壤呼吸的影响。     

海岸线变化研究综述

受全球及海岸带区域环境过程与人类活动的综合影响,海岸线发生剧烈的变化,对生态、环境及经济社会的影响不容忽视,海岸线变化相关研究因此得到普遍的关注。在讨论海岸线的定义和分类的基础上,介绍岸线信息提取的方法与技术,总结国内外海岸线变化的特征、机制与影响方面研究的进展,并指出未来研究的趋势,包括:对海岸线变化过程进行动态监测仍将是普遍关注的研究重点之一;对海岸线变化特征、规律与机理的认识已经日益深化,基于大量高精度数据和机理模型的研究已成为热点和前沿问题;针对不同的海岸带区域,聚焦海岸线变化的原因和机制及其对环境和生态的影响,以及不同区域之间的相互联系与影响特征,这将是未来研究的重点之一;中国海岸线变化的独特性、复杂性突出,促进和支撑中国的海岸带综合管理实践,提高决策者与管理者对岸线变化所带来的灾害风险的重视,为中国海岸带的科学规划与发展提供依据,这应该是我国海岸线变化研究的重要目标。