油菜FBA基因克隆、表达分析及其与抗旱性的关系

为了解果糖-1,6-二磷酸醛缩酶(fructose-1,6-bisphosphate aldolase,FBA)在油菜抗旱中的作用,揭示油菜干旱胁迫下FBA基因表达量、光合指标、产量等之间的关系,为油菜等作物抗旱性鉴定和抗旱性改良提供依据。以抗旱性强的甘蓝型油菜94005为材料,在初花期进行干旱胁迫处理,以正常浇水作为对照;测定叶片光合参数和FBA酶活性,通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)分析FBA基因的表达量;采用RACE方法对FBA基因进行全长克隆,并对测序结果进行生物信息学分析;复水后生长至成熟期测定产量,分析产量、光合指标、FBA基因表达量等之间的关系。结果表明,随着干旱的加剧,油菜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、产量均下降,FBA活性和FBA基因的表达量上升。在轻度、中度和重度干旱胁迫下,油菜叶片胞间CO_2浓度(Ci)显著下降,水分利用率(WUE)上升;极度胁迫下,Ci上升,WUE下降;油菜产量、净光合速率与FBA活性和FBA表达量呈显著负相关。FBA基因全长序列1440bp,ORF(开放阅读框)位于60—1172区域,编码370个氨基酸;蛋白分子量为38.51 KDa,等电点6.92;同源性对比显示,甘蓝型油菜FBA基因与拟南芥FBA基因的一致性在87%以上。二级结构预测结果表明FBA蛋白由α-螺旋、无规则卷曲、延伸链以及β-转角组成,4种二级结构元件所占比例分别为43.85%、31.28%、17.60%、7.26%。因此,干旱胁迫下油菜的净光合速率下降、产量降低,随着胁迫的加剧,降低幅度增大。FBA基因与干旱胁迫密切相关,干旱胁迫下,FBA基因主要通过抑制光合、降低蒸腾、促进糖酵解和有氧呼吸等途径来提高植物对干旱胁迫的适应性。     

水分和种植密度对干热河谷车桑子生长性状及种内相互关系的影响

水分是干热河谷植物生长过程中最主要的限制因子,种植密度增加也会引起植物生长的资源限制,两者交互作用下植物生长性状及种内关系的变化特征还不清楚。以干热河谷优势植物——车桑子为研究对象,根据元谋干热河谷年均生长季降雨量设置3种水分梯度：高水分、中水分和低水分,同时在各水分梯度下设置4个种植密度：1、2、4、9株/盆,探究水分、种植密度及其交互作用对车桑子生长性状、生物量分配及种内相互作用的影响。结果表明：（1）低水分条件下,车桑子生长和水分生理受到抑制,但车桑子在较低的叶水势下依然能够保持较高的相对含水量;（2）干旱胁迫显著降低了车桑子总生物量和单株生物量,显著增加了枯叶生物量比例,低水分和中水分条件下,增加种植密度对总生物无显著影响;而高水分条件下,增加种植密度显著提高了车桑子总生物量;（3）低水分显著增加了茎、叶生物量的异速生长指数,将更多生物量分配到叶,而种植密度增加显著降低了茎、叶生物量的异速生长指数,增加了茎的生物量分配;（4）通过相对邻体效应的计算,各处理条件下,车桑子种内关系均表现为竞争作用,并且,这种竞争作用的强度随水分的减少和密度的增加而增加。在高密度条件下（9棵/盆）,增加水分不会减轻种内竞争作用。综上,水分和种植密度均会对车桑子个体的生理生长产生影响,在植被恢复过程中,应考虑水分和种植密度对车桑子个体产生的资源限制作用。     

干旱胁迫对群众杨光合特性与器官干物质分配的影响

土壤干旱是北方地区杨树人工林生长和生态效益的重要限制因子。以群众杨(Populus×popularis‘35-44’)扦插苗为研究材料,采用盆栽称重法控制土壤水分,设置正常供水、中度干旱、重度干旱3种水分梯度。分别于2016年9月与2017年9月测定叶片气体交换参数、各器官干重、根冠比、叶经济性状等指标,研究了持续2年干旱胁迫下群众杨扦插苗光合特性与器官干物质分配的变化规律,分析了土壤干旱程度、树龄在"小老树"形成中的作用过程。2016年与2017年中度、重度干旱胁迫下功能叶净光合速率(P_n)受到非气孔限制,与正常供水相比分别降低了36.08%、56.42%;18.47%、5.13%。第一年干旱胁迫下群众杨气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)显著降低;第二年干旱胁迫下G_s与正常供水无显著差异,而T_r显著提高,有利于叶片C、N元素的运输分配进而维持较高的P_n。第一年随干旱胁迫程度加剧,群众杨叶片C/N显著提高,光合产物分配趋向于叶器官。第二年中度干旱胁迫下叶片C/N与正常供水相比无显著差异,各器官干重下降幅度均低于2016年,而根冠比显著增加,表明其光合产物主要用于地下部构建以适应中度干旱环境;持续重度干旱则光合产物向茎中的分配比例提高。干旱胁迫导致群众杨功能叶水分利用效率(WUE,Water use efficiency)与光合氮利用效率(PNUE,Photosynthetic nitrogen use efficiency)显著降低,整株氮利用效率(NUE,Whole plant nitrogen use efficiency)显著提高。严重土壤干旱下叶片耗水增强、PNUE下降以及茎木质部碳投资增加可能是群众杨小老树形成的重要原因。     

宁德水产养殖区水质状况及驱动力分析

水产养殖对海岸带生态系统的水环境有显著影响,研究水产养殖地区的水质动态及其驱动力对海洋牧场建设和海岸带生态系统管理有着重要意义。以宁德为研究区域,基于2017年夏季和冬季水质监测和遥感影像等数据,通过地理信息系统技术和统计分析软件,分析了水产养殖区域的水质现状、水质变化和驱动力。结果表明,该海域水质处于重污染状态,富营养化水平较高。除了悬浮物和总磷之外,其他水质指标都呈现出显著的季节性差异,不同季节影响水质的因素也不相同。水质的季节性变化是初始水质状况、养殖活动和自然因素共同作用的结果。基于研究结果,笔者建议结合高分遥感技术对养殖区水面覆盖和利用进行监测,对养殖类型和行为(如饵料类型和投放方式)进行调控,开展水质长期监测和风险应急管理,保障海洋牧场社会经济效益的同时降低生态环境影响、防控生态和人体健康风险。     

生态系统服务功能与景观格局耦合协调度研究——以武陵山区退耕还林工程为例

生态系统服务功能与景观格局演变关系极为密切,研究生态系统服务功能与景观格局的耦合协调度对于区域发展具有重要意义。以武陵山区退耕还林工程为例,参照国家标准和行业标准,采用分布式测算方法、景观格局指数分析和耦合协调度模型等方法,旨在揭示武陵山区退耕还林工程生态系统服务功能与景观格局二者耦合协调关系。结果表明:(1)2005—2017年间武陵山区退耕还林工程各项生态服务功能物质量均以15倍左右速度增长,生态系统服务空间分布格局最佳区域由西部地区逐渐向东南扩大;(2)武陵山区景观演变存在时空差异,1995—2005年景观格局变化更为明显,变化区域集中在中西部地区,2005—2015年与之相比,景观格局变化空间上更为分散;(3)武陵山区退耕还林工程生态系统服务与景观格局演变存在较高水平的耦合以及高水平的协调性。研究结果可为武陵山区土地利用规划及退耕还林工程进一步实施提供科学依据。     

临安区不同森林类型竞争指数比较研究

竞争对树木生长有重要影响,通常用竞争指数定量描述树木之间的竞争关系。以浙江省杭州市临安区的乔木林为对象,利用2004年临安区森林资源监测数据,基于Voronoi图的Hegyi竞争指数,在区域尺度上对临安区多种森林类型的竞争关系进行分析。结果表明：在单木水平上,不同森林类型单木的总竞争指数、种内竞争指数、种间竞争指数在胸径5-10 cm最大;单木平均竞争指数随着胸径的增大而降低,胸径 > 30 cm的竞争压力得以缓解;临安区林木的竞争主要来源于种内竞争,天然林的种内竞争占总竞争指数的比例 > 50%,人工林的种内竞争占总竞争指数的比例 > 60%。径级平均总竞争指数、种内竞争指数、种间竞争指数与胸径的关系均服从对数函数关系。在林分水平上,不同森林类型的林分总竞争指数、种内竞争指数、种间竞争指数存在显著差异。平均总竞争顺序为：天然阔叶林 > 天然针阔混交林 > 人工针叶林 > 天然针叶林 > 人工针阔混交林 > 人工阔叶林。种内平均竞争顺序为：人工针叶林 > 天然阔叶林 > 天然针叶林 > 天然针阔混交林 > 人工针阔混交林 > 人工阔叶林。种间平均竞争顺序为：天然针阔混交林 > 人工针阔混交林 > 天然阔叶林 > 天然针叶林 > 人工针叶林 > 人工阔叶林。人工阔叶林的平均总竞争指数、种内竞争指数和种间竞争指数均为最小,该森林类型以山核桃经济树种为优势树种,说明为提高山核桃产量,人为控制低种植密度的经营措施有效降低了林分竞争强度。     

内蒙古自治区干旱脆弱性评价

干旱带来的环境影响及经济损失,阻碍了地区的可持续发展。开展干旱脆弱性评价是合理制定区域规划与管理措施的前提条件。然而,国内目前鲜有以省或自治区为研究区域,以市级行政区域为尺度的自然-社会-经济耦合的干旱脆弱性研究。根据IPCC提出的干旱脆弱性评价模型,选取19个指标,在3个维度上（暴露度、敏感度和适应能力）对内蒙古自治区的12个盟市开展了干旱脆弱性评价。采用熵值法确定各指标权重,并用综合指数法和系统分类法计算干旱脆弱性指数并进行分类。研究结果表明,内蒙古自治区的干旱脆弱性呈现由东向西递减的趋势,与干旱脆弱性相关性最强的三个指标分别是第一产业GDP比例、人均可支配收入和第一产业从业人员比例。导致盟市干旱脆弱性的主要贡献因素为人口与人力因素和生态与水资源因素。减缓内蒙古自治区干旱脆弱性可以从加强草原保护建设和管理,合理规划盟市建设,减少人口的集中分布,调整产业结构,提供更多的非农牧就业岗位,加强职业技能培训,完善金融服务和医疗服务等方面入手,从而促进干旱区自然生态和社会经济的可持续发展。     

植被综合生态质量时空变化动态监测评价模型

为了能掌握全国植被综合生态质量的高低及其时空变化,构建了既能反映植被生产力又能反映植被覆盖度的植被综合生态质量指数,建立了植被综合生态质量指数年际对比和多年变化趋势评价模型。利用构建的指数和评价模型,以2017年作为监测评价的当年,以2000—2017年作为评价的多年时段,对全国植被综合生态质量时空变化进行了监测评价。结果表明：（1）2017年全国大部地区植被综合生态质量指数高于2000—2016年多年平均值,生态质量偏好;2017年福建、广西、海南、广东、云南植被综合生态质量位居全国前五位,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比模型可以定量反映全国植被综合生态质量的空间差异和年际差异。（2）全国有90.7%的区域2000—2017年植被综合生态质量指数呈提高趋势,东北地区西部、内蒙古东部、华北大部、西北地区东部、西南地区东部、华南西部等地生态质量指数提升明显,构建的植被综合生态质量指数多年变化趋势评价模型可以定量反映植被生态质量的多年变化趋势和幅度。（3）南方大部地区2000—2017年平均年植被综合生态质量指数在50.0以上,北方大部地区在50.0以下;我国中东部大部地区在20.0以上,西部大部地区在20.0以下,表明南方大部地区年植被生态质量好于北方、中东大部好于西部。可见,构建的植被综合生态质量指数及其年际对比和多年变化趋势评价模型,能够监测评价当年和多年全国植被综合生态质量的时空变化,可为掌握全国植被生态质量动态提供模型和方法。     

荒漠土壤微生物量碳、氮变化对降水的响应

以腾格里沙漠东南缘的典型荒漠植被为研究对象,通过遮雨棚和滴灌系统设置5个降水梯度,即极端干旱处理、中度干旱处理、对照、增水处理I和增水处理II,研究了荒漠土壤微生物量碳(MBC)、氮(MBN)和微生物碳氮比(MBC/MBN)对季节、降水和土壤深度的响应规律,以期为极端降水事件影响干旱荒漠区土壤微生物量碳、氮及其循环规律的深入研究提供科学依据。结果表明:(1)MBC、MBN和MBC/MBN对降水处理的响应存在差异,三者的变化范围为:230.14-272.87 mg/kg,13.82-17.58 mg/kg,19.78-36.06。其中,降水处理对MBC、MBN的影响显著,对MBC/MBN的影响不显著,在极端干旱处理下,MBC、MBN均显著高于其他降水处理;(2)两年间的MBC、MBN和MBC/MBN差异显著,2017年较2016年MBC、MNB显著减少,MBC/MBN显著增加;(3)MBC、MBN和MBC/MBN变化均表现季节性差异,变化范围分别为:153.31-337.09 mg/kg,7.89-22.29 mg/kg,14.82-46.04,其中MBC、MBN为春季最高、秋季最低,MBC/MBN为夏季最低、冬季最高;(4)MBC、MBN和MBC/MBN在土壤0-20 cm的变化范围为:232.57-265.15 mg/kg,14.00-17.93 mg/kg,24.37-32.07,其中土壤表层(0-5 cm)MBC、MBN显著高于中层土壤(5-10 cm)和下层土壤(10-20 cm),而不同土壤深度的MBC/MBN差异不显著。因此,在极端降水事件频发的全球气候背景下,极端干旱将影响荒漠生态系统MBC、MBN水平,进而对碳、氮平衡和循环过程产生影响,对这一问题的确切回答尚需长期系统监测研究。     

全球降水格局变化下土壤氮循环研究进展

自然和人为因素导致全球降水格局发生改变,降水变化势必影响土壤氮循环,从而影响陆地生态系统生产力和多样性,然而不同降水变化类型对土壤氮循环的影响仍然缺乏足够的认识。因此,本文综合分析了全球和我国降水格局变化特征,简要介绍了6种降水格局变化下土壤氮循环的研究方法（长期降水固定观测、野外降水控制实验、自然降水梯度、室内培养、模型和遥感）,系统综述了3种降水变化类型（降水波动、干旱、干湿交替）,以及降水与温度、氮沉降等交互作用对土壤氮循环影响的研究进展与存在的问题,并展望了未来研究方向,为评估和预测未来降水变化对陆地生态系统功能的影响提供理论依据。