玉米光合生理参数对全生育期干旱与拔节后干旱过程的响应

作物对干旱的响应已有大量研究,但对不同强度干旱及其持续时间响应过程的研究甚少。通过开展全生育期干旱和拔节后干旱过程的影响模拟实验,试图揭示夏玉米叶片光合生理特性对不同干旱强度及其持续时间的响应机理,为我国北方地区玉米育种和节水灌溉提供科学的理论依据。研究结果表明:1)干旱显著降低了玉米叶片的叶绿素相对含量(SPAD),但两种干旱处理下的SPAD随干旱持续时间的延长而出现响应差异并逐渐扩大;2)不同强度、不同持续时间的干旱处理均明显抑制了玉米叶片的最大净固碳速率(A_(sat)),拔节后的轻度干旱过程对玉米叶片A_(sat)的影响最大;3)拔节期后重度干旱过程处理下玉米叶片虽保持较高的光合速率,但叶片数量急剧减少,而且一直保持在营养生长阶段,没有产量;4)在两种干旱处理方式下,玉米叶片PSII的光化学效率(F_v′/F_m′)均到灌浆中期才开始出现显著降低现象,表现出了较强的干旱适应能力;5)SPAD与叶片光合及叶绿素荧光参数均存在较强的相关关系,可作为评价玉米叶片光合性能对干旱胁迫敏感性的指示性指标;6)不仅干旱强度影响玉米叶片的生理生态过程,干旱发生的时间也具有重要的影响。     

中国主要森林生态系统公益的评估

 为生态系统管理提供科学的量化指标，以我国森林为研究对象，根据全国第3次森林资源清查资料(1984～1988)及Costanza等(1997)的森林生态系统公益资料计算了我国38种主要森林类型生态系统公益的总价值约为117.401亿美元，其中以森林营养循环的贡献最大(约占40％)，而原材料(包括木材、燃料、饲料)的贡献仅占15％，反映出森林生态系统公益的显著性。 研究发现，各森林类型的生态系统公益(Va)与其总生产力(Tp)具有良好的相关关系：Ln(Va)＝108.21(Tp)0.93，R2＝0.844。这对于简化生态系统公益的评估具有重要意义。本研究为合理保护和可持续利用森林资源提供了科学的量化依据。     

Carbon balance along the Northeast China Transect(NECT-IGBP)

The Northeast China Transect (NECT) along a precipitation gradient wasused to calculate the carbon balance of different vegetation types, land-use practices and temporal scales. NECT consists of mixed coniferous-broadleaved forest ecosystems, meadow steppe ecosystems and typical steppe ecosystems. Analyses of the C budget were carried out with field measurement based on dark enclosed chamber techniques and alkali absorption methods, and the application of the CENTURY model. Results indicated that: (1) soil CO2 flux had a strong diurnal and seasonal variation influenced by grassland type and land-use practices. However, the seasonal variation on soil CO2 fluxes did not show obvious changes between non-grazing and grazing Leymus chinensis dominated grasslands. (2) Hourly soil CO2 fluxes mainly depended on temperature, while daily CO2 fluxes were affected bothby temperature and moisture. (3) NPP of the three typical ecosystems showed linear relationships with inter-annual precipitation, but total soil carbon of those ecosystems did not. NPP and total soil carbon values decreased westward with decreasing precipitation. (4) Model simulation of NPP and total soil carbon showed that mean annual precipitation was the major limiting factor for ecosystem productivity along NECT. (5) Mean annual carbon budget is the largest for the mixedconiferous- broadleaved forest ecosystem (503.2 gC m-2 a-1), followed by the meadow steppe ecosystem (227.1 gC m-2 a-1), and the lowest being the typical steppe ecosystem (175.8 gC m-2 a-1). This study shows that concurrent field measurements of terrestrial ecosystems including the soil and plant systems with surface layer measurements along the water-driven IGBP-NECT are valuable in understanding the mechanisms driving the carbon cycle in different vegetation types under different land-use practices. Future transect research should be emphasized.     

长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用研究

用密闭静态箱式法观测了长白山阔叶红松林生态系统生长季中的土壤呼吸作用。结果表明, 长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用日动态呈单峰曲线, 在 18∶0 0左右达到最大值。土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线, 7月最大。 6、7、8、9各月平均土壤呼吸作用分别为 0.2 2、0.32、0.2 3和 0.13gC·m-2 ·h-1。温度升高可以提高土壤呼吸作用强度, 地下 5cm的土壤温度比气温更能准确地反映土壤呼吸作用的动态变化 ;土壤水分含量在一定范围内增加可使土壤呼吸作用强度增加, 但水分过多也会对土壤呼吸产生抑制作用而导致土壤碳排放减少。     

CO2浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响

关于二氧化碳(CO2)浓度和降水等单因子变化对植物生长的影响研究已很多,但多因子协同作用的影响研究仍较少,制约着植物对全球变化响应的综合理解与预测.利用开顶式生长箱(OTC)模拟研究了CO2浓度升高(450和550 μmol/mol)和降水量变化(-30％、-15％、对照、+15％和+30％)的协同作用对荒漠草原优势植物短花针茅(Stipa breviflora)生长特性的影响.结果表明:550 μmol/mol CO2浓度下短花针茅植株的生物量和叶面积较对照显著增加,但450 μmol/mol CO2浓度下的变化不明显;降水增多导致植株生物量、叶面积、叶数和株高显著增加;CO2浓度与降水协同作用显著影响短花针茅植株生物量.CO2浓度升高在一定程度上缓解了降水减少对短花针茅的胁迫效应,但降水量减少3O％则明显抑制了CO2浓度升高带来的效应.研究结果有助于增进荒漠草原植物对未来气候变化的适应性理解,可为制定荒漠草原应对气候变化的对策提供依据.     

贝加尔针茅响应降水变化敏感指标及关键阈值

降水是影响中国北方草原群落结构和生产力的关键环境因子,弄清植物响应降水变化敏感指标,确定关键阈值,可为草原的科学管理与制定应对气候变化措施提供依据。以贝加尔针茅为材料,基于不同降水的模拟实验,采用正态总体统计容忍区间及容忍限的估算方法,对测定的叶面积、株高、叶绿素和叶N含量等14个植物生理生态指标响应降水变化的敏感性及其阈值进行了研究。结果表明,植株总叶面积、水势(或叶绿素含量)和地上生物量可分别从形态、生理和生物量积累三方面较好地指示贝加尔针茅对降水变化的敏感性,受到胁迫时的降水量(6、7和8月3个月份总降水量)阈值分别是283、276(276)mm和280 mm。研究结果可为客观辨识贝加尔针茅草原干旱的发生发展与监测预警提供参考。     

兴安落叶松林碳平衡和全球变化影响研究

利用CENTURY模型模拟兴安落叶松林的C循环并探讨全球变化对其C循环的影响,结果表明,兴安落叶松林是一个C汇,年净吸收C2.65t.hm^-2,气候变化和大气CO2浓度增加将对北方森林的生长有利,使其净吸收C的能力增强,温度上升2℃时,兴安落叶松林的植物总生物量和生产力均增加,而土壤C含量降低,降水减少20％比降水增加20％时其植物总生物量,生产力和土壤C含量变化的幅度大,说明温度是大兴安岭地区森林生长的主要限制因子。     

基于森林资源清查资料的落叶松林生物量和净生长量估算模式

 丰富的森林资源清查资料是了解各类森林材积准确信息的重要途径,如果能将这些资源用于估算森林生物量和生产力的动态变化,不仅对于科学地指导森林的经营管理,而且对于全球变化的研究,特别是区域尺度的生产力模型验证,都具有重要意义。根据我国落叶松(Larix)林生物量和材积的实际调查资料,探讨了基于森林资源清查资料(森林材积V和林龄A)估算森林生物量和生产力的方法,指出无论是人工林还是天然林,落叶松林的生物量与其蓄积量、生产力与其年均净生物生产量(B/A)和年均净蓄积生产量(V/A)均呈双曲线关系,但落叶松林的生产力与其生物量(B)关系不明显,并分别建立了人工和天然落叶松林的相关模型;所建模型克服了将森林生物量与其蓄积量之比作为常数的不足,并考虑了林龄对于森林生产力的影响。     

降水与CO2浓度协同作用对短花针茅光合特性的影响

降水变化与CO2浓度升高将严重影响陆地生态系统尤其是草地生态系统,阐明干旱半干旱区草原优势植物对降水与CO2浓度变化的联合响应有助于理解和准确评估未来气候变化对草地生态系统的影响.基于开顶式生长箱(OTC),模拟研究了降水变化(-30％、-15％、0、+15％、+30％(以1978-2007年月降水平均值为基准))、CO2浓度变化(对照、450 μmol·mol-1、550 μmol·mol-1)及其协同作用对荒漠草原优势物种短花针茅(Stipa breviflora)光合特性的影响.结果表明:降水变化和CO2浓度升高对短花针茅光合参数影响显著,表现出显著的交互作用.随着CO2浓度升高,短花针茅叶片净光合速率(Pn)呈增加趋势,但随着时问延长(8月份)显示出光合适应现象;气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)则呈下降趋势,水分利用效率(WUE)显著增加.随着降水增加,短花针茅的Pn、Gs和Tr均呈增加趋势,Pn增加速率小于Tr,使得WUE降低.高浓度CO2和降水增加15％的协同作用可以显著提高短花针茅的Pn、Gs和Tr,但Pn增加速率接近于Tr,导致WUE变化不显著.这表明,在干旱半干旱地区,CO2浓度升高可在一定程度上提高短花针茅的抗旱能力,增强短花针茅对暖干化气候情景的适应性.     

蒙古栎(Quercus mongolica)光合参数对水分胁迫的响应机理

针对当前植物光合机理模型中植物光合参数没有考虑干旱胁迫影响的不足,以东北地区蒙古栎为研究对象,基于蒙古栎对不同水分响应的植物生理生态模拟试验,探讨了蒙古栎光合参数对水分胁迫的定量响应.结果表明,水分胁迫严重影响蒙古栎叶片的光合参数.其最大净光合速率(Pmax)与土壤含水量呈抛物线关系(P<0.01),且在土壤体积含水量35.45%(相当于土壤质量含水量23.63%)接近田间持水量(27.4%)时达到最大值.蒙古栎幼苗叶片的最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)和磷酸丙糖利用率(TPU)均与土壤水分呈抛物线关系(P<0.01),即Vcmax、Jmax 、TPU对土壤水分具有相同的响应趋势,但各光合参数达到最大时的土壤水分阈值却不相同.同时,基于蒙古栎光合作用参数对水分变化响应的定量分析,建立了水热因子协同影响的植物光合参数模型,为最终建立适用于所有植物的水热因子协同影响的光合参数模型提供了依据与技术示范.