陆地生态系统植物多样性对矿质元素输入的响应

人类活动的加剧改变了陆地生态系统矿质元素(如氮、磷、钾等)循环的速度和方向,并且对生态系统的结构和功能也产生重要影响。如今,矿质元素输入量的改变及其产生的后续效应对陆地生态系统生物多样性的影响备受学者们的关注。从4个方面综述了全球氮沉降背景下主要矿质元素输入的改变对陆地植物多样性的影响及其机理:1)矿质营养元素限制的概念、确定方法以及与植物多样性的耦合关系;2)概述了氮、磷、钾等主要矿质元素输入对陆地植物多样性的影响:主要表现为负面效应;3)探讨了矿质元素输入影响植物多样性的可能机制,包括生态系统水平上的机制(如竞争排斥、酸化铝毒、物种入侵、同质性假说,间接诱导机制等)和植物个体水平上的机制(如元素失衡和环境敏感性增加等);4)根据目前研究现状,指出了已有研究的局限性,分析了未来可能的研究方向和重点。     

东海低氧区及邻近水域浮游植物的季节变化

根据2011年5月、8月、11月在东海低氧区及邻近水域(25°00'—33°30'N,120°00'—127°30'E)进行的多学科综合调查,对东海低氧区及邻近水域浮游植物群落结构特征及季节变化进行了相关研究。经Utermhl方法初步分析共鉴定出浮游植物4门74属248种(含变种、变型,不含未定种),主要由硅藻和甲藻组成,此外还有少量的金藻和蓝藻。春季优势种主要为具齿原甲藻(Prorocentrum dentatum)、柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissim)、骨条藻(Skeletonema sp.)和具槽帕拉藻(Paralia sulcata);夏季主要是中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和海链藻(Thalassiosira sp.);秋季主要是具槽帕拉藻、圆筛藻(Coscinodiscus sp.)和柔弱伪菱形藻。调查区浮游植物平均细胞丰度在夏季最高,达到85.002×103个/L,春季次之,秋季最低。在水平方向上,春、夏两季,表层浮游植物细胞丰度在近岸出现高值,由近岸到外海细胞丰度逐渐降低;而在秋季则相反,在调查海域的东北部出现高值,随离岸距离的增加细胞丰度逐渐增加。在垂直方向上,春、夏两季,浮游植物细胞丰度在表层出现最大值,随着深度的增加细胞丰度逐渐降低;而在秋季细胞丰度分布比较均匀,随水深变化不明显。调查区表层浮游植物ShannonWiener多样性指数和Pielou均匀度指数的平面分布基本一致,并且与细胞丰度的分布大致呈镶嵌分布。调查浮游植物群落的演替规律是:从春季的甲藻(具齿原甲藻、微小原甲藻(Prorocentrum minimum)等)为主,硅藻(柔弱伪菱形藻、骨条藻等)为辅;演替至夏季的硅藻(中肋骨条藻、海链藻等)为主,甲藻(主要是梭状角藻(Ceratium fusus)和叉状角藻(Ceratium furca))为辅,到秋季进一步演替为硅藻(具槽帕拉藻、圆筛藻、柔弱伪菱形藻等)为主,铁氏束毛藻(Trichodesmium thiebaultii)为辅。浮游植物物种组成、优势种、细胞丰度及多样性指数均表现出明显的时空变化。低氧区与非低氧区浮游植物群集存在明显差异。     

盐池县2000-2012年植被变化及其驱动力

荒漠草原区的植被对防治荒漠化、维护生态屏障具有决定性作用,宁夏盐池县作为其典型代表,近13年的植被变化深受气候变化和人类活动的综合影响。基于MODIS NDVI等数据,运用趋势分析、经验模态分解和空间叠置分析等方法,对盐池县2000—2012年的植被动态变化进行研究,结果表明:(1)2000—2012年盐池县NDVI在0.2—0.4之间呈波动上升趋势,上升幅度为0.078/10 a,上升趋势显著;总体来说,植被稳定性低,年际间波动或转换频繁、幅度大;(2)NDVI的波动分量与残余分量方差贡献率各占50%,且NDVI波动呈减弱趋势。促使NDVI波动的主控因子是年降水量,但其影响在减弱;(3)推动NDVI趋势性上升的主要因素是土地利用方式改善和类型变化,但土地利用方式改善对NDVI的贡献远远大于土地利用类型变化对NDVI的贡献。因此,荒漠草原区的生态改善应以保护为主,辅之以必要的生态重建,走以适度开发带动整体保护的道路。     

食块茎水鸟及水位对沙湖沉水植物冬芽分布的影响

分别于2012—2013、2013—2014年度越冬期候鸟越冬前(10月份)与越冬后(4月份)采用样方法调查沙湖沉水植物冬芽的种类、密度及生物量,分析不同水位条件的2个年度鄱阳湖碟形子湖沉水植物冬芽的分布及其对食块茎水鸟食物贡献的差异性,探讨越冬水鸟取食与水位变化对沉水植物冬芽分布的影响。结果表明:刺苦草(Vallisneria spinulosa)和罗氏轮叶黑藻(Hydrilla verticillata var.rosburghii)2种沉水植物的冬芽同域分布。2013年10月2种植物冬芽的密度与生物量均显著低于2012年同期,主要原因是鄱阳湖水位年际间变化剧烈,并对水质有显著影响:与2012年相比,2013年丰水期(4—9月)沙湖与主湖区连通的时间和日平均水深显著减小,但水体浊度显著增加,不利于沉水植物生长发育。2012—2013年度越冬水鸟迁出后2种冬芽的密度和生物量均明显下降,而2013—2014年度越冬期水鸟迁出后与迁入前相比两种植物冬芽的密度和生物量均无显著变化,很可能与食块茎水鸟的取食活动和高水位对食物可利用性的负面影响有密切关系。湖泊剧烈的水位变化导致越冬水鸟的食源具有年际波动的特征,而食块茎水鸟对鄱阳湖子湖的食物利用率受越冬季冬芽丰富度和食物可及性(accessibility)的共同影响。研究结果对鄱阳湖乃至长江中下游流域沉水植被恢复、越冬水鸟保护以及生态系统功能评估具有指导意义。     

罗汉果花芽分化过程中形态及其激素水平变化特征

采用石蜡切片和酶联免疫法(ELISA)对罗汉果雄性、雌性、两性花芽分化过程的形态和激素水平变化进行观测,为罗汉果开花调控和品种选育提供科学依据。结果表明:(1)罗汉果雄性、雌性、两性花的花芽分化过程均可分为花芽未分化期、花芽分化初期、花序分化期、萼片原基分化期、花瓣原基分化期、雄蕊原基分化期和雌蕊原基分化期7个阶段。雄蕊原基分化期前,3种花芽分化过程无明显差异,各时期形态特征均依次为:茎端呈圆锥状(花芽未分化期)→茎端经半球形变成扁平状(花芽分化初期)→距茎端5~7节位处分化出穗状花序(花序分化期)→小花原基周围形成5个萼片原基(萼片原基分化期)→萼片原基内侧形成5个花瓣原基(花瓣原基分化期)。雄蕊和雌蕊原基分化期,3种花芽分化过程存在明显差异,雄蕊原基内侧出现雌蕊原基后,雄花芽雄蕊原基继续发育成雄蕊,雌蕊原基停滞生长,退为一个小突起;雌花芽雌蕊原基继续发育成雌蕊,雄蕊原基生长缓慢,退化为小花丝;两性花芽雌蕊和雄蕊原基均继续发育,形成外观正常的雌蕊和雄蕊。(2)内源激素脱落酸(ABA)、赤霉素(GAs)和玉米素核苷(ZR)含量在3种花芽分化过程中变化规律相似,即ABA含量在花芽生理分化期降低,花芽形态分化期升高,而GAs和ZR含量则基本保持不变;吲哚乙酸(IAA)含量在3种花芽分化过程中变化存在明显差异,雌花芽IAA含量在花芽生理分化期升高,花芽形态分化期逐渐降低,而雄性和两性花芽的IAA含量则基本保持不变。ABA/GAs、ABA/IAA、ZR/IAA和ZR/GAs激素含量比值在3种花芽分化过程中变化规律相似,ABA/GAs在花芽生理分化期降低,花芽形态分化期升高,而BA/IAA、ZR/IAA和ZR/GAs则基本保持不变。研究认为,罗汉果花芽分化过程经历一个"两性期",高ABA含量和ABA/GAs比值有利于罗汉果花芽分化,IAA可能对罗汉果花性分化具有重要作用。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林土壤温度时空分布对模拟增温的响应

为把握森林不同深度的土壤温度对区域气候变暖的响应,评估气候变暖对亚热带森林土壤呼吸的影响,利用在哀牢山亚热带常绿阔叶林中设置的土壤增温和土壤呼吸人工控制实验,对2011—2013年的对照样地和增温样地不同深度的土壤温度实测数据进行了分析,结果表明:区域气候变暖导致的温度升高不改变土壤温度的年变化和日变化特征;干季的增温效应大于雨季;同一深度增温效应具有一定的年变化,但日变化不明显;增温效应在土壤表层较大,1—4月明显,2月最高,增温可达3℃;5 cm深度的平均增温效应在2℃左右,且年变化较小;随着深度的增加,增温效应呈现对数降低趋势;如果以0.5℃为增温效应的阈值,推算可得出:干季的影响深度为3.82 m,雨季可达12.04 m,年均为6.58 m。     

基于Gash模型的青海云杉林降水截留模拟

选择Gash(1995)改进后的模型对祁连山东部青海云杉林冠层截留进行模拟。首先在2009年的5月底至9月期间对降水事件、降水截留和林冠结构进行观测,其次对林冠附加截留量进行计算,在不同的时间步长上利用Gash模型模拟截留量,最后对模型参数进行敏感性分析。结果表明:Gash模型对整个观测期间林冠截留模拟值比实测林冠总截留量偏低8.70%,15 d尺度和次降雨事件尺度上模拟值比观测值分别偏低18.92%和14.23%;附加截留占总截留的74.94%,吸附截留占总截留的25.06%;饱和林冠的平均蒸发强度和降雨强度的比值是模型的敏感性参数,精确获得平均蒸发强度是保证模型精度的前提条件,并且独立降水事件的界定是提高Gash模型的关键点。     

不同时间尺度喀斯特小流域溪流水文水化学特征

通过野外定位监测和室内测试分析,研究了典型喀斯特峰丛洼地小流域2013年6月—2014年3月期间溪流不同时间尺度(昼夜、次降雨、季节)主要水文水化学指标的动态变化特征及其影响因素.结果表明: 日尺度无雨条件下,溪流水化学过程表现出明显的波动规律,植物光合作用和呼吸作用在昼夜间的相互转换是导致这种变化的主要原因;次降雨尺度下,溪流水文水化学过程的日尺度效应被掩盖,水文水化学过程主要受控于前期无雨天数和降雨强度;从季节尺度看,溪流对降雨表现出较快的响应,雨季响应快于旱季,降雨季节分配差异和温度是影响溪流水文水化学变化的主要因素.     

东北地区高温对玉米生产的影响及对策

极端高温是制约东北农作区玉米生产的主要气象灾害之一.本文通过研究气候变暖背景下玉米不同生育时期内日最高温度大于30℃的积温(AT)和日最高温度大于30℃的天数(AD)的时空变化特征,分析了极端高温对东北农作区不同地区玉米生产的影响,并探讨了应对高温的对策.结果表明:1961—2010年,东北农作区玉米生育期内温度显著升高,开花期(花前花后20 d)最高温度明显大于其他生育时期,玉米全生育期、营养生长期(播种到开花前11 d)、花期和生育后期(开花后11 d到收获)4个时期日最高温度的气候趋向率分别为0.16、0.14、0.06和0.23℃·10 a-1.近50年东北农作区玉米全生育期AT明显增加,西南部地区的AT明显高于其他区域,营养生长期AT的增加趋势明显大于其他两个时期.玉米全生育期AD明显增加,高值区也主要集中在西南部地区,生育后期的AD的增加趋势大于其他两个生育时期.东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产,其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著,松辽平原地区玉米生产的高温风险明显大于其他地区.优化作物布局,培育耐高温品种,调整玉米生产管理措施,构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施.     

基于综合气象干旱指数的1961—2012年阿勒泰地区干旱时空演变特征

基于阿勒泰地区7个气象站1961—2012年的逐日气温、降水等气象资料,运用趋势分析法、M-K突变检验法、小波分析法并结合Arc GIS软件,探究了阿勒泰地区干旱的时空演变特征.结果表明:综合气象干旱指数能较好地反映阿勒泰地区干旱状况.研究期间,阿勒泰地区虽然年和四季的干旱频次和不同等级干旱覆盖范围都呈减少趋势,但是旱情仍较为严重,年和季节的干旱发生频繁,且多年存在重旱和特旱发生在整个阿勒泰地区;秋季和冬季的干旱频次分别在1997和1983年发生减少突变,夏季的干旱频次首先在1962年发生增加突变,随后在1991年发生减少突变,年均和春季的干旱频次无突变发生;年和四季的干旱频次都存在明显的周期性.干旱频次和不同干旱等级在空间上的分布表明,东部清河县旱情较为严重,中部阿勒泰市、富蕴县、布尔津县、福海县旱情次之,西部地区的哈巴河和吉木乃县的旱情较轻.