2种杨树光合色素和抗氧化系统对UV-B与NaCl胁迫的响应

以胡杨和俄罗斯杨(黑杨杂交种)为材料,通过设置增强UV-B辐射、NaCl胁迫(100mmol/L NaCl)、复合胁迫(增强UV-B辐射+100mmol/L NaCl)及对照(不额外施加NaCl和UV-B)4组处理,研究2种杨树对UV-B辐射、NaCl胁迫及其复合胁迫的生理响应及其种间差异。结果显示:(1)增强UV-B辐射、NaCl胁迫及其复合胁迫下,2种杨树的叶绿素含量降低,叶绿素a/b比值减小,类胡萝卜素含量升高;叶片中的膜脂过氧化产物(MDA)和H2O2含量均显著升高;但在复合胁迫下,俄罗斯杨MDA含量要明显低于各单一胁迫处理,而胡杨MDA含量和2种杨树H2O2含量均介于2种单一胁迫处理之间。(2)在3种不同胁迫条件下,俄罗斯杨和胡杨叶片中过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性比对照显著升高,且POD活性在复合胁迫下最高。(3)2种杨树叶片中渗透调节物质(脯氨酸、甜菜碱、可溶性蛋白)含量在各胁迫条件下均比对照明显升高,且脯氨酸和可溶性蛋白含量在复合胁迫下最高;胡杨甜菜碱含量在3种胁迫条件下的升高幅度均远大于俄罗斯杨,而俄罗斯杨可溶性蛋白含量升高的幅度在增强UV-B辐射和复合胁迫下却明显高于胡杨。研究表明,增强UV-B辐射、NaCl胁迫及其复合处理对2种杨树生长均造成不同程度的胁迫伤害,但2种杨树在复合胁迫下表现出的抗氧化保护能力比在2种单一胁迫下更强,因而复合胁迫对2种杨树的伤害更小,UV-B辐射可能与NaCl胁迫相互拮抗最终减缓了对植物的伤害。     

基于通量和光谱观测的中亚热带人工针叶林光能利用效率的反演

利用光谱反射率测量的光化学植被指数（PRI）估算植被光合作用的光能利用效率（LUE）,能够更好地为生态系统总初级生产力的估算及尺度扩展提供重要的技术支撑.本研究以中国通量网（ChinaFLUX）千烟洲通量观测站为研究区域,2013年9月和12月在通量塔上测量了中亚热带人工针叶林的植被反射光谱,并获取了通量塔上同步观测的气象数据和涡度相关通量数据,对两者进行回归分析.结果表明： PRI-LUE相关关系（R²=0.20,P<0.001）优于NDVI LUE.在整个观测期内,土壤水分含量（SWC）与PRI组合的二元回归模型能够提高LUE的估算精度（日间观测R²=0.29,P<0.001;正午观测R²=0.30,P<0.01）,而在秋季,饱和水汽压差（VPD）与PRI组合的二元回归模型能较好地估算正午LUE（R²=0.448, P<0.001）,表明环境因子SWC和VPD是影响PRI-LUE关系的重要因素,不同季节的二元回归模型所选择的最佳环境变量有所不同.     

拉萨河流域耕地不同尺度土壤水分影响因子

土壤水分影响因子的尺度差异及作用是其尺度依赖性研究的基础.本文以青藏高原拉萨河流域耕地土壤为对象,通过遥感影像分析和野外调查,在全流域和小流域尺度上分别布设样点115和49个,采用土钻法分3层（0～20、20～40、40～60 cm）抽取土壤样本,获取土壤水分含量,然后运用生态学冗余分析和统计分析,筛选出影响耕地土壤水分的主要因子.结果表明： 在全流域尺度,受气候、海拔影响,土壤水分呈西南 东北递增趋势,其中,河谷区耕地受河流侧渗补给影响,下层土壤水分高于上层;在小流域尺度,耕地土壤水分随海拔升高及坡度增大而减少,土壤贮水能力随石砾含量增多而减弱.研究结果为拉萨河流域耕地向高海拔扩张、作物结构调整、土地整理及灌溉设施布设提供了重要依据.     

冻融作用对陆地生态系统氮循环关键过程的影响效应及其机制

冻融作用是中、高纬度及高海拔地区土壤普遍存在的一种自然现象,是非生长季陆地生态系统氮循环的重要影响因素.冻融作用主要通过改变土壤的理化性质及生物学性状来影响氮素在土壤中的迁移与转化.目前,冻融作用对陆地生态系统氮循环各个过程影响的研究结果不尽一致,理论机制尚不明晰,研究方法也需进一步地探索与创新,因此有必要对现有成果进行梳理和分析,以更好地把握冻融作用下的氮循环过程.本文结合国内外已有研究成果,论述了冻融作用对陆地生态系统氮循环关键过程（氮矿化、固持、硝化与反硝化过程、氮淋溶及气态损失）的影响效应及其主要机制,对目前研究中存在的不足进行了剖析,并对未来研究中迫切需要关注的重点研究方向进行了探讨与展望.     

气候变化对黄淮海平原冬小麦产量和耗水的影响及品种适应性评估

基于IPCC5 3种代表性温室气体浓度排放路径(RCP)的情景集成数据,采用VIP生态水文模型,模拟分析了黄淮海平原未来冬小麦产量、蒸散量的气候变化响应.模拟结果表明:未考虑CO2肥效时,3种典型排放路径下,冬小麦生育期都将因气温上升而缩短,其产量和蒸散量将呈下降趋势.CO2浓度增加对作物生长的有利影响强于气候变化带来的不利影响,是未来情景下冬小麦产量增加的主要原因.以RCP4.5为例,2050s黄淮海地区冬小麦平均产量将增加14.8%(无CO2肥效时产量下降2.5%),蒸散量降低2.1%.采用积温需求更高的品种将有利于冬小麦利用CO2肥效提高其产量,但耗水量将有所增加.因此,培育适应气候变化的作物品种、发展节水农业和管理技术是应对气候变化的关键.     

基于变权模型的舟山群岛生态安全预警

生态安全预警是生态安全研究的重要内容,对维护区域生态安全具有重要的指示意义.本文以浙江省舟山群岛为例,基于驱动力、压力、状态、影响、响应(DPSIR)框架模型构建了生态安全预警指标体系,使用变权模型对2000-2012年舟山市生态安全的预警等级进行测度,并使用马尔科夫预测方法对2013-2018年生态安全警情进行了预测.结果表明:变权模型能够有效地满足舟山群岛生态安全动态预警研究需要;2000-2012年,舟山群岛生态安全预警指数由0.286波动上升至0.484,警度等级从“重警”演变为“中警”,指示灯由“橙灯”演化为“黄灯”;2013-2018年,舟山群岛生态安全预警等级预测结果为“中警”,指示灯为“黄灯”.研究结果可为维护舟山群岛生态安全提供参考.     

PCR-DGGE技术解析东北稻田蓝藻群落结构

[目的]明确东北稻田生态系统蓝藻群落结构组成变化及主要驱动因子。[方法]采用蓝藻特异性引物GC-Cya-b-F371和Cya-R783对采自东北不同土壤类型稻田土壤及田面水提取的DNA进行PCR扩增,采用DGGE电泳和条带测序技术解析稻田蓝藻群落结构。[结果]多样性指数表明,土壤中蓝藻群落结构比田面水体丰富。图谱冗余分析(RDA)显示,稻田土壤中蓝藻群落结构具有明显的地域差异,土壤碳氮比值是驱动土壤蓝藻分布的主要环境因素;而田面水体蓝藻群落结构地域差异不明显,p H值是驱动水体蓝藻分布的主要环境因素。DGGE条带测序发现,稻田蓝藻群落结构组成以丝状颤藻亚纲蓝藻(Oscillatoriophycideae)为主,一些条带基因序列与已知蓝藻相似度低于97%。[结论]东北稻田生态系统蓝藻群落结构复杂多样,生存着一些未知的蓝藻种群。     

Dynamics and regulations of ecosystem light use efficiency in a broad-leaved Korean pine mixed forest,Changbai Mountain

Aims Ecosystem light use efficiency (LUE) reflects the ability of CO₂ uptake and light utilization via photosynthesis, which is a key parameter in ecosystem models to evaluate ecosystem productivity. The objectives of this study were to: (1) compare the differences of LUE derived from different methods; (2) elucidate the seasonal dynamics of LUE and its regulatory factors; and (3) evaluate the maximum LUE (LUE_max) and its variability based on eddy-covariance (EC) flux.Methods Using the flux data from an EC tower during 2003-2005 at a broad-leaved Korean pine (Pinus koraiensis) mixed forest, Changbai Mountain, two types of LUE indicators were generated from: 1) the apparent quantum yield (ε) estimated with rectangular hyperbolic curve, and 2) the ecological light use efficiency (LUE_eco) calculated as the ratio between gross ecosystem productivity (GEP) and photosynthetically-active radiation (Q).Important findings The seasonal variation of ε and LUE_eco appeared a unimodal pattern within a year, with the variations significantly dominated by soil surface temperature and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A positive correlation between GEP and LUE was found for both ε and LUE_eco, with the effect of Q on LUE relatively weak. The increase in diffusion radiation appeared favorable for enhanced LUE. Generally, there was a significant positive relationship between ε and LUE_eco, while ε was higher than LUE_eco, especially during the mid-season. The annual maximum value of ε and LUE_eco was (0.087 ± 0.003) and (0.040 ± 0.002) μmol CO₂·μmol photon^-1 over the three years, respectively. The interannual variability of LUE_max for ε and LUE_eco was 4.17% and 4.25%, respectively, with a maximum difference of >8%, likely resulted from considerable uncertainty in model simulations. Our results indicated that the inversion and optimization of maximum LUE should be taken seriously in the application of LUE models.     

Responses of the functional traits in Cleistogenes squarrosa to nitrogen addition and drought

植物功能性状被广泛地用于研究植物对环境变化的响应。糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)是内蒙古草原重要的C4物种,其功能性状是如何对水氮环境的变化做出响应的,还不十分清楚。该文采用盆栽实验的方法,进行氮添加(0,10.5,35.0和56.0 g·m–2·a–1)和降水(自然降水和70%平均月降水量)处理,研究糙隐子草整株性状、叶形态性状和叶生理性状对氮添加和干旱的响应。结果表明,氮添加显著影响了糙隐子草的整株性状,氮、水处理及它们的交互作用显著影响了糙隐子草的叶形态性状和叶生理性状。各功能性状对氮添加的响应格局在自然降水和干旱处理下是不同的。根深、茎生物量和茎叶比在干旱条件下低和中氮添加处理中较高,而在自然降水下无明显变化;比叶面积在干旱条件下随氮添加量的增加而增加,而在自然降水下无增加趋势;自然降水下,高氮添加显著刺激了光合速率和蒸腾速率,增加了水分利用效率,而在干旱条件下氮添加对它们没有显著影响;叶片单位面积的氮含量在自然降水下随氮添加量的增加有增加趋势,而在干旱条件下显著降低。在自然降水下,氮添加主要影响糙隐子草的叶形态和生理性状,而在干旱条件下,氮添加主要影响糙隐子草的整株性状和形态性状。总之,糙隐子草的功能性状对氮添加表现出明显的响应,响应格局在不同的水分条件下不同,反映了其对氮水环境变化的弹性适应。     

人与生物圈计划对生态学研究的影响

"人与生物圈(MAB)"计划是联合国教科文组织(UNESCO)长期支持的综合性计划之一。它的正式启动有着深刻的社会背景和科学发展的历史渊源。MAB计划的产生经过了长时间的酝酿和充分的准备,是在全球人口资源环境和经济发展的矛盾日趋激烈的情况下,在总结上世纪60年代开展的国际生物学计划(IBP)的经验与教训的基础上,开展的一项具有时代特点和创新精神的、雄心勃勃的政府间生态学研究计划,在推动自然资源的合理利用和环境保护方面起到了历史性的作用。