黄山松种群结构与动态研究

以“空间代替时间”的方法,以种群径级结构代替年龄结构,采用静态生命表和生存分析的方法,探讨了天柱山国家森林公园黄山松种群结构和动态规律。结果表明,随海拔升高,黄山松种群密度增大,径级分布范围减小,种群存活曲线由Deevey-Ⅱ型之间过渡到Deevey—Ⅰ型,种群由稳定型过渡为增长型。表明由低海拔向高海拔,黄山松种群处于不同的演替和发展阶段。     

成年雄性林麝消化道寄生虫群落 对不同扰动策略的响应

人工繁育是当前我国保护野生林麝（Moschus berezovskii）资源的主要手段之一,但在林麝种群复壮的过程中,消化道寄生虫病始终威胁着林麝的健康。为探究林麝消化道寄生虫群落对不同扰动策略的响应,本研究分别使用复合药阿苯达唑伊维菌素粉和单一成分药阿维菌素粉去除林麝体内线虫和绦虫,监测林麝其他寄生虫和群落动态变化。选取60只雄性林麝,随机分为三组,分别为阿苯达唑伊维菌素用药组（20只）、阿维菌素用药组（20只）和未做任何处理的对照组（20只）,并连续采集8周用药组和对照组林麝的新鲜粪便。基于改良的Wisconsin粪便虫卵漂浮计数法检测粪便中的虫卵和卵囊,对实验结果进行Kruskal-Wallis检验、Wilcoxon秩检验、Mann Whitney检验和双因素方差分析。研究结果显示,对照组和阿苯达唑伊维菌素用药组林麝的寄生虫感染均为混合感染,球虫为优势物种,其负载量显著高于线虫和绦虫（P < 0.05),阿维菌素用药组林麝仅感染球虫。药物扰动后,两组用药组的林麝球虫的流行率、平均感染强度均高于对照组,但线虫流行率均低于对照组（27.15%,42.15%）。此外,用药后,阿苯达唑伊维菌素用药组林麝先于阿维菌素用药组再次感染线虫和绦虫。通过比较用药组和对照组林麝寄生虫的群落动态变化,表明林麝消化道寄生虫感染现象较为普遍,多重感染中球虫和蠕虫存在竞争关系,复合药物阿苯达唑伊维菌素粉对林麝寄生虫群落的扰动程度更大,林麝寄生虫群落恢复能力与扰动程度成正比。建议林麝人工繁育基地加强科学性和计划性驱虫,并持续性开展林麝寄生虫感染的监测工作。     

嗜热丁烷氧化古菌Candidatus Syntrophoarchaeum烷基转移酶MtaA催化丁基辅酶M的分子机制研究

【背景】嗜热古菌Candidatus Syntrophoarchaeum可以与硫酸盐还原细菌共生,通过逆转产甲烷途径进行正丁烷的氧化,但在该过程中负责催化丁基辅酶M氧化的酶尚未确定。【目的】利用分子动力学模拟证明Ca.Syntrophoarchaeum中mta A基因编码的蛋白可以特异性催化丁基辅酶M中丁基的转移,并非转移甲基。【方法】使用Methanosarcina mazei辅酶M甲基转移酶Mta A的晶体结构(PDB ID:4ay8)作为模板,对Mta A_1 (Gen Bank登录号OFV65993.1)和Mta A_2 (Gen Bank登录号OFV65678.1)进行同源建模。使用分子对接得到两者分别结合CH_3-Co M和C_4H_9-Co M时的结构,并用AMBER18进行分子动力学模拟。【结果】当Mta A_1和Mta A_2分别结合C_4H_9-Co M时,表现出与4ay8晶体结构类似的TIM-Barrel折叠三维结构,但在活性中心形状、Zn~(2+)与底物距离以及活性位点附近氨基酸配位方式等方面存在差异,这可能是导致Ca.Syntrophoarchaeum中mta A基因编码的蛋白催化丁基辅酶M氧化的原因。其中Mta A_2与4ay8结构更相似,活性中心氨基酸配位更完整,暗示其更可能具备催化活性。然而当Mta A_1和Mta A_2分别结合CH_3-Co M时,整体结构不合实际,活性中心Zn~(2+)与底物距离过远,表明底物几乎不可能与酶结合。【结论】Ca.Syntrophoarchaeum中的Mta A_1和Mta A_2很可能是特异性的丁基转移酶,而非催化甲基的转移,其中Mta A_2具备活性的可能性更高。     

北京市植物物候对热岛效应的响应

都市的快速发展致使城市热岛效应日渐加剧。城市绿化对缓解热岛效应有一定的作用,但同时其物候也受到了影响。本文基于遥感影像数据,通过对照北京市热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级的植物物候差别,研究热岛效应对植物物候的影响。采用Landsat 8影像对北京市地表温度进行反演,结合空间分析进行热岛效应分区分级识别;通过MOD13A1的归一化植被指数(NDVI)数据,采用Dallimer平均值法和动态阈值法提取植被生长季始期(SOG)、生长季末期(EOG)、生长季长度(LOG)等重要植被物候参数,研究植被物候在热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级之间的差异。结果表明:北京市夏季与冬季相比,热岛效应更为显著;利用Dallimer平均值法提取的北京市热岛区SOG比非热岛区提前4 d,EOG延迟9 d,LOG延长13 d;利用动态阈值法提取的SOG提早10 d,EOG推迟4d,LOG延长14 d,动态阈值法提取的物候信息与观测的物候信息更为接近;随着热岛强度等级提高,SOG提前,EOG推迟,LOG延长。本研究丰富了我国华北地区植被物候对热岛效应的响应机制,同时对研究全球变暖对生态系统的影响具有一定价值。     

高寒植物叶片性状对模拟降水变化的响应

降水变化对高寒草甸生态系统产生了显著影响,植物叶片性状特别是叶脉特征对降水变化非常敏感,然而高寒植物叶片性状特征如何响应降水变化还知之较少。采用集雨棚模拟增减50%降水的条件,以高寒草甸8种主要植物叶片为研究对象,研究了降水变化对叶片的叶脉率、叶脉密度、叶片大小、比叶质量、叶片总有机碳含量、叶片全氮含量、叶片碳同位素相对含量和碳氮比等叶片性状的影响。发现增水显著增加了植物的叶片大小、稳定碳同位素千分值、总有机碳含量、全氮含量,但显著降低了叶脉密度;而减水显著降低了叶片大小、稳定碳同位素千分值。植物叶片性状各指标对降水变化的响应存在协同变化和相互制约。不同水分生态类型的植物对降水变化的响应存在差异,中生植物通过增加叶片大小和减少叶脉密度积极应对降水的增加,矮生嵩草的叶片大小分别增加了200.3%,叶脉密度减小了17.5%,而旱中生植物通过减少叶片大小和增加叶脉密度应对降水的减少,垂穗披碱草和异针茅的叶片大小分别减少54.9%和30.7%,其叶脉密度分别增加25%和22.4%。羽状叶脉植物增加叶脉密度和稳定碳同位素千分值以适应增水条件,花苜蓿、异叶米口袋的叶脉密度的增加了7.8%和4.0%,稳定碳同位素千分值增加2.5%和3.3%,但增水条件下平行叶脉植物的叶脉密度不变或降低和稳定碳同位素千分值保持不变;减水增加了平行叶脉植物叶脉密度并减低了稳定碳同位素千分值,异针茅的叶脉密度增加了22.4%,稳定碳同位素千分值减小2.9%,而对羽状叶脉植物的叶脉密度和稳定碳同位素千分值减少或不变。植物叶片性状对增水的敏感性显著大于对减水的敏感性,增水的效应约为减水的2倍;叶片大小的敏感性显著大于其它叶片性状,约为其它叶片性状的10倍。因此,植物在应对短期降水变化时,植物形态可塑性的作用凸显,放大或缩小叶片大小是植物应对降水变化的最有效的途径,但是不同水分生态类型和叶脉类型植物可塑性的方向存在显著差异。     

基于MODIS-EVI的西南地区植被覆盖时空变化及驱动因素研究

基于MODIS-EVI和气象数据,利用最大值合成法、像元二分模型、趋势分析和相关分析等方法,探讨了西南地区2001-2015年植被覆盖时空变化特征及其对气候因子的响应,并分析了温度和降水对植被覆盖时空变化的驱动作用。结果表明：（1）2001-2015年,西南地区植被EVI以0.1%/a的变化率呈波动增加趋势,但空间异质性显著,呈现出从东南向西北逐渐递减的趋势;（2）西南地区以高和极高植被覆盖度为主,极低植被覆盖度区域约占研究区总面积的8.6%,植被覆盖度增加的区域集中分布在广西省北海-钦州、贵州省邵通-毕节-遵义、四川省广元-广安以及西藏那曲等地区,植被覆盖度呈减少趋势区域主要集中在西藏拉萨-阿里地区和四川成都-阿坝州-甘孜州等地区;（3）植被EVI与同期温度和降水相关性较好,均以正相关为主。在0.05显著水平下,受降水驱动的区域呈斑块状分布在西藏自治区和青海省交界处,以及云南和广西部分地区,约占研究区总面积的3.4%;受温度驱动的区域零星分布在各省、自治区,约占研究区总面积的1.6%;受温度和降水共同驱动的区域约占研究区总面积的7.2%,主要分布在西藏自治区的阿里地区北部,青海省的三江源地区以及四川和贵州两省交界处的小部分地区;西南地区大部分区域的植被EVI指数变化表现为非气候因素驱动。     

青藏高原东部高寒灌丛生物量分配对模拟增温的响应

植物生物量分配特征的变化反映了不同环境条件下植物的适应策略,全球气候变暖正在改变青藏高原高寒生态系统植被动态和生物量分配格局。然而,到目前为止,有关青藏高原高寒灌丛生物量分配特征对气候变暖的响应研究较少。为了探究气候变暖对高寒灌丛生物量分配的影响,以青藏高原东部典型的窄叶鲜卑花高寒灌丛为研究对象,分析了高寒灌丛灌木层、草本层和群落水平生物量分配特征对开顶式生长室（OTC）模拟增温的响应。研究结果表明：整个生长季节,模拟增温使空气温度和表层土壤温度分别升高0.6℃和1.2℃,使表层土壤水分含量下降2.7%。模拟增温使草本层和群落地上生物量显著增加57.8%和7.2%,使灌木层、草本层和群落根系生物量显著增加42.5%、105.6%和45.6%。然而,模拟增温没有显著影响灌木层地上生物量。同时,模拟增温使灌木层、草本层和群落总生物量显著增加25.6%、85.7%和28.4%,使灌木层、草本层和群落根冠比显著增加33.2%、30.4%和36.0%。由此可见,模拟增温在促进高寒灌丛生物量生产的同时将显著提高向地下根系部分的分配比例。Pearson相关分析表明,高寒灌丛生物量分配与空气温度、土壤温度和土壤硝态氮含量呈显著正相关关系;多元线性回归分析结果也表明,空气温度、土壤温度和土壤硝态氮含量解释了高寒灌丛生物量分配变异的50.8%以上。这些结果表明,青藏高原东部高寒灌丛植被能够通过调节生物量分配模式应对未来气候变暖。     

中国北鳅谱系地理学分析

北鳅(Lefua costata)为冷水性鱼类, 分布于淮河以北, 分析遗传结构能够反映其适应环境变迁的响应。基于线粒体D-loop区211条序列分析了我国北鳅的谱系地理学和遗传多样性, 样本采自9条水系共18个样点。单倍型分析显示共计55个单倍型, 呈高单倍型多样性(h=0.9304)和高核苷酸多样性(π=0.0087)。单倍型多样性和核苷酸多样性最高的为辽东半岛种群(LD) (h=0.8920, π=0.0074), 其他地理种群距辽东半岛越远, 单倍型多样性越低。遗传距离(K2P)、群体间的遗传分化指数(F_ST)及AMOVA分子方差分析均显示LD种群与其他地理种群存在显著分化。基于单倍型构建的分子系统发育树和单倍型网络关系图均显示9条水系的单倍型不能各自聚类, 形成3大分支: 分支A以LD种群为主; 分支B含所有地理种群; 分支C以淮黄河种群(HH)和海滦河种群(HL)为主。中性检验和错配分析显示不同地理种群有扩张现象。基于化石校准点和北鳅鱼类D-loop序列1.00%Ma的平均进化速率评估各地理种群的分歧时间, 为2.3784— 0.0477Ma前, LD种群与其他地理种群分化时间最早(2.3784 Ma前), 推测LD种群受第四纪冰期影响较小, 辽东半岛为我国北鳅起源地之一, 其他地理种群以辽东半岛为中心借助松辽古大湖和黄渤海平原河口等发生多次迁移。     

黄山松土壤可溶性有机质对氮添加的响应及其与细菌群落的关联

为探究黄山松土壤可溶性有机质(DOM)数量和质量对短期氮(N)添加的响应及其与细菌群落的关联,在福建戴云山自然保护区设置不同N添加水平(0、40和80 kg N·hm^-2·a^-1)试验,采用三维荧光与平行因子联用法,并结合高通量测序手段分别对土壤DOM和细菌群落进行分析。结果表明: 与对照相比,N添加整体降低了0～10和10～20 cm土层可溶性有机碳(DOC)含量和DOM腐殖化指数(HIX),其中,高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)添加下均显著降低。平行因子分析法进一步表明N添加下DOM中类腐殖质组分(C1、C2)的相对含量降低。此外,N添加减少了富营养细菌(变形菌门、酸微菌纲)的相对丰度,而增加了贫营养细菌(斯巴达杆菌纲)的相对丰度。富营养细菌的相对丰度与HIX、C1、C2呈显著正相关,与相对易分解的类富里酸组分(C3)呈显著负相关;而贫营养细菌的情况则相反。说明N添加下不同生活策略的细菌类群对DOM中难分解和易分解组分存在明显的偏好性。我们推测N沉降加剧背景下土壤微生物生活策略的转变可能有助于DOM组分的塑造。     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。