陆地生态系统碳平衡主要研究方法评述

陆地生态系统碳平衡是全球变化科学中的核心问题之一,目前也是生态科学中的前沿与热点问题,而陆地生态系统的复杂性与不确定性决定了对陆地生态系统碳平衡估测的复杂性和不确定性。为研究这一复杂性问题,已发展了许多研究方法。可分为“自下而上”与“自上而下”两种,各种方法都有其自身的优势和劣势。相关方向也已经有了大量的研究报道,但是,不同的研究由于在方法、时间与空间尺度等存在的差异,使得许多研究结果和预测很难被有效的整合或适用于大范围甚至全球水平。综述了陆地碳平衡的主要研究方法,分析和比较了各方法的特点,指出在研究中对不同方法的结果进行分析和比较,以及采用综合方法的必要性。     

全球变化背景下的现代生态学——第六届现代生态学讲座纪要

"现代生态学讲座"是由著名生态学家李博院士创导,国内外华人生态学家联合发起,旨在促进中国现代生态学与世界同步发展,加强国内外生态学界交流与合作的国际会议。2011年8月1-4日在南京大学举行的第六届现代生态学讲座围绕"全球背景下现代生态学热点问题及其研究进展"主题,进行了23场特邀专家学术讲座,从全球变化背景下:现代生态学方法论、全球变化与陆地生态系统的响应与反馈、全球变化背景下的生物入侵、全球变化背景下的森林生态、全球变化背景下的植物生理生态、全球变化背景下退化生态系统恢复与重建、全球变化背景下的生态水文、全球变化背景下的区域生态管理等八个方面进行分类总结,从不同时空尺度、不同学科角度探讨全球变化与生态系统的响应以及人类为实现可持续发展而采取的适应性管理对策。最后,对会议的进一步完善提出几点建议。     

利用遥感光谱法进行农田土壤水分遥感动态监测

自 1 997年 4月至 1 998年 1 0月 ,在甘肃省定西县进行了大面积 0～ 5 0 cm土层农田土壤水分按每 1 5 d本底资料实际观测 ,对此间收到的 5幅 TM与 7幅 NOAA卫片数据资料进行了加工处理 ,并对地面光谱资料也进行了观测。在光谱反演与光谱和土壤水分相关性分析基础上 ,利用遥感技术和地理信息系统 ,初步建立了典型试验区 ( 3× 3km2 )遥感信息与土壤含水量之间的遥感光谱相关监测模型 ,做出了观测区土壤水分含量分布图和得到了大面积农田土壤水分宏观动态监测结果 ,并同地面实测土壤水分进行了精度校正。研究结果表明 ,文中提出的“光学植被盖度”概念 ,对土壤水分遥感监测研究是有益的 ,利用遥感光谱法和数学统计方法求出了有关物理参数 ,初步建立了 TM与 NOAA光谱水分监测模型 ,其模型监测 0～2 0 cm土层含水量的精度达到 90 %以上 ,实际监测土壤水分精度达到 72 .3% ;在遥感监测 2 0～ 5 0 cm土层土壤含水量中 ,利用遥感模型监测土壤水分精度达到 80 %以上 ,实际遥感监测精度达到 60 %左右 ,其结果可有效指导干旱半干旱雨养农业区春耕时间和动态监测大面积土壤墒情 ,可为农业生产提供科学依据。另外 ,经地面大量观测表明 ,一般来说 ,当土壤含水量为田间最大持水量的 5 5 %～ 85 %时 ,从生长状况和经济     

叶片碳同位素对城市大气污染的指示作用

沿南京市市中心-郊区-城市森林的梯度,观测了近地层大气CO2(pN-S(CO2))、SO2(pN-S(SO2))、NO2(pN-S(NO2))浓度,以及公路两侧悬铃木(Platanus acerifolia)叶片重金属Pb、Cr含量、稳定碳同位素13C和放射性碳同位素14C的变化规律,探讨叶片13C和14C对城市大气污染的指示作用。结果表明,沿市中心-郊区-城市森林梯度,pN-S(CO2)、pN-S(SO2)和pN-S(NO2)均呈现下降的趋势,与观测点距市中心距离间均存在极显著的负相关关系;与城市森林相比,市中心pN-S(CO2)、pN-S(SO2)和pN-S(NO2)分别高7.3%、88%和210%。沿市中心-郊区-城市森林梯度,叶片δ13C和14C含量有升高的趋势,其中,δ13范围为-27.9‰—-31.4‰,14C pMC范围为95.8%—101.2%,即叶片C有9.3%—14.4%来源于化石燃料;叶片14C含量与距市中心距离间存在极显著的线性相关。叶片1δ3C与污染参数pN-S(CO2)、pN-S(SO2)、pN-S(NO2)、Pb、Cr间均表现为负相关,其中与pN-S(CO2)、Pb间的相关性达到显著水平;而叶片14C含量与pN-S(CO2)、pN-S(SO2)、pN-S(NO2)、Pb和Cr间均表现出显著的负相关。表明,叶片14C含量可用于指示城市大气污染状况,且与叶片δ13C相比更为稳定。     

湿地植物供碳功能与优化

尾水湿地氮的反硝化去除往往受限于碳缺乏。综述了湿地植物供碳促反硝化的主要途径与影响因素,构建了华东地区典型冷、暖季型湿地植物供碳的一般性季节动态模式,以期为发挥湿地植物稳定高效供碳功能、缓解尾水湿地碳缺乏问题提供解决思路。湿地植物的主要供碳途径包括根系分泌、地下有机质分解和地上有机质分解(淋溶)等,湿地植物的供碳动态是物种和环境因子综合影响的结果,存在极大的时空异质性。湿地植物具有很强的供碳促反硝化潜力,地上最大生物量为5 kg/m~2的芦苇全年脱氮潜力可高达0.57 kg N/m~2。在构建的湿地植物生物质积累量和供碳量的一般性模式中,冷、暖季型湿地植物无论是生物质积累量(总生物量)和还是供碳量(分解部分+根系分泌物)均存在显著的季节性差异,以及季节间的互补特征。因此,冷、暖季型湿地植物间进行合理的配置,是发挥湿地植物供碳功能且避免生物质分解引起二次污染的可行性措施。今后在湿地植物供碳定量化研究方法、多种供碳途径的定量化监测、供碳功能调控策略,以及稳定高效供碳促反硝化人工湿地构建等方向需做进一步研究。     

夏季南京市中心-郊区-城市森林梯度上的近地层大气特征

运用定点观测法和车载传感器的流动观测法,研究了夏季沿南京市市中心-郊区-城市森林梯度的近地层大气温度(T_(N-S))、CO_2浓度(p_(N-S)(CO_2))、湿度和污染气体浓度的变化规律.结果表明,沿市中心-郊区-城市森林梯度,T_(N-S)、p_(N-S)(CO_2)、相对湿度(RH_(N-S))和污染物浓度(p_(N-S)(SO_2)和p_(N-S)(NO_2))均表现为规律性的变化,与观测点距市中心的距离间的关系可用logistic方程进行较好的拟合(R~2在0.71～0.90之间).与城市森林(S9)相比,市中心(S1)的T_(N-S)和p_(N-S)(CO_2)在一天中的任何时段均有不同程度的升高,其中,T_(N-S)升高幅度在5:00～6:00时段最小,而在17:00～18:00时段最大,分别为1.3℃和4.7℃,白天和夜间平均分别升高了3.7℃和2.1℃;而p_(N-S)(CO_2)升高幅度在1:00～2:00时段最小,在13:00～14:00时段最大,分别为7.0μmol/mol和66μmol/mol,白天和夜间平均分别升高了55μmol/mol和20μmol/mol.S1和S9点间,绝对湿度(AH_(N-S))的全天平均值无显著差异;而RH_(N-S)除了5:00～6:00时段两点均接近饱和外,一天中S9点均高于S1点,两点最大差值出现在13:00～14:00时段,S1和S9分别为37.4%和52.9%,全天平均升高了7.0%.与S9点相比,S1点的p_(N-S)(SO_2)和p_(N-S)(NO_2)在上午10:00～11:40间分别升高了0.88倍和2.1倍.表明,当前城市的一些环境因子如T_(N-S)和p_(N-S)(CO_2)相当于全球数十年或更久以后的水平.     

利用PPR新方法建立草地产量增长模型及生态成因机理研究

利用新型的投影寻踪回归（PPR）统计方法,对新疆天山北坡蒿属荒漠草地上观测的3a草地产量和其它6个相关生态因子数据,进行了多元回归统计分析和PPR分析,建立了PPR新型牧草增长模型,并进而做了产量生态成因机理分析和理论解释,研究结果表明,在一般年份下,干草产量在不同年代不同季节约随降水量的分配状况而发生有规律的变化,产量分配呈现双峰模式;在降水量,积温和光照时数3个影响产量形成和高低的生态因子中,尤以降水量影响最明显,是主导生态因子,但牧草生长发育状况和增长类型则是水热因了,质地,牧草生态习性和种类组成共同作用的结果;在建立草地产量增长模型和成因机理分析过程中,充分运用PPR统计方法成功地克服了非正态非线性高维数据点稀疏所造成的“维数祸根”和自动排除了无关因子及人类因素的干扰,提高了建模的精度和效能,并给出各自变量因子对建模贡献率大小的效果,科学地揭示了用其它多元回归统计方法,所难以发现的数据内在的结构特征和规律性,进而,运用建立的PPR模型,较好地估测和拟合实测产量值,使模型估产精度达90％以上,并通过了效果检验和给出了贡献率统计分析,在6个自变量因子中,对牧草产量增长量贡献值最大的是生长时期（T）,其次为土壤含水量（SW）,降水量（PR）,气温（AT）和土壤温度（ST）,最小为草地类型（GT）值,多年研究结果为合理利用天山草地和深入了解草地生态系统形成机理,提供了坚实的科学依据和建模的新方法等。     

城区森林与乡村森林近地层臭氧浓度的变化规律对比

在基于城乡间环境梯度而发展的以"空间代替时间"研究陆地生态系统对全球气候变化响应的方法中,近地层臭氧的干扰是决定"城市自然大实验场"是否可行的最重要因素之一,但是城、乡近地层大气臭氧变化规律的研究却非常薄弱。以位于南京市中心的城区森林和镇江市下蜀的乡村森林为例,于2011年6月至2013年1月间,监测了近地层大气臭氧浓度,以及光照、温度、湿度等的变化动态,比较了两地臭氧浓度的日变化、季节变化规律。结果表明,城区样点与乡村样点相比,年平均气温高0.93℃,而相对湿度和光照强度最大值分别低3.37%和13108.77 lx。说明选择的样点有很好的代表性,反映了城、乡间典型的温湿度差异。而臭氧浓度的监测结果表明,乡村样点年平均臭氧浓度高于城区样点,但是生长季节(夏季)两样点间的差异不显著;城区和乡村样点一年中大于40 nL/L的时间分别是14%和13.9%;两样点AOT40的差异不显著。结果表明,虽然大部分时间乡村样点的近地层臭氧浓度高于城区样点,但是对研究陆地生态系统对全球气候变化响应的"城市自然大实验场"干扰较小。     

巴蜀应用生物学研究基地——中国科学院成都生物研究所

中国科学院成都生物研究所,地处中国生物资源最丰富的西南地区,主要任务和方向是:发掘生物资源,发展和应用生物技术,为农业、医药、环境等方面,提供生物资源信息、数据、资料和开发利用生物资源的实用技术和高技术。研究工作的重点有两个方面:一是生物资源在天然药物、环境等领域的开发利用研究,近期侧重进行天然药物(包括生物农药)的研究与开发。二是新技术和常规技术相结合,创造培育植物新品种、新材料的研究,主要是农作物、药用植物和观赏植物。     

基因组工程在医学合成生物学中的应用

合成生物学旨在建立一套完整的工程理论和方法,通过设计和组装基本生物学元件,更为有效地实现复杂生物系统的设计,并使其完成可编程的生物学功能。近年来随着可编程基因组元件的出现,特别是CRISPR和CRISPRi技术平台的建立和完善,使得合成生物学进入了一个全新发展的时期。本文重点综述CRISPR等基因组编辑和调控技术,其在构建可编程生物学元件和复杂基因线路的应用以及合成生物学在医学中(称为医学合成生物学)的发展前景。