CO2浓度升高与氮沉降对南亚热带森林生态系统植物生物量积累及分配格局的影响

CO2浓度升高与氮沉降增加对陆地生态系统的耦合作用已成为全球变化的研究热点.应用大型开顶箱(OTC)人工控制手段研究了人工生态系统在1)高CO2(700±20 μmol·mol-1)+高氮沉降(100 kg N·hm-2·a-1)(CN);2)高CO2(700±20 μmol·mol-1)+背景氮沉降(C+);3)高氮沉降(100 kg N·hm-2·a-1)+背景CO2(N+);4)背景CO2+背景氮沉降处理(CK)4种处理条件下荷木(Schima superba)、红锥(Castanopsis hystrix)、海南红豆(Ormosia pinnata)、肖蒲桃(Acmena acuminatissima)、红鳞蒲桃(Syzygium hancei)等主要南亚热带森林植物的生物量积累模式及其分配格局.连续近3年的实验结果表明:不同处理条件下,各参试植物生物最积累具有不同的响应特征,N+处理显著促进荷木、肖蒲桃及红鳞蒲桃生物量的积累;C+处理显著促进肖蒲桃、海南红豆生物量的积累;CN处理显著促进除红锥外其他物种生物量的积累,并且具有两者单独处理的叠加效应.不同处理改变物种生物量的分配模式,N+处理降低植物的根冠比,促进地上部分生物量的积累;C+处理增加红锥和红鳞蒲桃地下部分生物量的分配,却促进荷木和海南红豆地上部分的积累;CN处理仅促进红磷蒲桃地下部分的积累.群落生物量的积累与分配格局取决于优势物种的生物量及其分配格局在群落中所占的权重.     

鼎湖山主要森林生态系统地表CH4通量

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3种处于演替不同阶段的森林类型-季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林-的地表CH4通量进行了为期一年的原位观测和研究,结果表明:3种林型地表吸收CH4通量按从大到小的顺序为:季风林>混交林>松林,不同林型间的CH4通量差异与森林土壤的性质有密切关系,即土壤容重越小、有机质含量与土壤温度和湿度都没有明显的相关性,但在旱季土壤温度成为控制地表CH4通量的主要因子。     

鼎湖山异龄马尾松针叶长度序列元素分布

 利用植物体元素化学分析结果来诊断环境污染对森林健康影响和监测环境污染程度已成为诸多生态学家和环境学者广为采用的方法之一。该研究选择广东肇庆鼎湖山健康马尾松(Pinus massoniana)前年生针叶和当年生针叶为研究对象, 将相同年龄针叶分为叶尖、 叶中、叶基等长3段, 分析了两种针叶全S、全P、K、Mg、Na、Ca、Al、Mn、Zn、Cu、Fe、Pb、Cr、Cd和Ni15种元素及相应Ca/Al值在叶尖、叶中部、叶基部和叶鞘的分布模式。结果表明: 前年生针叶元素平均值除全S、全P、K和Cd外, 其它元素浓度都高于当年生针叶, Ca/Al 值则是当年生针叶小于前年生针叶, 表明当年生针叶受Al毒大于前年生针叶; 在针叶长度序列不同部位间, 元素分布不均匀, 全S、Na、Ca、Al和Mn在两种针叶长度序列上没有显著性 差异, K、Mg、Zn、Fe、Cr、Cd、Ni和Ca/Al值差异均达显著水平, 而全P、Cu、Cd和Pb仅在前年生针叶不同部位间差异显著; 针叶Al浓度和Ca/Al值都表明马尾松已经处于严重Al毒胁迫下; 两种针叶各部位Fe、Zn和Cu浓度远超出该地区马尾松元素的背景值, 暗示马尾松针叶已受到严重重金属毒害; 马尾松叶鞘Fe、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni和Cr含量显著高于针叶其它部位, 表明叶鞘能累积环境重金属, 可以作为马尾松在污染环境下遭受重金属危害指标加以利用, 是一种有广泛应用前景的生物指示物。该研究所采用的技术和方法对环境监测, 尤其是对利用生物化学方法评价环境污染对森林健康影响评价体系的完善和生物监测指标的利用具有指导意义, 可为今后评估相似环境污染地区森林健康和树木正常生长提供参考。     

模拟酸沉降对鼎湖山季风常绿阔叶林地表径流水化学特征的影响

通过模拟酸沉降实验,研究了旱季期间(10-3月份)鼎湖山季风常绿阔叶林在4种不同pH模拟酸雨处理(对照、pH 4.0、pH 3.5、pH 3.0)下地表径流水化学输出特征.结果显示:(1)地表径流pH随酸处理强度增强呈“U”型变化模式,酸沉降对地表径流pH的影响不显著(P＞0.05),表明模拟酸沉降尚未引起地表水的酸化.(2)地表径流中NO3-、SO24-浓度随酸处理强度增强略有增加;HCO3-浓度的变化模式与地表径流pH类似.酸根离子浓度与地表径流pH相关性分析表明,SO24-、HCO3-有助于提高地表水抗酸化能力而NO3-则有助于促进地表水酸化.(3)地表径流中盐基离子对酸沉降的响应不尽相同.pH 3.0处理显著提高地表径流中Ca2+、Na+浓度;Mg2+浓度具有随酸处理梯度增强而增加的趋势;K+受模拟酸度的影响小.表明强酸(pH3.0)处理将导致土壤Na+、Ca2+、Mg2+盐基离子流失.(4)酸沉降具有诱发土壤可溶性有机碳(DOC)流失的倾向,增加地表水受有机污染的风险.     

鼎湖山流域下游浅层地下水动态变化及其机理研究

全球变暖和降水格局的改变将如何影响下垫面水文过程是一个被普遍关注的重大科学问题,然而要阐述其内在联系首先必须排除人类活动及土地格局变化的影响。论文以严格保护下的鼎湖山自然保护区为研究对象(排除人类活动及土地格局变化的影响),以其完整集水区下游区域地下水测井系统测定的地下水位数据为基础,拟阐述全球变暖和降水格局改变对该地区地下水位多年变化动态及趋势的影响机制。结果表明:2000年至2009年10 a间鼎湖山流域下游浅层地下水位由2000年的–2.27 m上升到2009年的–1.81 m,年均极显著(p=0.005)上升0.043 m.a-1;地下水位干湿季差异显著,湿季地下水位显著(p0.001)高于干季,分别为–1.87±0.23 m、–2.25±0.15 m。时间序列上,干季地下水位无显著(p=0.190)变化,湿季(1999-2009年)地下水位呈极显著(p=0.002)上升趋势;日地下水位变异系数CVwt=0.20明显小于日降水量CVp=2.77,日地下水位动态与前40 d的日降水量有关;地下水位的变化不能用同期内降水量变化(p=0.294)解释,分析认为降水格局的变化是导致地下水位上升的基本原因。该研究对评估降水格局改变和全球变暖环境下,地下水资源的变化趋势有重要指示意义。     

毛白杨乙酰-乙酰载体蛋白硫脂酶基因(PtFATB)的克隆与表达分析

植物脂肪酸合成的主要部位是叶绿体,叶绿体向外运输脂肪酸的种类和数量受到乙酰-乙酰载体蛋白硫脂酶(FATB)控制。FATB基因在植物生长过程起着非常关键的作用。本研究以毛白杨为材料,将生物信息学知识和分子生物学手段相结合,首先利用现有的杨树基因组EST序列库资源,通过同源序列搜索,经过多次拼接合并获得了理论的杨树脂肪酸去饱和酶基因PtFATB序列全长,利用RT-PCR手段成功克隆得到了毛白杨FATB基因全长编码序列cDNA,该cDNA全长1,450bp,包括起始密码子ATG和144bp的5′末端非编码区,终止密码子TGA和40bp的3′末端非编码区,开放阅读框编码421个氨基酸。通过RT-PCR半定量研究了PtFATB在叶片组织中的表达量最高,茎、根中的表达量依次降低。在低温、干旱、NaCl、ABA四种条件下诱导生长24h,只有在低温的条件下发现PtFATB表达量略微降低,其他几种情况未有变化,该结果表明PtFATB呈组成型表达。上述结果为植物脂肪酸的基因工程提供了基础。     

林下层植物在退化马尾松林恢复初期养分循环中的作用

以鼎湖山退化马尾松 (Pinusmassoniana)林恢复过程中林下层植物凋落物、分解和养分动态为对象 ,研究了林下层植物在退化马尾松林恢复初期养分循环中的作用。结果表明 ,林下层年凋落物量除在第 5年有所下降外均随时间逐年上升 ,但其增加速率随年份不同而异 ,总平均年增长速率为 3 8%。第 4年凋落物量为 0 .2 0 t· hm- 2 · a- 1,第 1 1年为 1 .1 7t·hm- 2·a- 1。凋落物养分元素平均浓度为 (% ) :N0 .95 ,P0 .0 4,K0 .5 7,Ca0 .1 3和 Mg0 .0 8,基本上以夏季和秋季最高冬春交替月份最低。第 1 1年凋落物各元素养分归还量为 (kg· hm- 2·a- 1) :N1 1 .1 0 ,P0 .47,K6.65 ,Ca1 .48和 Mg 0 .91。凋落物在分解过程中失重率呈直线模型变化 ,第 1年的分解速率为 3 1 % ,至试验结束时凋落物的残存量占起始量的 66%。在凋落物分解过程中 ,N和 P浓度随时间逐渐上升 ,但 N增加的速度较 P快 ,其余元素浓度均下降 ,但 K下降的速度最快。在凋落物分解过程中 ,N是唯一表现残留量呈先上升然后下降变化的元素。P的残留量变化与凋落物的失重率变化几乎一致。各元素在分解试验结束时残留量占起始量的百分比分别为 :N 90 % ,P 67% ,K 9% ,Ca 3 0 %和Mg 1 4%。可见 ,林下层凋落物在退化马尾松林恢复初期碳及其它营养元素循     

南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应

区域水热格局变化和系统演替深刻影响森林内部小气候,不同演替阶段森林内部水热环境对气候变化的响应和反馈作用有待进一步认识和评估。以南亚热带地区的3种不同演替阶段代表性森林生态系统统(人工恢复的马尾松针叶林(Pinus massoniana coniferous forest,PF)、马尾松针阔叶混交林(mixed Pinus massoniana/broad-leaved forest,MF)和季风常绿阔叶林(monsoon evergreen broad-leaved forest,MEBF))为研究对象,通过分析其林内小气候林型间差异以及时间序列上的动态变化,探讨森林系统内部水热环境的改变机理。结果表明:演替驱动下,随着PF→MF→MEBF的正向发展,林内温度条件如气温、土壤温度逐渐降低,林内相对湿度、土壤层及凋落物含水量等水分状况逐步升高。不同林型在"雨热同期"的南亚热带地区其"降温效应"有差,演替初期的PF干、湿季"降温效应"分别为7.9%和3.6%,中期MF分别为11.6%和6.4%,顶级群落MEBF干、湿季"降温效应"可达15.7%和10.5%。总体上,随演替"降温增湿"效应越来越显著,且"降温"表现为干季更明显,而"增湿"表现为湿季明显。此外,演替驱动下后期森林对高温及土壤温度的调节作用更为突出。时间序列上,区域降水趋于"极端化"的格局影响下,森林生态系统的水分固持能力下降。主要表现为:自1984年以来,3种林型0—50cm土壤含水量均呈显著降低的趋势(P0.001),且湿季土壤含水量下降速率高于干季,林型间在全年及湿季均为MFMEBFPF,干季为MEBFMFPF。虽然研究期间3种林型林内气温、土壤温度无明显趋势性变化,但顶级群落MEBF林内相对湿度(P=0.021)、凋落物自然状态下含水量(P=0.003)在年际尺度上均呈现显著下降的趋势。与土壤含水量干、湿季下降速率的格局一致,二者也均为湿季大于干季。研究认为,成熟森林可能在当前南亚热带区域气候变化及水热格局改变背景影响下更为敏感和脆弱。     

污染区域大气环境质量生物监测的数学模式

以常规标准取样法、静态挂片吸收取样法分别测定了深圳南山区范围内大气二氧化硫、硫酸盐化速率和氟化物的含量,并同步测定了植物叶片的污染物含量。利用回归方法分析了3种测定结果的相互关系,并以植物叶片污染物含量为基础建立大气环境质量生物监测的数学模型,其中以叶片含硫量评价大气硫酸盐化速率的模型为夏季y=0.781x-0.754,冬季y=1.88x-2.283;以叶片含氟量评价大气氟化物的模型为夏季y=0.363x-7.511,冬季y=0.175x-3.461,这些模型均有很高的可信度(p<0.001)。     

大气SO2、氟化物对植物生理生态指标的影响

运用多元回归分析方法研究不同污染区生长的植物叶片的生理生态指标的变化与大气硫酸盐化速率及氟化物浓度的关系.结果表明,植物的叶面积(LA)、叶绿素总量(Chl)、细胞液pH值(pH)和细胞质膜透性(CML电导率)等生理生态指标的变化幅度与大气污染物含量呈显著相关.与大气硫酸盐化速率关系式为Ys=0.034XLA-0.011XChl+0.017XpH+40.0003XCML+0.034(r=0.99,p＜0.001);与大气氟化物含量的关系式为YF=0.362XLA+0.329XChl+0.814XpH+0.024XCML-4.596(r=0.947,p＜0.03).利用这些生理生态指标的变化幅度作为生物监测的指标来评价不同污染区的大气硫氧化物、氟化物的污染状况,与大气监测结果有很高的一致性,并且与实际环境污染状况相符.