黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产力模型

构建了机理性植被净第一性生产力模型(Vegetation—Soil—Integrated—Model,VSIM)。该模型将土壤水分动态过程与植被生长过程相耦合,用以分析黄土高原丘陵沟壑区土壤水分对植被生产力的影响。模型考虑了叶片尺度上气孔导度对净光合过程和蒸腾过程的影响,在此基础上通过考虑植被冠层结构和地形因素的影响对模型进行尺度转换,并以位于黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域的观测数据对模型进行参数化和验证。结果表明对于生物量的模拟草本和半灌木比乔、灌木好．主要植被类型LAI的季节变化与观测结果具有很好的一致性,模型能够反映出流域降雨一产流过程,并且基本上也能够反映土壤水分的时空变化范围。模拟结果表明,刺槐林和苹果林属于高光合一低蒸腾类型,农作物、白羊草群落和达乌里胡枝子群落属于高光合一高蒸腾类型,铁杆蒿群落和茭蒿群落属于低光合一低蒸腾类型,而沙棘灌丛和柠条灌丛的净第一性生产力居中,但蒸腾量较高。流域内土壤水分在多年序列上基本平衡,而在不同的水文年表现出失衡。其中刺槐林、苹果林和沙棘灌丛的多年平均土壤水分在年内存在少量亏缺,铁杆蒿群落和茭蒿群落略有增加,而其它植被类型基本保持平衡。丰水年不同植被类型土壤含水量都明显高于欠水年,土壤水分含量的变化在丰水年表现为盈余,而在欠水年表现为明显的亏缺。     

湛江等鞭金藻培养基和培养模式优化的研究

湛江等鞭金藻是中国的经济藻类,含有多不饱和脂肪酸,是具有大规模生产多不饱和脂肪酸潜力的藻种。为了找到适合湛江等鞭金藻扩大培养的条件,本研究针对培养基中的氮源及其浓度、氮磷比设计一个三因素五水平的正交实验L_(25)(5~6),找到最适氮源及其浓度为尿素75 mg/L,最适氮磷比为15:1。另外设计光照强度不同的3组实验,以探讨最适光照强度,实验结果表明湛江等鞭金藻在光照强度为4 028 Lx时有较大的生长速率。通过结合半连续培养模式和分批补料培养模式的优点,自主设计半连续分批补料培养模式,结果表明此培养模式在促进湛江等鞭金藻生长过程中表现出明显的优势。光生物反应器的培养结果说明优化条件适用于湛江等鞭金藻的扩大培养,希望能对湛江等鞭金藻的工业化生产提供一个有利的理论基础。     

施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响

为了研究施氮对不同草地植物生物量及其分配的影响,以及温带草地生态系统碳交换过程对氮素的响应,在内蒙古太仆寺旗农田-草地生态系统野外站,以4种草地植物:紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、高丹草(Sorghum bicolor L.) 、羊草(Leymus chinensis T.)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylia L.)为材料,进行了3种氮素水平 的盆栽控制实验。研究结果表明:施氮显著促进了4种植物地上生物量的积累,紫花苜蓿在中氮水平地上生物量最大,较对照增加了24.8%,高丹草、羊草、小叶锦鸡儿在高氮水平地上生物量最大,分别较对照增加了45.6%、39.3%和72.2%。4种植物在中氮水平地下生物量最大,而细根(直径≤2mm)生物量随施氮量的增加显著减少。羊草根茎生物量及其分配比例随施氮量的增加而增大。施氮显著降低了4种植物的根冠比,紫花苜蓿的根冠比在中氮水平时最小,为1.62,高丹草、羊草、小叶锦鸡儿的根冠比在高氮水平时最小,分别为0.57、1.02和0.41。随施氮量的增加,植物地下部分特别是细根的分配比例显著降低,地上部分分配比例显著增加。不同植物对施氮水平的响应不同,相比豆科植物,施氮显著促进禾本科植物生物量积累,并使其生物量分配格局发生显著改变。     

内蒙古大针茅草原常见植物在不同土地利用方式下的固碳相关属性

为了探究植物与固碳相关属性在不同功能群、器官和物种间的差异,以及这些属性对不同土地利用方式的响应,2012年8月对内蒙古大针茅草原的4个样地(长期无干扰样地、长期自由放牧样地、4年围封样地和4年围封割草样地)进行了群落调查,并采集样地中的常见植物,测定了与植物固碳相关的属性,包括全碳含量、全氮含量、碳氮比、纤维素含量、木质素含量和酸性洗涤纤维含量等。以常见植物为对象,在功能群水平研究了各土地利用方式下全碳含量、全氮含量和碳氮比的差异;针对各样地的共有种——糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、大针茅(Stipa grandis)、冷蒿(Artemisia frigida)、羊草(Leymus chinensis)和猪毛菜(Salsola collina),从物种和器官水平分析了不同土地利用方式下植物的固碳相关属性。结果表明:大针茅草原植物不同功能群、物种和器官间的固碳相关属性存在极显著差异,不同土地利用方式下大针茅草原不同功能型、物种和器官的固碳相关属性有显著差异。与其他利用方式相比,4年围封割草对植物与固碳相关属性的影响最为明显,功能群、器官和物种水平的植物氮含量均有下降。糙隐子草和猪毛菜的这些属性对长期自由放牧的响应敏感,且方向相反。     

中亚热带天然林土壤CH_4吸收速率对模拟N沉降的响应

陆地森林土壤是重要的大气甲烷(CH4)汇,大气氮(N)沉降增加对森林土壤CH4吸收速率影响突出。运用静态箱-气相色谱法对中亚热带天然林土壤CH4吸收速率对模拟N沉降的响应进行连续3a的观测;试验作3种N处理,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,100 kg N·hm-2·a-1),每种处理重复3次,每个月采集气体1次,同时测定0—5 cm土壤温度和0—12 cm土壤含水量;分析不同N沉降水平土壤CH4吸收速率的差异、动态变化以及对土壤含水量和土壤温度响应,并探讨N沉降对土壤理化性质的影响。结果显示:天然林土壤(CK)平均CH4吸收速率为(-62.78±14.39)μg·m-2·h-1,LN和HN土壤平均CH4吸收速率分别下降了30.21%、7.24%,CK、LN和HN处理土壤CH4吸收速率季节变化趋势相似;观测期间土壤CH4吸收速率对LN响应达到显著水平(P0.05),对HN响应则不显著(P0.05);LN、HN处理前两年对土壤CH4吸收速率抑制作用均不显著(P0.05),但在第3年LN极显著降低了土壤CH4吸收速率(P0.01),HN处理对土壤CH4吸收速率的影响则在第3年表现为显著抑制作用(P0.05),表明土壤CH4吸收速率对N沉降的响应随着N沉降时间的持续呈抑制效应加剧的趋势。相关分析表明:CK与HN土壤CH4吸收速率与土壤温度和土壤含水量均有显著相关性(P0.05),但LN土壤CH4吸收速率仅与土壤含水量显著相关(P0.05),表明土壤含水量是控制各N沉降处理土壤CH4吸收速率动态的主要环境因子。此外,LN、HN处理下土壤pH均极显著降低(P0.01),但LN土壤pH极显著低于HN(P0.01);LN处理极显著提高了土壤C/N比(P0.01),HN处理则相反;LN和HN处理对土壤NH+4-N、NO-3-N、可溶性总N(TDN)、可溶性有机碳(DOC)、地面凋落物量、地下0—10 cm细根生物量影响均不显著(P0.05),表明一定时期内N沉降首先引起了土壤pH和土壤C/N比的显著变化。     

海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化, 植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义。该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了5个样地(海拔间隔约200 m), 通过植物群落调查, 测定植物功能性状和土壤理化性质, 结合气象数据, 探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响。结果如下: (1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C:N)和叶片氮磷比(N:P)随海拔升高显著降低, 比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降, 比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高, 叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化。(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主, N:P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应, 其余性状为负的协变效应。(3)降水和0- 10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高, 温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高。以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境, 且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率, 随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子。     

草地利用方式对温性典型草原优势种植物功能性状的影响

当外界环境发生变化后植物能够改变自身功能性状及时调整适应策略, 因此植物功能性状能够有效地反映植物对草地利用变化的响应, 然而在内蒙古草原从植物功能性状角度开展草地利用方式影响的研究略少。该研究以内蒙古典型草原大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和冷蒿(Artemisia frigida) 4种主要优势种为研究对象, 探讨在长期自由放牧、割草、短期围封和长期无干扰的影响下优势种植物功能性状的差异, 以期从功能性状视角, 揭示植物在受到外界干扰后的适应策略, 旨为天然草地的可持续管理提供基础数据支持和科学依据。结果表明: 1)除糙隐子草外, 在长期放牧后内蒙古典型草原优势植物植株高度、根长和植物碳氮含量降低, 这些性状的变化能够使植物个体小型化, 适口性降低, 表明植物通过逃避放牧的策略适应长期自由放牧的干扰; 在割草管理方式下, 优势种的高度和比叶面积有增加的趋势, 其中冷蒿的氮含量对割草响应最敏感, 其根、茎、叶中的氮含量均在割草样地最低; 围封和长期无干扰处理下植物的碳氮含量增加, 表明在干扰强度降低后, 植物通过功能性状的改变从资源获取策略向资源储藏策略转变。2)对优势种功能性状集合分析表明, 糙隐子草具有较低的植株高度和较高的比叶面积, 冷蒿具有较高的木质素含量和氮含量, 这些性状能够使两种植物被家畜采食量减少, 并保证其具有较强的再生能力, 这可能是糙隐子草和冷蒿耐牧的原因; 大针茅具有最高的植株高度、最大的叶片干物质含量, 以及最高的茎、叶纤维素含量, 说明大针茅是非常典型的竞争物种, 在干扰较低的条件下, 大针茅采取竞争策略对其他物种产生较大的竞争压力可能是其占优势的重要原因。     

生物多样性与稳定性机制研究进展

随着全球生物多样性的迅速丧失,生物多样性与生态系统稳定性的关系已成为人类面临的重要科学问题。许多研究表明生物多样性与稳定性存在正相互关系,但其内在机制尚不能被很好地理解并且存在争议。对生物多样性与稳定性的研究历史做简短的回顾,然后根据时间稳定性的计算方法将时间稳定性分为平均值、方差之和以及协方差之和3个统计组成部分,在此基础上对现在常见的生物多样性-稳定性机制进行分类和详细介绍。并对现在生物多样性和稳定研究的争论进行总结。建议未来生物多样性稳定性关系的研究应该建立更加综合的理论,增加实验时间,应用整合分析(meta-analysis)对已发表实验结果进行综合分析,此外,应多关注非生物量/多度的属性,控制物种属性而不是仅仅控制物种的数量。     

模拟氮沉降对克氏针茅草原土壤有机碳的短期影响

为更好地了解天然草地土壤有机碳对氮沉降增加的响应,2011年在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅(Stipa krylovii)草原上开展了模拟氮沉降的控制实验,设置对照(CK)和5个模拟氮沉降(NO-3)处理,分别为2(N1)、5(N2)、10(N3)、25(N4)和50 g N m-2a-1(N5)。生长季末,采集每个样地中0—2 cm和2—10 cm深度土壤进行有机碳含量及组成的分析,并进行实验室矿化培养。结果表明,土壤颗粒态有机碳(POC)对氮添加响应敏感,N1和N2处理下的POC含量高于CK,N3、N4和N5处理则低于CK。5个模拟氮沉降处理下的矿质结合态有机碳(MOC)含量均高于对照,但差别不显著。不同氮沉降水平下0—2 cm土层的碳矿化潜势为N2N1N4N3CKN5,且N1,N2,N3和N4处理均显著高于CK和N5;2—10 cm土层的碳矿化潜势为N2N1N3CKN4N5,N1、N2和N3显著高于CK、N4及N5。不同施氮处理对群落净第一性生产力有明显影响,N5的净第一性生产力和地上生物量显著低于对照和其它施氮处理,N1的0—10 cm地下生物量显著高于对照和其它处理,N5的凋落物量显著高于对照。模拟氮沉降短期内对土壤总有机碳(SOC)含量无显著影响。     

Effects of grassland-use on soil respiration and litter decomposition

 草地利用方式影响植被群落结构和土壤微环境, 制约草地生态系统碳循环。该文通过测定温带草原在放牧、割草、围封3种利用方式下湿润年(2012年)和干旱年(2011年)的凋落物产量、质量及其分解速率和土壤碳通量, 分析了草地利用方式对土壤呼吸和凋落物的影响, 探讨了凋落物对土壤呼吸的贡献机制。结果表明: 在干旱年份, 放牧样地土壤呼吸最大, 分别达到割草和围封样地的1.5倍和1.29倍; 在湿润年份, 割草样地土壤呼吸最大, 为309 g C·m^–2·a^–1, 明显高于放牧样地和围封样地。不论干旱年还是湿润年, 围封样地凋落物产量都大于放牧样地和割草样地。3种利用方式下湿润年土壤呼吸和凋落物分解均比干旱年增强。因此, 水分是温带草原植物生长和生态系统碳循环的主要限制因子, 草地利用方式则显著影响凋落物生产和分解。进一步分析表明, 经过两年的分解, 同一样地内凋落物质量C:N下降, N含量和木质素:N升高, 土壤呼吸与凋落物产量、凋落物分解速率以及木质素:N正相关, 而与凋落物C:N负相关。