增温和光周期变化对东北地区兴安落叶松主要物候期的影响

兴安落叶松在东北地区森林生态系统的结构与功能中起着重要作用,气候变化背景下东北地区气温增加且光照缩短必将影响兴安落叶松的变化,特别是物候这一气候变化的敏感指标。弄清其物候对气候变化的响应有助于揭示兴安落叶松的变化趋势。但是,当前关于兴安落叶松物候对温度、光周期及其协同作用的响应机制仍不清楚。针对东北地区温度剧增、日照时数减少的特点,2019年4月至11月开展了3年生兴安落叶松幼苗主要物候期响应温度和光周期变化的大型人工气候室模拟控制实验。结果表明：(1)不同程度的增温对兴安落叶松生长周期(展叶始期至完全变色期)无显著影响,但显著缩短生长盛期(展叶盛期至叶变色普期),且增温2.0℃较增温1.5℃对生长盛期影响更大。(2)长光照显著增加兴安落叶松的生长周期(9.25 d),短光照对兴安落叶松生长周期的影响不显著,且长光照和短光照均使兴安落叶松生长盛期缩短,二者对兴安落叶松生长盛期影响表现一致。(3)长光照、短光照分别与增温协同作用均使兴安落叶松生长盛期缩短,其中增温2.0℃与长光照协同作用对生长盛期缩短更显著(34.67 d)。(4)与生长始期(展叶始期)和末期(完全变色期)相比,兴安落叶...     

大气增温对杉木幼树根系生物量的影响

为揭示亚热带杉木人工林地下生物量对全球变暖的响应,本研究以杉木幼树为研究对象,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站利用开顶式(OTC)大气增温模拟气候变暖,研究增温对杉木幼树根系生物量的空间分布和不同径级分配的影响。结果表明：增温处理后总根系生物量、总细根生物量及总粗根生物量较对照均无显著差异;与对照相比,增温处理显著降低20～50 cm土层的细根生物量占比与0～10 cm土层的粗根生物量占比,但显著提高20～50 cm土层的粗根生物量占比;其余土层细根生物量和粗根生物量较对照均无显著差异;与对照相比,增温处理后0～2、2～5、5～10、10～20和>20 mm径级根系生物量均无显著变化。因此,增温处理下杉木幼树通过降低表层粗根生物量的占比,提高深层粗根生物量的占比以固定和支撑杉木生长,同时通过降低深层细根生物量的占比来维持表层细根生物量以保证水分和养分的吸收;大气增温影响根系生物量的垂直分布和不同径级的分配,在一定程度上影响地下碳分配,可能导致碳循环过程发生改变。     

The impacts of warming and nitrogen addition on competitive ability of native and invasive populations of Plantago virginica

全球变化因子(如增温和氮沉降)可能会影响生物入侵,但是这些因子如何影响入侵物种的表现并进一步调节入侵物种与本地竞争者之间的相互作用仍不清楚。本文通过为期五个月的温室实验,研究了增温(开顶式增温箱,+0.62°C)和氮添加(4.2 g N m⁻²)对入侵物种北美 车前(Plantago virginica)原产地和入侵地种群与本地车前草(Plantago asiatica)竞争的影响。实验结果表明,在增温及其与氮添加处理(W × N) 的相互作用下,P. virginica的入侵种群(PV-In)和原产地种群(PV-Na)在与本地竞争者P. asiatica竞争时具有不同的生物量分配策略。其中,PV-Na在与P. asiatica竞争时增加了地下生物量,而PV-In增加了地上生物量。我们还发现,P. virginica对增温和氮添加比P. asiatica的反应更强 烈。增温显著降低了P. virginica的竞争能力,这表明P. virginica比P. asiatica对增温的响应更为敏感。同样,在竞争条件下,氮添加及 其和增温交互作用减少了PV-In地下生物量,但增加了PV-Na地上和总生物量。这些发现表明,P. virginica在入侵过程中改变了生物量分配 策略,PV-In展示出更具弹性的竞争能力以适应环境变化(特别是增温)。这些发现可能有助于我们预测气候变化下的植物入侵并制定相应的 管理策略。     

陆地生态系统野外增温控制实验的技术与方法

由于人类活动导致的碳排放急剧增加, 工业革命以来全球地表温度显著增加约1 ℃, 未来全球气候还将持续变暖, 到21世纪末最高可升温4 ℃。这种前所未有的气候变化不仅影响陆地植被的适应策略, 也深刻影响生态系统的结构和功能。其中陆地生态系统碳收支对全球变暖的反馈, 是决定未来气候变化强度的关键因素, 因此全球已经开展了大量的生态系统尺度的野外增温控制实验, 研究生态系统碳收支对气温升高的响应, 从而提高地球系统模型的预测精度。然而由于增温技术和方法的不同, 不同研究的结果之间难以进行比较。该文系统总结了常见的野外增温技术和方法, 包括主动增温和被动增温, 阐述了其优缺点、适用对象以及相关研究成果。同时简要介绍了野外增温控制实验的前沿研究方向——新一代野外增温技术(包括全土壤剖面增温和全生态系统增温)和基于新一代增温技术开展的野外增温联网实验。     

增温和外源碳输入对泥炭地土壤碳氮循环关键微生物功能基因丰度的影响

为探讨温度升高和外源碳输入对泥炭地土壤碳氮循环关键微生物的影响,于2017年7月采集多年冻土区泥炭地表层(0—10 cm和10—20 cm)土壤样品,在10、15℃两个温度下开展为期42d的增温模拟试验,同时设置葡萄糖添加处理,利用荧光定量PCR技术分析泥炭地土壤碳氮循环关键微生物丰度变化,同时分析增温和外源碳输入对泥炭地土壤活性碳组分和无机氮含量的影响。结果表明:温度升高可导致北方泥炭地表层土壤微生物丰度以及群落结构变化,0—10 cm土壤微生物比10—20 cm土壤微生物更加敏感。增温条件下微生物首先快速分解活性有机碳,同时温度升高加快土壤氮周转速率,增加有效氮含量。外源碳输入整体提高了深层土壤微生物丰度,使得10—20 cm土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化细菌以及反硝化细菌丰度显著增加,说明外源碳输入可能会促进10—20 cm土壤甲烷氧化过程、氨氧化过程和反硝化过程。温度和葡萄糖的交互作用对泥炭地表层土壤碳氮循环关键微生物丰度均有显著影响。在增温和外源碳输入条件下,北方泥炭地表层土壤微生物丰度受土壤碳氮活性基质的影响。     

施硅对增温稻田CH4和N2O排放的影响

夜间增温幅度大于白天是气候变暖的显著特征。夜间增温影响水稻生产及CH4和N2O排放。硅是作物有益元素,施硅可提高产量,减少稻田CH4排放。增温或施硅单因子对稻田CH4和N2O排放影响已有报道,但二者耦合如何影响水稻生产及稻田CH4和N2O排放,尚不清楚。通过田间模拟试验,研究了夜间增温下施硅对水稻生长、产量及温室气体持续增温/冷却潜势和排放强度的影响。采用铝箔反光膜夜间(19:00-6:00)覆盖水稻冠层进行模拟夜间增温试验。增温设2水平,即常温对照(CK)和夜间增温(NW);施硅量设2水平,即Si0(不施硅)和Si1(钢渣硅肥,200 kgSiO2/ha)。结果表明,施硅可缓解夜间增温对水稻根系活力的抑制作用,降低夜间增温对水稻地上部、地下部干重和产量的抑制作用。夜间增温显著提高CH4累计排放量,而施硅显著降低CH4累计排放量。夜间增温下施硅处理稻田CH4累计排放量在分蘖期、拔节期、抽穗-扬花期和灌浆成熟期比未施硅处理分别低48.12%、49.16%、61.59%和39.13%。夜间增温或施硅均促进稻田N2O排放,夜间增温下施硅在上述生育期以及全生育期的累计排放量依次比对照高78.17%、51.45%、52.01%、26.14%和40.70%。研究认为,施硅可缓解夜间增温对稻田综合增温潜势和排放强度的促进作用。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。     

基于增强回归树与区域增温敏感性指数的城市升温效应空间分异

热岛效应已成为城市化进程中备受关注的城市生态环境问题。有关城市热岛效应的研究对区域在地表升温过程中的空间分异关注尚不足。通过设计区域增温敏感性指数,借助增强回归树（boosted regression tree,BRT）机器学习算法,量化城市不同区域在地表升温过程中的敏感性差异。结果表明：（1）上海市各辖区增温敏感性从高至低依次是：黄浦区、杨浦区、虹口区、静安区、普陀区、徐汇区、长宁区、宝山区、闵行区、浦东新区、嘉定区、奉贤区、松江区、青浦区、金山区、崇明区;（2）区域增温敏感性在不同的温度梯度下具有明显差异,在高温梯度下区域间指数值的差异最大;（3）地表覆被的增温敏感性存在明显的区域分异特性;（4）基于BRT的增温敏感性指数具有较好的指示意义和较高的灵敏度。在城市热环境持续恶化背景下,探讨城市异质空间中地表温度变化的敏感性可为城市热环境调控提供科学依据。     

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。     

喜旱莲子草对模拟全天增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

植物可以通过关键功能性状的表型可塑性来适应气候变暖背景下环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说(evolution of increased phenotypic plasticity hypothesis)认为外来植物在引入地进化出了更强的表型可塑性。以往对该假说的验证多集中于外来植物对光照、水分、养分、邻体以及天敌等的可塑性进化, 而对增温条件下植物生长和功能性状可塑性进化的研究相对较少。仅有的几项研究多集中在温带地区, 且多集中于研究植物生长相关的性状, 而对植物的抗性和草食作用对增温的响应的关注相对较少。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)引入地(中国)和原产地(阿根廷)各8个种群的生物量、功能性状和草食作用在热带地区(广州市增城区)对模拟全天增温2℃的响应差异。结果表明: (1)模拟全天增温显著降低了喜旱莲子草总生物量(-7.8%)、贮藏根生物量(-12.8%)、分枝强度(-11.6%)和茎端取食率(-34.4%)。(2)模拟全天增温造成的引入地种群总生物量降低幅度大于原产地种群; 模拟全天增温使引入地种群的比茎长和茎端取食率降低, 而原产地种群则相反。(3)无论是否模拟全天增温, 引入地种群的贮藏根生物量(+31.5%)、分枝强度(+38.5%)、比茎长(+30.2%)、根冠比(+24.5%)和比叶面积(+20.0%)均高于原产地种群, 茎端取食率则低于原产地种群(-35.8%)。这些结果表明, 热带地区全天增温2℃对喜旱莲子草是一种胁迫; 引入地种群的生物量对模拟全天增温2℃的响应更强, 而其株形相关性状(比茎长)和草食作用(茎端取食率)对模拟全天增温的可塑性方向与原产地种群相反。由于引入地种群在热带地区模拟全天增温条件下生物量的下降和草食作用的增加明显高于原产地种群, 因此在未来全球气候变暖的背景下, 热带地区温度升高可能不利于喜旱莲子草种群多度的增加。