基于集合经验模态分解去趋势的水分利用效率对气候变化响应的高程分异——以“21世纪海上丝绸之路”沿线省份为例

水分利用效率(WUE)是表征陆地碳-水循环耦合关系的重要指标，但其对气候变化响应的高程分异仍不清楚。通过集合经验模态分解(EEMD)去趋势和偏相关方法，以"21世纪海上丝绸之路"沿线省份为研究区，揭示WUE对气候变化的响应及其随高程的分异。研究结果表明：(1)研究区内WUE多年均值由中心向南北递减。不同植被类型的WUE多年均值由高到低依次为：常绿针叶林、混交林、常绿阔叶林、稀树灌木草地、耕地和城市建设用地。(2)51.11%的区域表现出均温与WUE的正相关；而81.46%地区表明温差的扩大会使得WUE增加；有近一半的研究区表明最高温的升高有利于提高WUE，而最低温的作用则相反；有67.99%的区域表明降水增多反而会导致WUE的减少。(3)在大多数土地覆盖类型，日温差和最低温主要与WUE呈正相关，而最高温和降水主要与WUE呈负相关。在常绿针叶林、耕地和城市建设用地，日均温与WUE呈负相关。在其他三种植被类型下则呈正相关。(4)在低海拔地区，均温与WUE呈负相关而在中高海拔地区则转变为正相关关系。而最高温则正好相反。降水与WUE的负相关关系系数随高度的增加而不断加强，而温差和最低温与WUE的正相关关系也随高度的增加而剧烈波动增强。     

陕西不同区域苹果林土壤水分动态和水分生产力模拟

基于WinEPIC和偏最小二乘回归模型对1981—2016年陕西不同区域成龄苹果林的水分生产力影响因子和土壤水分动态进行比较.结果表明: 研究期间,陕北丘陵沟壑区、渭北残塬区和关中平原区成龄苹果林年均产量分别为16.94、22.62和25.70 t·hm^-2,年均蒸散量分别为511.2、614.9和889.88 mm,水分生产力分别为3.81、3.82和3.24 kg·m^-3.在陕北区和渭北区,林地水分胁迫最严重,年均胁迫天数分别为54.89、28.38 d,关中区的N素胁迫较为剧烈,年均胁迫天数为25.87 d.陕北区和渭北区影响苹果林产量的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别为0.274和0.235,但施N量对产量也有较大影响,回归系数分别达0.224和0.232;关中区的最大影响因子为施N量,回归系数为0.335,其次是供水量和施P量,回归系数分别为0.154和0.147.陕北区和渭北区影响苹果林水分生产力的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别0.238和0.194;关中区最主要的影响因子为施N量和供水量,回归系数分别为0.182和0.178.在模拟期间,陕北区、渭北区和关中区苹果林地的过耗水总量分别为1152.17、1342.95和1372.42 mm,2~15 m土层土壤有效含水量下降速率分别为63.44、57.08、51.41 mm·a^-1,深层土壤干层出现时间分别为8、13和17年后,干层稳定至11 m深的时间分别为18、21和26年,干燥化严重.不同区域苹果林的管理重心应参考水分生产力的主导因子确定.     

覆盖对西北旱地春小麦旗叶光合特性和水分利用的调控

2015—2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明: PMS和SM 在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0%～73.7%和40.1%～52.7%,叶片SPAD值分别较CK提高3.5%～28.4%和2.9%～23.9%.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5%、33.0%、17.7%和32.6%、76.4%、66.9%,灌浆期分别较CK降低26.2%和16.4%;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6%、23.9%、22.3%和25.7%、29.8%、17.4%.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8%,扬花期降低11.2%.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6%、18.7%和26.8%、14.3%.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2%和8.7%,水分利用效率分别提高9.4%和3.4%.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进 “库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.     

氮添加和水分胁迫对红松、水曲柳幼苗生物量分配的影响

氮沉降和暖干化是我国东北地区面临的主要生态问题,它将对森林生态系统产生怎样的影响一直是生态学研究的热点.本研究以东北温带阔叶红松林中2个关键树种——红松和水曲柳为研究对象,探讨水分胁迫和氮(N)添加对其幼苗短期(55周)生长的影响.结果表明: 红松与水曲柳幼苗生长对N添加和水分胁迫的响应有明显差异.红松对水分胁迫更加敏感,在处理早期(10周)水分胁迫降低了红松幼苗叶生物量,提高了根生物量;N添加只在水分胁迫发生时显著减少了红松根和植株总生物量.水曲柳对N添加的反应更加敏感,氮添加迅速增加了水曲柳茎、根和总生物量;而只有持续的水分胁迫才对水曲柳的茎、根和总生物量有显著影响.红松和水曲柳在持续水分胁迫和N添加处理下,叶、根生物量占比和地上、地下生物量之比都趋于维持一个稳定值,说明两个树种都有很强的自我调节能力.以上结果说明,在未来干旱条件下,红松采取的是“积极”的调整策略,而水曲柳则是“被动”的适应策略,因而相比较而言,红松存活和适应能力可能更强;而在N沉降增加的环境下,水曲柳受益会更大.这些结果可为预测未来东北温带森林群落演替动态提供参考.     

贵州喀斯特区C4植物物种组成与水分生态型划分

该研究通过查阅文献、核对贵州大学林学院标本库及现场群落调查与标本采集,并运用碳同位素比值法研究典型C_4植物水分利用特性,探索C_4植物在喀斯特植被恢复中的地位,进而揭示贵州喀斯特地区C_4植物资源的基本特征。结果表明:贵州喀斯特区共有C_4植物141种,隶属于74属15科,分别占全国科属种的62.50%、46.25%、24.48%,以禾本科(Gramineae)和莎草科(Cyperaceae)为主;区内C_4植物种均为一年生或多年生草本,多年生植物种略多于一年生植物种;水分生态型整体偏旱生,旱生和中生植物分别占总数的24.82%和31.21%;喀斯特区C_4植物具有高水分利用效率,但不同水分生态型间差异不显著;贵州喀斯特区C_4植物资源具有资源丰富、利用途径广泛、能长期利用、竞争力强、能大面积分布、偏旱生且水分利用幅度广的基本特征,适合喀斯特区生境,自然状态下多为恢复早期物种,有利于喀斯特区生态恢复。在贵州喀斯特恶劣生态环境下C_4植物有较好的生态适应性,并表现出较高的药用、食用、饲用、景观应用等价值,对其开发利用对贵州经济、社会发展及生态恢复有重要意义。     

2000-2017年新疆天山植被水分利用效率时空特征及其与气候因子关系分析

水分利用效率(WUE)是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标, 估算新疆天山及南北主要绿洲的植被WUE并分析其时空变化规律, 探索其影响因素, 对该区域生态系统保护、农业水资源的合理利用与开发等方面具有重要的意义。基于MODIS遥感数据、气象数据和土地利用类型数据, 分析新疆天山近18年植被WUE时空变化特征以及与气候因子的关系。结果表明: (1) 2000-2017年新疆天山植被WUE变化范围为0.84-1.34 g·mm ^-1·m ^-2, 多年均值为1.11 g·mm ^-1·m ^-2, 整体呈减少趋势, 变化率为-0.014 1 g·mm ^-1·m ^-2·a ^-1; 空间分布具有较强的垂直地带性规律, 1 000 m以上的区域随着海拔的升高而减少。(2)植被WUE年内变化呈单峰型变化格局, 具有明显的季节性差异, 表现为: 夏季>春季>秋季>冬季。(3)相关分析和统计结果表明, 新疆天山植被WUE时空变化受到气温影响的区域占33.23%, 受降水影响的区域占8.57%, 受气温和降水综合强影响的区域占5.63%, 气温和降水综合弱影响的区域占13.13%; 因此气候因素中气温在新疆天山植被WUE的变化中起到主导作用。(4)水田与旱地水分利用效率随着时间变化呈持续减少趋势, 并且这些区域基本上受到非气候因子的影响, 说明当地人类活动存在不合理性。     

叶脉结构与功能及其对叶片经济谱的影响

叶脉由贯穿于叶肉内部的维管组织及其外围机械组织构成, 多样化的脉序及网络结构使叶脉系统发生变异和功能分化。该文综述了叶脉系统结构与功能的最新研究进展。通过聚焦叶脉分级系统的结构与功能及其在叶片经济谱(LES)中的重要性, 解释叶脉性状与其它叶片功能性状之间的关系及机制。不同等级叶脉在机械支撑与水分运输方面存在功能分化, 其中1-3级粗脉在维持叶片形状和叶表面积以及物理支撑方面发挥重要作用, 有利于维持叶片最大受光面积; 4级及以上细脉具有水分调节功能, 它们与气孔相互协调, 影响叶片水分运输、蒸腾散热和光合作用速率。叶片生长过程与叶脉发育的动态变化模式决定叶脉密度, 并影响叶脉密度与叶片大小之间的关系: 叶面积与粗脉密度呈显著负相关, 与粗脉直径呈显著正相关, 而与细脉密度无关。与叶脉性状相关的叶片经济谱框架模型预测, 叶脉密度较高的叶片寿命短、比叶重较小, 叶片最大碳同化速率、代谢速率以及资源获取策略潜力较高。     

基于δD和δ18O的青海湖流域芨芨草水分利用来源变化研究

水分条件是限制干旱半干旱地区植物生长重要的生态因子,为了揭示青海湖流域典型生态系统下芨芨草植物的水分利用来源及其如何响应水分条件的变化,选择了自然和干旱控制条件下芨芨草植物,通过测定芨芨草植物茎水和各潜在水源(土壤水、地下水及降水)中δD、δ~(18)O组成,并利用直接比较分析法和多源混合模型计算芨芨草植物对土壤水的利用比例。研究结果表明:表层土壤水分和土壤水中δD、δ~(18)O值表征出较大波动范围,其直接受降水和蒸发作用影响,土壤蒸发线的斜率和截距明显小于大气水线斜率和截距,表明土壤水中同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程,而芨芨草茎水中δD、δ~(18)O值都集中分布土壤水蒸发线附近,说明芨芨草根系主要利用不同深度的土壤水。自然条件下芨芨草在生长季初期(6月)利用表层土壤水(0—10cm,45.1%),8—9月份大降水事件影响土壤含水量和同位素组成,降水入渗深度较深且芨芨草根系对土壤水分吸收的比例相差不大,表明根系在土壤含水量较高时均能吸水不同深度土壤水。在干旱控制条件下芨芨草在7月初主要利用表层土壤水(0-30cm),随着表层土壤水分的减少,根系吸收深度转向较深土壤层,而灌溉后表层土壤水分明显增加,其吸收深度又转向表层,表明芨芨草根系吸收深度能敏感地响应土壤水分的变化。另外还发现芨芨草在生长季内并未直接利用地下水。