全球气候变化下植物水分利用效率研究进展

气候变化是20世纪80年代以来全球最为关注的环境问题之一,显著影响着植物的生产力以及水分运移和利用格局,改变植物个体、群落及生态系统的水分利用效率（WUE）,最终影响植被分布格局和群落结构.开展植物WUE的研究有助于理解和预测陆地植被对全球变化的响应和适应对策,从而为应对全球变化提供新的依据.本文从叶片、个体、群体或生态系统等不同尺度简要介绍了植物水分利用效率的概念及测定方法,着重综述了气候变暖、CO₂浓度升高、降水变化和氮沉降等重要气候因子及其复合作用对植物WUE的影响研究进展,以及不同立地条件下植物WUE变化特征及生存适应策略,指出当前研究中存在的问题,并对全球气候变化下植物WUE的研究进行展望.     

植物叶片水分利用效率研究综述

植物能否适应当地的极限环境条件,最主要的看它们能否很好地协调碳同化和水分耗散之间的关系,即植物水分利用效率(WUE)是其生存的关键因子.就近来研究最多的叶片水平上的WUE,从叶片WUE的定义,方法,进展等方面对其进行总结概括,并就今后植物叶片水分利用效率的研究提出了几点看法:方法上,叶片碳同位素方法是目前植物叶片长期水分利用效率研究的最佳方法,而δ13C的替代指标将继续是方法研究中的一个方向,前景乐观;研究内容上,要加强极端干旱区河岸林木的δ13C和WUE的研究;结合植物生理生态学,生物学和稳定同位素技术,探究植物叶片长期水分利用效率的机理,特别是要加强运用双重同位素模型加深和理解植物叶片长期水分利用效率变化规律和内在机制的研究;要结合多种方法,加强多时空尺度植物叶片WUE及其之间的转换研究.     

干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系研究进展

研究干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系和相互作用机理对于揭示草地生态系统稳定性及其水土关键要素的变化过程具有重要意义。从不同界面、不同尺度综述了草地生态系统对土壤水分的影响及草地生态系统的响应与适应机制,总结了草地生态系统与土壤水分关系模型研究的相关进展,并分析了气候变化对草地生态系统和土壤水分关系的影响。草地生态系统通过影响水文过程和生态过程来影响土壤水分,土壤水分在植物生长发育、形态、生理生态过程、种间关系、群落组成和结构以及草地生态系统功能等方面对草地生态系统产生影响;充分揭示草地生态系统-土壤水分相互作用机理是模型研究的关键;气候变化对草地生态系统植物与土壤水分关系具有重要影响。今后应加强以下研究:1)开展草地不同优势种和植物功能型与土壤水分关系的研究,找出能反映植物对土壤水分响应的性状指标,阈值响应点及适应机制;2)注重对不同时间和空间尺度上的转换和比较;3)加强个体、群体和生态系统尺度草地植物生长模型的研究及其与土壤-植被-大气水分传输模型的耦合;4)加强草地生态系统与土壤水分关系对气候变化响应的研究。     

植物叶片最大羧化速率及其对环境因子响应的研究进展

植物叶片最大羧化速率对环境因子的响应关系是陆地生态系统生产力与碳收支研究的重要方面。论文从测定方法、影响因子与模拟模型3方面综述了植物叶片最大羧化速率及其对环境因子响应研究的最新进展,指出现有的植物叶片最大羧化速率对单个环境因子的响应研究严重制约着陆地生态系统生产力的准确评估。为弄清植物叶片最大羧化速率对环境因子的综合响应关系,迫切需要加强以下研究:(1)植物叶片最大羧化速率的生物与环境控制机制研究;(2)生物与环境因子协同作用下的植物叶片最大羧化速率定量模拟及其尺度化研究;(3)植物叶片最大羧化速率的环境因子阈值研究。     

宁夏陆地生态系统水分利用效率特征及其影响因子

生态系统水分利用效率(Water Use Efficiency, WUE)是表征生态系统碳水耦合程度的重要指标,能反映生态系统碳水循环规律及其相互作用关系。基于MODIS数据以及宁夏生态系统类型数据,分析2000—2017年宁夏不同生态系统WUE的变化特征,探讨了NPP和ET两种因子对WUE年际与年内变化的影响。结果表明:(1)全区陆地生态系统的年均WUE为1.03 g·C/kg·H_2O,值域在0.55—2.98 g·C/kg·H_2O之间,总体上呈现南北高、中部低的特征。(2)不同生态系统的WUE差异较大,由高到低为水体及湿地、森林、农田、草地、聚落、荒漠和其他生态系统,在同类生态系统中,植被生物量和盖度越高的亚类生态系统,其WUE也越高。(3)宁夏陆地生态系统WUE存在着每年0.0141 g·C/kg·H_2O的下降趋势,年内WUE呈典型的单峰形态,变化范围在0.02—2.16 g·C/kg·H_2O之间。(4)年际尺度上,宁夏陆地生态系统WUE与年蒸散(Evapotranspiration,ET)有极显著负相关性(P0.01),而与净初级生产力(Net Primary Production,NPP)没有相关性;年内尺度上,WUE变化与ET呈显著正相关(P0.05),与NPP呈极显著正相关(P0.01),这与植被的年内季节性生长过程有关。(5)根据ET强弱和WUE高低,可将宁夏陆地生态系统水分利用效率特征划分为4类,即低ET低WUE区、低ET高WUE区、高ET低WUE区和高ET高WUE区。宁夏的生态恢复工程在增强植被生产力的同时,也增强了区域水分消耗,致使陆地生态系统整体水分利用效率下降,这为宁夏未来水资源调控和生态重建提供了科学依据。     

石羊河流域水分利用效率及其对饱和水汽压差的响应

水分利用效率(WUE)是叶片通过光合作用调节水分生理过程的指标,是联系生态系统碳循环与水循环关系的关键,反映了植被生态系统对立地环境快速调整和资源的变化适应策略。基于卫星遥感和地面观测数据,利用光能利用率模型和蒸散发经验估算模型,模拟石羊河流域2000—2019年植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)数据,估算2000—2019年不同植被类型的WUE空间分布特征,研究GPP/ET/WUE与饱和水汽压差(VPD)的相关性,探讨干旱区不同类型植被对水分利用及胁迫的适应策略。结果表明：(1) 2000—2019年石羊河流域植被WUE、GPP和ET的平均值分别为0.80 gC m^-2 mm^-1、256.52 gC/m²和302.52 mm,其三者的空间分布特征表现为“南高北低”,即由流域源头至下游逐渐减少的空间分布。(2)近20年内,流域内WUE、GPP和ET的变化率的平均值分别为0.017 gC m^-2 mm^-1 a^-1,6.99 gC m^-2     

生态系统水分利用效率研究进展

水分利用效率(WUE)是反映生态系统水碳循环相互关系的重要指标,开展生态系统水平WUE的时空变异性的研究有助于预测气候变化对生态系统水碳过程的影响.目前不同研究常常基于不同的算法估算生态系统WUE,一方面不同算法因包含了不同复杂程度的水过程而有着不同的内涵,另一方面各种算法又因包含了相同的核心过程而有着密切的联系.长期以来人们通过传统的生物量动态调查和生态系统水文过程的测定来估算生态系统的WUE,但该方法大大限制了在短时间尺度上对生态系统WUE进行分析,近年来发展起来的以涡度相关为代表的新技术的应用使得研究生态系统WUE在多个时空尺度上的变异特征取得了突破性的进展.生态系统WUE的主要影响因子与叶片尺度相似,主要有空气饱和水气压差(VPD)、土壤水分、大气CO2浓度、Ci/Ca等,另外,生态系统水分平衡特征也有着重要影响.比较分析表明,森林与草地生态系统WUE的日变化和季节变化存在显著的差异,同时森林和农田生态系统的WUE整体高于草地、荒漠和冻原.当前生态系统WUE的研究尚处于初始阶段,许多工作仍需深入开展,其中,多时间尺度以及生态系统间WUE的时空变异特征及机理的对比研究可能是未来工作的热点.     

叶绿素荧光主动与被动联合观测应用前景

叶绿素荧光是研究植物光合生理机制、量化植被光合作用时空格局以及准确理解气候变化背景下陆地生态系统生产力的关键。然而, 目前对于叶绿素荧光主动与被动联合观测的研究还较少。该文对比了叶绿素荧光主动观测与被动观测的优缺点, 展示了叶片尺度和冠层尺度主动与被动联合观测的仪器设备组成, 探讨了主动与被动联合观测在探索叶绿体尺度-叶片尺度-冠层尺度能量在光合、荧光以及热耗散中的分配, 阐明叶绿素荧光与总初级生产力的关联机制, 验证星基日光诱导叶绿素荧光, 解译叶绿素荧光光谱形状4个方面的应用前景。综上, 叶绿素荧光的主动与被动联合观测对于揭示各尺度上荧光与光合作用之间的关联机制, 改善全球尺度植被生产力模型至关重要。     

干旱对陆地生态系统生产力的影响

该文综述了干旱对陆地生态系统生产力的影响,分析了其影响机制,并总结了植被对干旱的响应与适应及其机理机制。干旱通过抑制光合作用来降低陆地生态系统总初级生产力,干旱还可以降低生态系统的自养呼吸和异养呼吸。同时干旱还可以通过影响其它干扰形式来间接影响陆地生态系统生产力,如增加火干扰的发生频率和强度,增加植物的死亡率,增加病虫害的发生等。在生态系统水平上干旱可以降低碳固定,减弱碳汇功能,甚至把生态系统从碳汇改变成碳源。目前生态系统水平上的干旱影响研究主要通过两种方法实现,一种是模型模拟,另一种就是大型模拟实验。作为陆地生态系统生产力的实现者,在干旱胁迫条件下,植物也会采取积极的适应策略以减弱干旱对生态系统生产力的影响,其适应策略主要分以下3种:在一些周期性发生干旱的地区,植物会调整生长期以避开干旱或通过休眠来减弱干旱所造成的伤害;还有一些植物会通过调节体内的代谢过程,改变一些生理特性来抵御干旱;而长期生活在干旱条件下的植物则通过进化来改变了自身的生理生化代谢过程,形成耐旱机制。目前,植物对干旱响应的分子学机制,以及生态系统水平上对干旱的响应和适应仍然是薄弱的领域,也必然成为未来研究的重点。     

植物叶寿命及其相关叶性状的生态学研究进展

 科学家早已注意到,具有长叶寿命的植物通常生长于营养和（或）水分较为缺乏的环境,而具短叶寿命的植物一般生长在具有较高的营养可利用性地带。国外大量的实验研究结果表明,单位重量的叶氮含量（Nmass）与叶的最大光合速率存在密切正相关,而比叶面积（单位干重量的叶面积）与植物生产单位叶面积的物质成本呈负相关,二者又随叶寿命的增加而降低,这种相互关系几乎在所有植物种群和群落中都普遍存在,反映了植物对环境适应的趋同进化特征,是进一步理解生态系统行为特征的基础。松属(Pinus)及云杉(Picea)、冷杉(Abies)等常绿针叶树种的叶寿命一般随海拔的升高而增大,其相关叶性状也普遍存在明显的垂直分布格局：随着海拔升高,单位面积的叶氮含量（Narea）及最大光合速率增加,而比叶面积则减少。一般认为,长的叶寿命是对高寒及养分、水分贫乏等胁迫环境的适应,而短的叶寿命和（或）落叶性被认为是植物为了快速生长以及对干旱或寒冬等季节性胁迫环境的适应结果。根据成本-效益分析理论,在特定环境条件下叶寿命大小取决于形成并维护单位叶面积所需要的物质消耗与叶片碳收获的平衡,与常绿/落叶森林植被纬向/垂直地带性分布存在一种内在联系机理。因此,叶寿命及其相关叶性状成为将叶片水平上的生理生态实验数据扩展到整个群落冠层乃至生物地理群区的关键因子。加强叶寿命及其相关叶性状的格局分析研究,可为现有的区域生物地球化学循环模型与植被地理模型的连接（即区域植被动态模型）提供科学依据,这将有助于从机理上解释区域植被对全球变化的适应与响应机制。但是,以往植物生理生态研究大多注重于个体叶片水平的测定,仍不清楚如何实现这些叶性状在不同尺度间的转换,尤其是从叶片水平上升至整个群落冠层。国际上至今仍缺乏在生态系统水平上的大量野外观测数据来定量描述这些叶性状与群落特征、气候因子的数量关系;国内相关研究基本尚属空白。     

冗余理论及其在农业生态系统管理中的应用

冗余理论是20世纪90年代发展起来的一个生态学理论.本文扼要介绍了冗余的概念、冗余假说和冗余度的含义,对近年来国内外物种冗余、层次冗余、基因冗余和生长冗余等有关冗余理论和方法的研究进展作了简要回顾和分析.在此基础上,提出了农作物最佳生长冗余度假说：在一定的栽培管理条件下,农作物存在着一个与最高产量相对应的生长冗余度（最佳生长冗余度）,在生产中,如果能通过各种栽培管理措施使农作物的生长冗余度达到最佳值,就能获得高产.用水稻高产栽培实例,对这一假说作了分析和验证.     

植物中的MYB转录因子

MYB转录因子是植物转录因子中最大的家族之一。概述MYB蛋白的结构、功能、进化以及与DNA结合的多样性。另外 ,对是否存在冗余MYB蛋白的问题亦进行了探讨。     

Functional and phylogenetic uniqueness of helminth and flea assemblages of two South African rodents

The loss of a particular species from a community may have different effects on its functioning, depending on the presence or absence of functionally similar or phylogenetically close species in that community (redundancy). Redundancy is thus defined as the fraction of species diversity not expressed by functional or phylogenetic diversity. We assessed functional and phylogenetic alpha- and beta-redundancy in helminth and flea assemblages of two species of South African rodents, Rhabdomys dilectus and Rhabdomys pumilio, using community uniqueness as the inverse indicator of redundancy. We asked whether patterns of functional and phylogenetic alpha- and beta-uniqueness differed between (i) parasite groups (endo- versus ectoparasites), (ii) host species within parasite groups, and (iii) biomes within host species. We found differences between the two hosts in the functional and phylogenetic alpha-uniqueness (but not beta-uniqueness) of flea, but not helminth, assemblages. Significant correlations between the alpha-uniqueness of parasite assemblages and the total parasite prevalence were found only for phylogenetic uniqueness and only in helminths. Pairwise site-by-site dissimilarities in uniqueness (beta-uniqueness) and pairwise dissimilarity in prevalence were significantly associated (positively) in helminths but not in fleas. A between-biome difference in functional (but not phylogenetic) alpha-uniqueness was found in both helminth and flea assemblages harboured by R. pumilio. We conclude that the resilience of parasite assemblages in terms of the effect on hosts depends not only on their transmission strategy but also on traits of host species and environmental factors.     

A year-round study on functional relationships of airborne fungi with meteorological factors

Air sampling was conducted in Waterloo, Canada throughout 1992. Functional relationships between aeromycota and meteorological factors were analysed. The meteorological factors were, in descending order of importance: mean temperature, minimum temperature, maximum temperature, mean wind speed, relative humidity (RH), rain, maximum wind speed and snow. The most important airborne fungal propagules in descending order were: total fungal spores, unidentified Ascomycetes,Cladosporium, Coprinus, unidentified Basidiomycetes,Alternaria and unidentified fungi. Most airborne fungal taxa had highly significant relationship with temperature, butAspergillus/Penicillium, hyphal fragments andEpicoccum did not.Epicoccum and hyphal fragments were positively associated with wind speed. In comparison with other airborne fungal taxa,Leptosphaeria and unidentified Ascomycetes were more closely correlated with rain and RH during the growing season.     

Weeding out the genes: the Arabidopsis genome project

The Arabidopsis genome sequence is scheduled for completion at the end of this year (December 2000). It will be the first higher plant genome to be sequenced, and will allow a detailed comparison with bacterial, yeast and animal genomes. Already, two of the five chromosomes have been sequenced, and we have had our first glimpse of higher eukaryotic centromeres, and the structure of heterochromatin. The implications for understanding plant gene function, genome structure and genome organization are profound. In this review, the lessons learned for future genome projects are reviewed as well as a summary of the initial findings in Arabidopsis. Electronic Publication     

A note on the measurement of redundancy

Plant Ecology - The present paper points out a simpler method for computing the redundancy coefficient proposed by Orlóci (1975) using the inverse of the variance-covariance matrix. It is...     

Soil properties of Alhagi sparsifolia community in saline-sodic badlands in west China

A field experiment was conducted to assess the influences of soil chemical, physical, and biological properties of Alhagi sparsifolia community in Linze, Gaotai, and Guazhou County, Gansu province, China. Results showed that soils sampled were generally infertile with low levels of organic matter, available nitrogen, phosphorus, copper, manganese, and zinc with bacteria dominant microbial communities supporting A. sparsifolia. Available potassium and iron were sufficient in the study sites. With increasing soil layer depth, the contents of organic matter, available nitrogen, phosphorus, potassium, manganese, urease, dehydrogenase, bacteria, and actinomyces in the soil decreased significantly (P < 0.05), whereas the concentrations of moisture, available iron, and zinc in the soil increased significantly (P < 0.05). The contents of organic matter, available nitrogen, phosphorus, potassium, iron, manganese, zinc, copper, urease, dehydrogenase, bacteria, and actinomyces showed strong seasonal variations (P < 0.05). All these variables except dehydrogenase, bacteria, and actinomyces were the highest in summer and the lowest in spring. The comprehensive score of soil qualities was the greatest in Linze, medium in Guazhou, and lowest in Gaotai.     

Influence of environmental variables on algal associations from a floating vegetation mat (Schwingmoor Lake Lunzer Obersee,Austria)

In 2002, periphyton samples were collected 14 times from six stations within a floating vegetation mat in Lake Lunzer Obersee, a small mountain lake in Austria. Water temperature, conductivity, pH, alkalinity, Ca²⁺- and total-hardness were measured and quantitative samples were taken for algal biomass and chlorophyll-a analysis. Algal biomass results clearly indicated the dominance of green algae. Cluster analyses were carried out, based on both algal data and environmental parameters. The algal data separated sites, whereas the abiotic clustering revealed a temporal aspect. An indicator species analysis determined the characteristic taxa for each species group. Indicator species were then related to environmental factors using a redundancy analysis (RDA). Both pH and conductivity were significant factors, whereas water temperature, alkalinity, Ca²⁺- and total-hardness were not. The results of the RDA show that three species groups could be identified along a gradient of pH. One group was positively correlated with high alkalinity and another group occurred at higher values of conductivity.     

新收集燕麦种质的遗传多样性和冗余性鉴定

从青海省4个县收集的60份燕麦样本中鉴别可能的重复材料,为编目和入库保存提供依据。通过名称与来源分析、形态变异性与相似性评价以及分子标记遗传多样性与冗余性鉴定,初步认为这些材料的来源不同,特性明显,遗传多样性丰富,具有一定的保存和利用潜力。但从中也发现同名材料较多,个别材料间遗传相似性较高,存在一定遗传冗余性,并鉴别出可能的重复材料,如白燕麦(1083)与白燕麦(1093)、燕麦(1225)与大燕麦(1226)等。本研究为资源工作者有效鉴别种质收集品中的重复材料、提高保种效率提供参考依据。