光温耦合的中国温带地区旱柳花期时空格局模拟

建立基于温度和光周期驱动的旱柳花期物候模型,旨在寻找影响旱柳花期时空变化的主要气象因子,揭示调控植物开花时间的生态机制,还可为改善柳絮造成的环境污染和花粉过敏等人类健康问题提供参考信息和依据。利用中国气象局农业气象观测网提供的中国温带地区1982-2011年49个站点的旱柳开花始期、盛期和末期观测资料及平行的逐日气象数据,分别对6种模型（简单积温模型、温度三基点模型、八时段温度模型、简单积温-日长模型、温度三基点-日长模型和八时段温度-日长模型）进行了参数率定和假设检验,根据外部检验结果,从中选出针对旱柳3个花期的最优物候模型,进而利用连续地理气象数据和最优物候模型重建了1982-2011年旱柳开花始期、盛期、末期和花期长度的时空变化特征。结果表明：光温耦合的物候模型对旱柳花期的模拟效果和外推效果优于仅基于温度的模型。旱柳开花始期和盛期最优模型均为八时段温度-日长模型,末期为温度三基点-日长模型,说明光周期和温度可能是影响旱柳花期开始、繁盛和结束时间的主要气象因子。同时,优选出的物候模型能够较准确地对不同年份和不同地区的旱柳花期进行模拟及预测。重建的1982-2011年旱柳平均开花始期、盛期和末期日期分别为4月24日、4月28日和5月3日,平均花期长度为9 d,始期、盛期和末期出现日期呈现出从海拔低到高、从南向北、从西向东逐渐推迟的空间格局。1982-2011年旱柳开花始期、盛期和末期在大部分地区呈提前趋势,呈显著提前趋势的面积分别占总面积的49.78%、50.01%和53.40%,花期长度变化差异不显著。     

桃始花期的长期预报模型

根据桃开花对气候条件的要求及桃始花期资料,分析得出日平均气温稳定通过10℃初日与桃始花期基本吻合,相关系数为0．9853（n=15）。在历史气候资料基础上,运用周期分析方法对日平均气温稳定通过10℃初日进行预报。结合当年的天气特点进行上海地区桃始花期预报,2002～2004年预报平均误差为2．3d。     

中国东部暖温带刺槐花期空间格局的模拟与预测

模拟刺槐开花日期与气温之间的空间关系,对于揭示蜜源植物物候空间格局形成的生态机制和掌握养蜂生产的时宜,具有重要的科学意义.利用中国东部暖温带26个站点1986-2005年的刺槐开花始期、盛期和末期数据,建立了基于日均温的多年平均和逐年物候空间模型,模拟多年平均和逐年刺槐开花日期的空间格局,并对模型进行了空间外推检验.进而,将1986-2005年8 km×8 km分辨率的日均温格点数据代人多年平均和逐年物候空间模型,得到连续地理空间多年平均和逐年刺槐开花日期的空间格局,并尝试设计了研究区内转地放蜂的适宜路线.结果表明:中国东部暖温带1986-2005年多年平均及逐年最佳期间日均温的空间格局分别控制着多年平均和逐年刺槐开花日期的空间格局.各地多年平均刺槐开花日期的空间序列与最佳期间日均温的空间序列呈显著负相关(P＜0.001),多年平均气温—物候空间模型对刺槐开花始期、盛期和末期的方差解释量分别为87％、86％和77％,模拟的均方根误差(RMSE)分别为2.5、2.7d和4.1d.同样,各地逐年刺槐开花日期的空间序列与最佳期间日均温的空间序列均呈显著负相关(P＜0.05),逐年气温-物候空间模型对刺槐开花始期、盛期和末期的方差解释量分别介于44％-94％、57％-92％和39％-84％之间,模拟的平均RMSE分别为3.9、4.0d和5.4d.预测得到的连续地理空间多年平均刺槐开花日期呈现出自南向北、从平原向丘陵和山地逐渐推迟的空间演进特征.据此,中国东部暖温带地区转地放蜂可以沿西线、中线和东线进行,放蜂的大致持续时间可达40-50 d.此外,预测得到的连续地理空间1986-2005年期间刺槐开花始期、盛期和末期的线性趋势以提前为主,呈显著提前的面积分别占总面积的78％、26％和32％.     

西安和宝鸡木本植物花期物候变化及温度敏感度对比

植物物候是指示生态系统对气候变化响应的重要证据。已有研究多基于代表性站点的物候观测数据研究物候特征及其对气候变化的响应规律。同一气候区内,不同站点的物候变化及对温度变化响应的敏感度是否一致仍需深入探讨。本文选择同属于暖温带湿润区汾渭平原气候区的西安和宝鸡为研究区,利用"中国物候观测网"在两个站点21个共有物种的开花始期和开花末期数据,比较了1987—2016年两站点各植物花期物候变化特征及其对温度变化响应的敏感度差异。结果表明,西安和宝鸡各物种的开花始期和开花末期均以提前趋势为主。大部分物种开花始期在西安的提前趋势(平均趋势-0.57 d/a)明显强于在宝鸡的提前趋势(平均趋势-0.29 d/a),但开花末期趋势差异不显著。除紫薇和迎春的敏感度差异较大外,其他物种开花始期和开花末期的温度敏感度在两站点间非常接近,无显著差异。由此可见,在同一气候区的不同站点,因增温幅度不同,植物的始花期变化存在较大差异,不能用单站点的物候变化反映整个气候区的物候变化。但同一植物在单站点的温度敏感度可以较好的反映同一气候区其他站点的植物物候-气候关系。本文研究结果可为利用有限站点的物候观测数据分析区域物候...     

基于温度影响因子的植物物候模型的应用研究

本文根据川渝地区的物候和气候资料,采用基于温度影响因子的热时物候模型,进行了植物春季物候模拟和检验,并对通过检验的物候模型在温度因子变化下的响应灵敏性进行了分析.仁寿刺槐、北碚刺槐、北碚紫荆三种植物的展叶期和始花期可以用热时模型来进行模拟预测,并且准确度较高.在置信度为68.3%,即绝对误差小于实测值标准差σ的区间内,仁寿刺槐展叶期预测值与实测值的拟合率为87.5%,北碚刺槐展叶期的拟合率为100%,北碚紫荆展叶期的拟合率为93.33%;仁寿刺槐始花期的拟合率为100%,北碚刺槐始花期的拟合率为100%,北碚紫荆始花期的拟合率为93.33%.三种植物春季物候模型对温度因子变化响应灵敏性显示:同期温度降低2°时,植物展叶期平均推迟13d以上,始花期平均推迟11d以上;同期温度升高2°时,植物展叶期平均提前15.2d以上,始花期平均提前9,8d以上.     

光周期和温度对布氏田鼠产热的影响

布氏田鼠（Ｍｉｃｒｏｔｕｓ ｂｒａｎｄｔｉ）分组驯化在：（１）长光照温暖环境（ＬＷ，１６Ｌ：８Ｄ，２５℃）；（２）长光照 低温环境（ＬＣ，１６Ｌ：８Ｄ，５℃）；（３）短光照温暖环境（ＳＷ，８Ｌ：１６Ｄ，２５℃）；（４）短光照低温环境（ＳＣ， ８Ｌ：１６Ｄ，５℃）。驯化四周后，长光照动物的体重比短光动物的体重有增加的趋势；四组动物的体温 没有明显差异；低温和短光照均促使静止代谢率（ＲＭＲ）增加；ＳＣ组动物的非颤抖性产热（ＮＳＴ）高 于ＬＷ组。低温诱导肝和褐色脂肪组织（ＢＡＴ）细胞线粒体蛋白增加，短光照再度地增强此作用。短 光照诱导肝细胞线粒体状态－４及状态－３呼吸活力增加，低温没有明显作用。低温和短光照均刺激肝 和ＢＡＴ线粒体细胞色素Ｃ氧化酶活力提高，但后者作用强度大于前者。低温明显激活ＢＡＴ线粒体 的ａ－磷酸甘油氧化酶的活力，短光照无明显影响、结果表明：低温和短光照均能提高布氏田鼠的产 热能力，短光照与低温因子两者的协同作用增强了对布氏四鼠热能代谢的调节。     

光周期与温度对广州地区三化螟滞育的影响

尹汝湛(1988)报道短的光周期是诱发广州地区三化螟Scirpophaga incertnlas(Walkef)滞育的主要因子。作者进一步就该地区三化螟进行了两项试验:(一)光周期反应的感应虫期的测定;(二)温度对光周期诱发滞育的影响。     

光周期和温度对亚洲玉米螟滞育形成的影响

短光照是引起玉米螟滞育的信息,处在北纬35°—36°,东经112°—113°的山西沁水玉米螟种群,在太原控制温度25℃,人工饲料饲养下测定,其临界界光周期为14小时30分钟。当光照少于此临界期,诱发滞育;而多于此临界期,则回避滞育。对于玉米螟幼虫任一单独龄期给予短光照处理,不能或几乎不能引起滞育;而相邻虫龄连续接受短光照处理,则可导致滞育。连续接受短光照处理的时间愈长,滞育率也愈高。幼虫对光照刺激反应的敏感期为自孵化后至5龄末进入滞育前的整个阶段,而非仅为3—4龄。高温在一定程度上抑制短光照诱发滞育的作用;低温在一定程度上抑制长光照回避滞育的作用。以长光照累代处理人工饲料饲养的亚洲玉米螟至三,四十代以上、如经短光照处理则照常发生滞育,其滞育特性仍未改变。     

光周期和温度对枯叶蛱蝶幼虫生长发育的影响

在人工气候箱中研究不同光周期和温度条件下枯叶蛱蝶Kallima inachus Doubleday幼虫的生长发育情况。结果表明,20℃时,光周期对枯叶蛱蝶幼虫发育历期影响明显,25℃和30℃时无明显影响。20,25和30℃,12.5~14h光照下,幼虫发育历期分别为31.7~36.0,26.3~27.4和21.0~21.5d,最长和最短历期分别相差4.3,1.1和0.5d。随着温度升高,在相同光照下,幼虫发育历期缩短。20,25和30℃12.5~14h光照下幼虫存活率分别为80%~92%、75%~95%和55%~85%,随温度上升,不同光周期下幼虫存活率差异加大。30℃时大部分光周期下存活率较低,已对幼虫生长发育不利,人工养殖时温度不宜超过30℃。     

光周期和温度对草地螟滞育诱导的影响

草地螟Loxostege sticticalis以老熟幼虫滞育越冬。在室内通过人工诱导的方法对其滞育的光周期和温度诱导条件进行了研究。结果表明:草地螟是一种典型的长日照发育型种类。光周期、温度及其交互作用均对草地螟滞育诱导具有重要影响, 其中光周期起主导作用, 温度伴随着光周期起作用。对幼虫滞育诱导最有效的光周期是L12∶D12; 随着温度的升高, 临界光周期呈缩短趋势（18℃除外）。18, 22, 26和30℃条件下幼虫滞育的临界日长依次为13.97, 14.48, 13.92 和12.88 h。光敏感实验揭示:21℃时草地螟对光照反应最敏感时期为幼虫孵化后的11～17 d（约5龄幼虫）, 但孵化后7～11 d（约4龄幼虫）的短光照积累对提高滞育率也有重要作用, 可以将滞育率从40.0%提高到90.0%。     

丛枝菌根真菌对刺槐幼苗机械损伤响应机制的初步研究

通过对刺槐幼苗每隔3d剪去1片叶片造成持续机械损伤,测定了0~138h抗氧化酶活性变化及刺槐幼苗生长情况;同时使用孔径25μm尼龙网设置三室根箱隔网系统,测定了供体瞬时机械损伤后受体的抗氧化酶活性的持续变化,探讨接种丛枝菌根真菌刺槐幼苗对持续及瞬时机械损伤后的响应机制,以及菌根菌丝桥对刺槐幼苗机械损伤信号的传递特征。结果表明:在持续机械损伤胁迫下,接种丛枝菌根真菌能够促进刺槐幼苗的根系生长、提高幼苗的成活率,接种丛枝菌根真菌的刺槐幼苗成活率及根系鲜重比对照分别增加15.38%和23.52%。瞬时机械损伤后0、48、90、114、138h刺槐幼苗的苯丙氨酸解氨酶(PAL)和过氧化物酶(POD)活性都呈现先增加后降低的趋势,均在90h达到最大值,并且菌根化幼苗的PAL和POD活性显著高于未菌根化幼苗。瞬时机械损伤后,菌根菌丝桥能够介导刺槐幼苗间相关信号的传递,从而引起菌根化受体刺槐幼苗的PAL和POD活性表现出与供体机械损伤幼苗相同的变化趋势。     

黄土丘陵区刺槐与油松人工林生态系统生态化学计量特征

为阐明不同人工林生态系统间生态化学计量特征的差异,采用野外采样与室内分析相结合的方式分析了陕北黄土丘陵区落叶阔叶树种刺槐和常绿针叶树种油松人工林乔木、灌草、枯落物和土壤(土层深度0—100cm)C、N、P化学计量特征。结果表明:1)刺槐乔木各器官(叶、枝、干、皮、根)C含量显著低于油松,但N和P含量显著高于油松。因此,油松的C∶N和C∶P显著大于刺槐,而N∶P小于刺槐。2)刺槐林下枯落物N和P含量显著高于油松,但C含量显著小于油松。此外,油松林下枯落物C∶N(70.21)大于刺槐林下枯落物C∶N(19.71),说明油松林下枯落物分解较慢,有利于养分的存储。3)刺槐和油松人工林土壤C、N含量均随土壤深度增加而减少,P含量则基本保持不变。刺槐人工林土壤中C含量低于油松,N、P含量在两者之间无显著差异。4)刺槐人工林内乔灌草叶、枯落物与土壤C、N、P及其计量比的相关性多集中在10—20、20—30cm土层,而油松林中各组分与土壤营养元素的相关性相对较小,其中20—30cm土层中无显著相关性,说明相比刺槐人工林而言,油松人工林内土壤层N、P供应量对植物叶片N、P含量影响不显著。本研究为深入了解黄土丘陵区生态系统养分耦合循环机制奠定了基础,同时也为黄土丘陵区的植被恢复工作提供了一定的指导意义。     

气候和密度对刺槐径向生长和干旱脆弱性的影响

为评估气候和竞争对刺槐径向生长、抗性和弹性的影响,使用年轮气候学方法建立河南省民权和济源不同密度刺槐的生长年表,确定不同密度刺槐径向生长与气象因子的关联,利用胸高断面积增量变化获得干旱事件前后不同密度刺槐的干旱脆弱性,旨在确定气候和密度对刺槐径向生长和干旱脆弱性影响。结果表明：在生长前期,不同密度刺槐的径向生长无显著差异,随着树木的生长,高密度刺槐的年轮宽度和胸高断面积增量(BAI)开始显著低于低密度(P<0.05)。Pearson相关分析结果显示,生长季的标准化植被蒸散指数、降水、相对湿度、温度和饱和水汽压亏缺是影响刺槐生长的重要因素。路径分析结果显示降水和温度是年尺度上影响刺槐生长关键因素。受干旱事件的影响,刺槐的年轮宽度和BAI均下降,低密度刺槐恢复力、弹性、相对弹性均显著高于高密度(P<0.05),在第1次干旱事件发生后,不同密度刺槐均恢复生长,但无法恢复到干旱前的生长水平。在多次干旱事件后,高密度刺槐相对弹性趋于或小于0,表明受多次干旱影响,其生长不能恢复到干旱前水平。随着时间的推移,济源刺槐在经历3次干旱后仍保留一定的弹性,但民权高密度刺槐在第2次干旱事件后相对...     

黄土高原刺槐林地土壤水分垂直分布特征及其动态模型的建立

以位于黄土高原半干旱丘陵沟壑区的陕西省安塞县和半湿润残塬沟壑区的甘肃省泾川县为代表,研究了不同水分生态区刺槐林地土壤水分垂直分布特征;并在原有林地土壤水分入渗平衡模型的基础上,建立了林地土壤水分随时间、土壤深度变化的动态模型。结果表明:(1)不同水分生态区林地土壤水分垂直变化规律具有明显区别,泾川的土壤含水量峰值出现在20~40cm土层深处,后随着土层深度的增加逐渐降低,在200cm土层深度土壤含水量趋于稳定(11%左右);安塞的土壤含水量峰值出现在约60cm左右的土层,并在220cm深度土壤含水量趋于稳定(5.5%左右);说明泾川的土壤含水量高于安塞,安塞的降雨和林木根系耗水对土壤水分的影响程度和深度均大于泾川,且两地深层土壤水分含量不受降水和林木根系耗水等的影响。(2)利用降水在土壤中的入渗平衡模型能够很好地拟合黄土高原两地(泾川、安塞)刺槐林地的土壤水分垂直分布;并通过引入参数t(月份)建立了林地土壤水分随时间和土壤深度变化的动态模型,经验证该模型能够准确地刻画黄土高原不同水分生态区刺槐林地土壤水分的动态变化。     

疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响

黄土高原地区植被建设已达到土壤水分承载力的阈值,需要对现有林分进行结构优化并提升其生态功能。不合理的林分密度是导致黄土丘陵区刺槐林土壤干化、生长衰退的主要原因之一。疏伐可以优化林分结构,并能够通过控制蒸腾耗水来调控土壤水分,是促进刺槐林可持续生长的有效手段。疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾有何影响,目前并不清楚。研究基于树干液流法估算了4个不同疏伐强度（样地1：52%、样地2：48%、样地3：35%、样地4：未疏伐）下刺槐单株尺度的液流速率与林分尺度的日平均蒸腾量,并分析了不同时间尺度下液流速率与环境因子的关系,以阐明疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响。结果表明：（1） 单株尺度刺槐蒸腾速率（即液流速率）随疏伐强度减小（林分密度增大）呈现下降趋势（样地1：0.53 kg cm^-2 d^-1、样地2：0.41 kg cm^-2 d^-1、样地3：0.31 kg cm^-2 d^-1、样地4：0.33 kg cm^-2 d^-1）;（2） 观测期林分尺度日平均蒸腾量随疏伐强度减小呈现上升趋势（样地1：0.90 mm/d、样地2：1.18 mm/d、样地3：1.04 mm/d、样地4：1.44 mm/d）;（3） 在半小时尺度与日尺度上,各样地液流速率与环境因子的关系没有显著差异,半小时尺度单株液流速率均与太阳辐射相关性最高（相关系数0.883-0.908）,液流速率日变化过程与环境因子日变化过程存在时滞现象;日尺度单株液流速率与饱和水汽压亏缺相关性最高（相关系数0.843-0.913）,样地间日尺度单株液流速率的差异性随着饱和水汽压亏缺增大而增大。研究结果初步反映了疏伐导致的林分密度变化对刺槐蒸腾的影响,将为黄土丘陵区刺槐林的结构改造、功能提升和土壤水分调控提供理论支持。     

模拟降雨减少对刺槐人工林土壤养分和微生物群落的影响

降雨是黄土高原地区土壤水分的最主要来源。为探明降雨减少对黄土高原半湿润区土壤养分和土壤微生物群落的影响,以刺槐人工林为研究对象,通过搭设透光遮雨板将部分穿透雨导流至样地外,实施了4年减少总降雨输入约47%的处理,测定了在不同降雨条件下林地的土壤养分含量、土壤微生物多样性及群落结构特征,分析了土壤养分和土壤微生物对降雨减少的响应。结果表明：减雨处理4年后(1)处理样地土壤有机碳、全氮、全磷含量均低于对照样地,全氮含量差异达到显著水平(P<0.05)。(2)对照样地生长季和非生长季土壤微生物多样性差异不显著,减雨处理样地非生长季的细菌均匀度显著低于处理样地生长季和对照样地非生长季(P<0.05);降雨减少对细菌和真菌的群落结构有显著影响(P<0.05),降雨减少显著降低了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度,提高了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度(P<0.05)。(3)土壤有机碳、全氮含量与部分细菌相对丰度显著相关,土壤...     

黄土丘陵区沙棘、油松和刺槐光合生理特性及其环境适应性

植物光合生理特性在一定程度上能够体现其对生境的响应情况。通过测定黄土丘陵区安塞国家生态试验站人工纯林和混交林沙棘（Hippophae rhamnoides）、油松（Pinus tabuliformis）和刺槐（Robinia pseudoacacia）在不同水分条件下的光响应曲线,采用5种光响应模型进行拟合分析,以比较3个树种在不同水分条件下适宜的光响应模型及光合生理参数差异,探讨该地区主要造林树种的光合生理生态适应性。结果表明：（1）湿润时期（9月）纯林和混交林中3个树种叶片净光合速率（P_n）均显著高于干旱时期（7月）（P < 0.05）,且7月,纯林沙棘、纯林刺槐和混交林刺槐出现光饱和、光抑制现象。（2）5种模型对各树种叶片光响应过程拟合效果的优劣顺序为：直角双曲线修正模型（MRH）、指数修正模型（MEM）、非直角双曲线模型（NRH）、指数模型（EM）、直角双曲线模型（RH）。（3）与9月相比,7月各树种叶片光合生理参数值（表观量子效率[φ]、光补偿点[LCP]、光饱和点[LSP]、暗呼吸速率[R_d]、最大净光合速率[P_nmax]）相对较低,表明在干旱时期,各树种光能利用减弱,光合能力也受到限制。（4）与纯林相比,混交林沙棘光合生理参数值整体呈上升趋势,表明混交造林有助于提高其光合潜力、对弱光的利用能力及光照生态幅宽度;油松整体呈下降趋势,表明混交种植可能会降低其光合作用能力;刺槐变化无明显规律,其叶片φ和P_nmax值下降,R_d增加,光照生态幅最宽,表明混交种植可能会增强其对强光的适应性,但会降低其对弱光的利用能力及光合潜力。     

木质素含量对四倍体刺槐嫩枝插穗扦插生根的影响

以四倍体刺槐1年生嫩枝插条为试验材料,分析插穗木质素含量与其横截面剪切强度、相关酶活性和激素关系,并探究不同木质素含量的插穗扦插生根性状的效应,为四倍体刺槐扦插选择合适插穗提供理论参考。结果表明:(1)插穗的木质素含量与其横截面剪切强度呈极显著正相关关系(相关系数为0.99),根据剪切强度可以间接地估算其木质素含量。(2)插穗的木质素含量与其POD和PPO活性呈极显著正相关关系(POD相关系数为0.98,PPO相关系数为0.92),也与激素ABA含量呈极显著的正相关关系(相关系数为0.97),而同IAA、IBA呈不显著的相关性,根据POD和PPO活性以及激素ABA含量对生根的影响可以推测木质素含量对生根有一定的影响。(3)不同木质素含量的插穗生根性状差异显著,木质素含量为19.47%时插穗生根能力最强,其插穗生根率为60.39%,平均每株生根量为9.70个,根长为4.85cm;木质素含量为10.60%时插穗生根能力最差。(4)生根性状最佳时的木质素含量为19.47%,其对应的剪切强度范围为40～50kg。     

土壤水分和氮素有效性对刺槐幼苗叶片活性氧产生和清除的影响

采用施加氮肥和人工控水的方法,以一年生刺槐幼苗为材料进行盆栽实验,探讨提高土壤氮素含量对不同土壤水分条件下刺槐幼苗叶片中活性氧产生和清除的影响。结果表明:(1)相同氮素水平下,降低土壤水分含量引起刺槐生物量和叶片光合色素含量降低,而过氧化氢(H2O2)含量升高;抗氧化酶系统中的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性不同程度降低;抗氧化剂中抗坏血酸(ASA)含量和还原型谷胱甘肽(GSH)含量均有所提高;MDA含量逐渐升高,而同期细胞膜相对电导率显著升高。(2)相同水分条件下,提高土壤氮素水平显著提高了刺槐幼苗叶片光合色素含量,同时也一定程度提高了总生物量,显著降低了H2O2含量;SOD、POD和CAT活性不同程度升高;ASA含量和GSH含量则表现出不同程度下降;相对电导率显著降低同时MDA含量一定程度降低。因此,增加土壤氮素有效性可显著提高刺槐幼苗叶片光合色素含量,显著抑制活性氧的产生,一定程度提高总生物量和抗氧化酶活性,降低膜脂过氧化程度,从而有利于缓解干旱引起的伤害。