全球变化背景下大气CO_2浓度升高与森林群落结构和功能的变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动。概述了全球变化背景下大气 CO2 浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气 CO2 浓度升高出现了额外多的 C供应 ,讨论了以这些额外多的 C经大气—植物—土壤途径的流动走向来研究大气 CO2 浓度的升高与森林结构和功能的相互作用 ,探讨了大气 CO2 浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率以及营养循环的潜在效应 ,这些受影响的生物要素和生态过程会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构和功能的改变。还提出了一个假设性的概念性框架 ,描述大气 CO2 升高引起的森林结构和功能变化的内在机理。     

气候变暖对陆地生态系统碳循环的影响

作为全球变化的主要表现之一,气候变暖对全球陆地生态系统碳循环的影响巨大,揭示这一作用对于精确理解碳循环的过程和相关政策的制定具有重要的指导意义。该文综述了此领域近十几年来的主要研究工作,总结了陆地生态系统碳循环对气候变暖响应的主要内部机制及其过程,简述了相关模型的发展及其主要应用,并指出以往研究中存在的主要问题以及未来研究的主要方向。在气候变暖条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要体现在以下几个方面:1)低纬度地区生态系统NPP一般表现为降低,而在中高纬度地区通常表现为增加,而在全球尺度上表现为NPP增加;2)土壤呼吸作用增强,但经过一段时间后表现出一定的适应性;3)高纬度地区的生态系统植被碳库表现为增加趋势,低纬度地区生态系统植被碳库变化不大,或略微降低,在全球尺度上表现为植被碳库增加;4)地表凋落物的产量和分解速率增加;5)土壤有机碳分解加速,进而减少土壤碳储存,同时植被碳库向土壤碳库的流动增加从而增加土壤碳库,这两种作用在不同生态系统的比重不同,在全球尺度上表现为土壤碳库的减少;6)尽管不同生态系统表现各异,总体上全球陆地生态系统表现为一个弱碳源。生物物理模型、生物地理模型和生物地球化学模型陆续被开发出来用于研究工作,并取得了一定的成果,但是研究结果仍然存在很大的不确定性。在未来的数年甚至是数十年间,气候变暖与全球变化的其它表现间的协同影响将是下一步的研究重点,气候变暖和陆地生态系统间的双向反馈作用机制是进行更准确研究的理论基础,生态系统结构和功能对气候变化的适应性是准确理解和预测未来气候情景下陆地生态系统碳循环的前提。     

大气CO_2浓度升高与森林群落结构的可能性变化

大气 CO2 浓度升高所引起的森林生态系统生态稳定性的变化会导致森林在结构和功能上的变动 ,概述了大气 CO2浓度升高和陆地森林生态系统可能性变化之间的相互关系的研究情况。由于大气 CO2 浓度升高出现了额外多的 C,供应 ,讨论了以这些额外多的 C经大气 -植物 -土壤途径的流动走向 ,来研究大气 CO2 浓度的升高 ,与森林结构的相互作用 ,探讨了大气 CO2 浓度升高对森林植物生长、冠层结构、引发的生物量增量的分配、凋落物质量和根质量的变化造成的土壤生态过程的变化、微生物共生体、有机质周转率、营养循环的潜在效应以及气温上升对森林植物产生的可能性影响 ,这些受影响的生物要素和生态过程 ,会引起群落内植物间对资源原有的竞争关系发生变化 ,对资源竞争的格局发生变化最终将会导致森林结构的改变。     

气候变化对陆地生态系统土壤有机碳储量变化的影响

通过研究气候变化对土壤有机碳储藏的影响,对预测未来气候变化下土壤有机碳动态变化与深入理解陆地生态系统变化和气候变化之间的相互作用有着极其重要的意义。本文归纳了土壤类型法、模型模拟法等途径对土壤有机碳储量估算的结果并分析它们各自的不确定性,综述了气候变化对土壤碳贮藏影响机理的研究与相应过程模拟的模型研究进展,并综合分析了当前研究中还存在的问题与不足。     

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展

气候变化显著影响陆地生态系统生产力以及水分利用格局,而水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量生态系统碳水耦合关系的重要指标之一。研究陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应,有助于深入理解生态系统的变化规律,模拟和预测生态系统碳水过程的发展状况,从而为应对全球气候变化提供新的依据。为了更好地掌握生态系统水分利用效率研究现状以及其对温度、CO2等关键气候因子的响应情况,本文总结了陆地生态系统水分利用效率对气候变化响应的最新研究进展。首先介绍了相关的定义并归纳了两种不同计算方式的差异和特点;接着重点总结了陆地生态系统水分利用效率对大气温度、CO2、水分、干旱以及太阳辐射等影响因素的响应;最后文章总结了目前3个相关的研究态势,主要包括:(1)长时间序列水分利用效率与气候要素的关系研究;(2)土地利用/覆被变化对水分利用效率的影响及其对气候的反馈研究;(3)多尺度水分利用效率综合研究。本研究可为深入研究生态系统过程对气候变化的响应提供参考。     

基于Ecopath模型的太湖生态系统结构与功能分析

根据2008—2009年太湖湖区水生生物调查的结果及主要水生动物摄食生态学已发表资料,应用Ecopath with Ecosim 6.1软件构建了太湖生态系统的食物网模型,初步分析了太湖生态系统功能与结构特征.模型由初级生产者、主要鱼类及无脊椎动物和有机碎屑等20个功能组组成.结果表明： 太湖生态系统的能流主要分布在4个营养级上,顶级捕食者鲌鱼营养级最高.食物网存在两条主要的营养传递途径,即碎屑食物链和牧食食物链,且碎屑食物链占比较大;营养级I的利用效率低下,大量初级生产力未能流入更高的营养层次,造成生态系统下层的营养流动“阻塞”.对系统总体特征分析发现,反映系统成熟度的指标,包括较高的净初级生产力(NPP)和净初级生产力/呼吸(NPP/R),以及较低的连接指数(CI)、系统杂食指数(SOI)和Finn循环指数(FCI)等,都揭示了太湖“幼态化”的生态系统现状;混合营养分析和关键种筛选结果显示,高强度的渔业捕捞活动对系统负影响显著,而顶级捕食者的下行效应显著下降.
     

大气CO2增加对陆地生态系统微量气体地-气交换的影响

简要综述了近年来国内外在大气CO2浓度增加对微量气体交换影响方面的研究进展,首先介绍了有关大气CO2浓度增加的研究技术和方法,比较了目前两种常用技术开顶箱（OTC）和开放式空气CO2增加（FACE）方法的优缺点,然后着重阐述了用OTC和FACE研究陆地生态系统CH4、N2O、CO2等微量气体的地气交换对大气CO2浓度增加的响应,综合现有的资料表明,大气CO2浓度增加,会促进绿色植物生物量增加,同时改变生物质的C/N,降低有机质的分解速率,增强了陆地生态系统对大气CO2的固特作用;大气CO2浓度增加会提高产甲烷菌的活性和影响CH4的排放过程,有可能导致湿地生态系统CH4的排放增加;大气CO2浓度增加对N2O排放影响的研究较少,且尚无一致的结论;另外,对于其他微量气体,尚没有盯关研究报道,鉴于此,今后应加强大气CO2浓度增加的微量气体地气交换响应研究。     

大气CO2浓度升高对拟南芥茎秆结构及化学成分的影响

应用光学显微镜、紫外分光光度计和傅立叶显微红外光谱技术,对不同CO2浓度(370、700μmol?mol-1)处理条件下,对拟南芥茎秆的形态结构及化学成分进行解剖学和组织化学的对比研究.结果发现,在CO2浓度升高后,茎秆的直径、面积、形成层细胞活性及维管束面积等均有所增加;化学成分分析显示,茎秆中纤维素、木质素以及可溶性糖的含量均比对照有所提高,且纤维素和可溶性糖增加显著.研究表明,拟南芥茎秆的解剖结构及化学成分对大气CO2浓度升高表现出正响应,从而为提高茎秆水分和营养物质的运输以及对生殖器官的支撑等各项功能提供更多的结构和物质基础.     

碱化草地景观动态及其对气候变化的响应与多样性和空间格局的关系

试图通过对碱化草地景观动态过程与群落多样性和空间格局的关系的分析,探讨利用景观的多样性指标和空间格局指数来解释和预测景观发展动态及其对气候变化的响应的可能性。运用空间仿真的方法,对东北松嫩平原碱化草地景观动态进行了模拟。模型强调景观内的斑块（即空间匀质生态系统）的演替与土壤碱化度的相互耦合作用。在当前气候条件下,模型的输出结果与观测到的１９８９￣１９９３年在１ｈｍ＾２样地内的斑块分布动态非常吻合。     

植物光合作用对大气CO2浓度升高的反应

近年来大气中ＣＯ２浓度急剧增加使人们重新对研究ＣＯ２浓度升高对植物光合作用影响感兴趣。预计在未来的１００ａ中,大气ＣＯ２浓度还将不断增长并达到当今的２倍。ＣＯ２排放量的增加不仅加剧了地球上的温室效应,也将改变全球生态系统中碳的平衡。离浓度ＣＯ２对植物光剑作用的影响表现为短期和长期效应。短时间地供给高浓度ＣＯ２促进阿 光合作用,而长时间生长在高浓度ＣＯ２下抒使某些植物光合能力下降,出现了光合适应现象     

两株绿藻响应CO2浓度变化的生长和生理特性的研究

以小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618为研究对象,比较了两株绿藻在0.04%CO_2、5%CO_2和20%CO_2(v/v)三种通气培养条件下的生长和生理特性的响应,试图阐述与无机碳利用相关生理参数和微藻利用CO_2能力的关系。结果表明,两株绿藻均能高效利用CO_2,在5%(v/v)条件下均表现出最大生物量积累、最大比生长速率和最大二氧化碳固定速率。小球藻FACHB-1580和栅藻FACHB-1618最大生物量分别为3.5和5.4g/L,分别是0.04%CO_2(v/v)条件的1.41和1.46倍。在高达20%CO_2(v/v)条件下,两株绿藻的生物量均显著高于空气组(P0.05)。随着CO_2浓度的增加,两株绿藻的无机碳亲和力、胞内和胞外CA活性、初始Rubisco活性,及Rubisco活化度均有下降趋势,总的Rubisco活性变化不明显。另外,小球藻FACHB-1580存在较高的胞外和胞内CA活性;而栅藻FACHB-1618胞外CA活性几乎为零,胞内CA活性显著低于小球藻FACHB-1580。由此推测,小球藻FACHB-1580能同时吸收介质中的HCO_3~-和CO_2,其胞内CA催化胞内HCO?3快速转化为CO_2,从而为Rubisco提供充足的CO_2来源;而栅藻FACHB-1618主要吸收介质中的CO_2,其胞内CA活性较低,推测其通过提高胞内CA含量,或增强Rubisco对CO_2的亲和力等促进光合固碳作用。     

淡水湖泊浮游藻类对富营养化和气候变暖的响应

水体富营养化和气候变暖是淡水生态系统面临的两大威胁。文章分别阐述了富营养化和气候变暖对淡水湖泊浮游藻类直接和间接效应, 并总结气候变暖可能通过影响水体理化性质、水生植物组成、食物链结构从而直接或间接改变浮游藻类生物量或群落结构。作者重点分析了气候变暖下湖泊生态系统蓝藻水华暴发机制, 比较了不同湖泊蓝藻对气候变暖和富营养化响应的异同点, 发现气候变暖和富营养化对湖泊生态系统影响存在相似性, 表现在均促进湖泊由清水-浊水稳态转变、增加蓝藻水华发生频率和强度。然而二者对湖泊浮游藻类影响的相对重要性取决于分层型湖泊和混合型湖泊的差异性、不同营养型湖泊和不同类群蓝藻组成差异性。作者认为, 开展气候变暖和富营养化下, 湖泊浮游藻类功能群响应研究亟待进行。     

黑龙江漠河兴安落叶松与樟子松树轮生长特性及其对气候的响应

树木年轮 (简称树轮 ) 气候学是监测与重建全球气候变化的重要方法之一。针叶树树轮的生长能反馈出气温的变化, 在高纬度地带尤为明显。该文分析了生长在我国最北部的兴安落叶松 (Larixgmelinii) 与樟子松 (Pinussylvestrisvar.mongolica) 的树轮密度和宽度的特性。落叶松最大密度、晚材平均密度、早晚材宽度和轮宽都远高于樟子松。樟子松的所有密度变量的样本方差都明显高于兴安落叶松, 宽度变量的样本方差却明显低于兴安落叶松。两树种密度变量的差值年表显著相关, 宽度变量之间没有显著相关关系。落叶松与樟子松的晚材密度的形成受 7、8月的最高温控制。另外, 樟子松的晚材还与生长季节的长短相关。落叶松的年轮宽度对生长季节开始前的温度敏感, 而樟子松的轮宽对气候变量没有很好的响应。结果表明, 落叶松与樟子松的树轮最大密度都与生长季后期的温度显著相关, 两树种的树轮信息对气候变化的重建有很大的潜力。     

不同无机碳转运基因型蓝藻对环境CO2变化的响应

为了探究不同无机碳(Ci)转运基因型蓝藻与湖泊水体pH变化的关系,文章优化了水体中不同无机碳转运基因型蓝藻相对丰度的检测方法,测定了太湖、滇池及武汉市18个湖泊中具有不同无机碳(Ci)转运基因型蓝藻的相对丰度,并结合水体pH进行分析。结果发现,在所有湖泊中均存在bicA株、sbtA株及bicA+sbtA株,其中sbtA株分布最为广泛;随着水体中pH升高, sbtA株优势度随之增加。为了进一步解析不同Ci转运基因型蓝藻对CO₂浓度变化的响应,研究了室内纯培养条件下bicA株、sbtA株及bicA+sbtA株分别在高浓度(1000 ppm)和低浓度(100 ppm)CO₂下的竞争。结果显示,在低Ci水平下sbtA株具有明显竞争优势,而在高Ci水平下bicA株占据了优势地位。上述研究表明随着CO₂浓度的上升,水华蓝藻中bicA株会具有竞争优势。大气CO₂浓度上升可能会显著影响水华蓝藻的群落组成。