冬小麦品种(系)旗叶叶脉性状及其与气孔性状间的关联性

植物叶脉结构决定着叶水分运输能力,而气孔特性则与水分散失有关,研究二者间的关联性对认识与植物水分利用有关的生理功能间关系及其调控有重要理论价值。本研究以冬小麦为例,系统研究了15个小麦品种(系)旗叶的叶脉性状及其与气孔性状间的关联性。结果表明:在小麦3种类型叶脉中,小纵向脉的密度占叶脉密度的65.8%;小纵向脉间距与大纵向脉间距及横向脉间距均呈显著正相关,大、小纵向脉密度与其间距呈极显著负相关;供试小麦品种(系)叶片上、下表面的气孔大小相差不大,但上表面气孔密度显著高于下表面,上、下表面的气孔长、气孔宽与气孔密度存在显著正相关,但气孔长与气孔密度之间存在显著负相关;3种类型叶脉中,大纵向脉与气孔特征间并无显著相关关系,而小纵向脉、横向脉和气孔特征间存在一定的相关性,小麦品种(系)叶脉密度与下表面气孔密度和总气孔密度呈显著正相关,但与上表面气孔长呈显著负相关,从而揭示了小麦品种(系)水分供给和需求存在协调性的结构基础。     

气孔特征与叶片功能性状之间关联性沿海拔梯度的变化规律——以长白山为例

气孔是陆生植物与外界环境进行水分和气体交换的主要通道,控制着植物的光合作用和蒸腾过程。植物往往通过多种性状的组合来适应变化的环境,叶片功能性状之间的紧密关系已经在不同尺度得到证实。然而,植物气孔特征与叶片其它功能性状是否存在关联性以及这种关联性是否会受到环境变化梯度的影响仍鲜少报道。沿长白山北坡6个海拔梯度,测定了150种植物的气孔特征和叶片功能性状。结果发现,气孔密度(SD)与比叶面积(SLA)负相关,与单位面积的叶氮含量(N_(area))正相关;除了SLA和N_(area)外,气孔长度(SL)与SLA、叶片厚度(LT)和单位质量的叶氮含量(N_(mass))均存在显著的相关性(P0.05)。然而,气孔特征与叶片功能性状的相关性只在部分海拔梯度存在。此外,发现SD与SL之间存在稳定一致的负相关关系。这些结果表明,植物气孔特征与叶片形态和化学特征对环境变化的适应存在一定的协同变异性,但这种关系不具有普适性,主要与气孔特征和叶片功能性状的选择压力存在差异以及物种分布范围相关。未来仍需要在更多物种和不同区域内来验证气孔特征与植物功能性状之间的关联关系。     

晋北典型针叶人工林叶功能性状特征及其与土壤因子的关系

为了解释植物叶片的资源分配特征及其与土壤因子间的适应策略,该研究以黄土高原东北缘山西省大同市新荣区油松、樟子松人工纯林及其柠条混交林为对象,采用样方法采集样木树冠中部生长良好的轮生枝中东西南北4个方向的枝条,并在每个枝条上选择里、中、外3处有代表性的当年生叶和多年生叶;采用 “S”形采样法在每个样方内选取9个取样点,用土钻采集各样点0～20 cm土壤样品;测定分析不同造林模式下油松、樟子松异龄叶功能性状特征、土壤理化性质以及二者的关系,为人工林培育及经营提供理论支撑。结果表明：(1)不同造林模式下油松及樟子松叶功能性状的差异集中在化学计量之间;随着叶龄增长,油松、樟子松均表现出干物质含量上升,氮磷含量下降的特征。(2)土壤全磷、全氮含量分别是油松当年及多年生叶的主要解释因子,土壤全磷与当年生叶碳氮比、有机碳、碳磷比均呈显著正相关关系,与全氮、叶面积及叶干物质含量呈显著负相关关系,土壤全氮与多年生叶全磷含量呈正相关关系,与叶有机碳、碳磷比、碳氮比则呈显著负相关关系。(3)樟子松当年生叶功能性状的关键土壤因子是土壤容重、全磷含量,其与叶碳氮磷的比值、干物质含量、碳含量呈正相关关系,而与氮磷含量呈负相关关系;多年生叶功能性状的关键土壤因子是土壤容重、含水量、pH,其与叶氮磷含量呈正相关关系,与碳含量、干物质含量、比叶面积等呈负相关关系。(4)油松及樟子松纯林的叶功能性状更易向关键土壤因子含量更高的方向偏移,说明与柠条混交可有效分异叶片生长对主要土壤因子的集中需求,但混交造林模式下林木长势有所衰弱;结合研究区资源匮乏现状,林木种植密度较大,竞争加剧了生存压力导致林木生长受限。     

植物功能性状权衡关系的研究进展

植物功能性状权衡关系反映了植物在资源获取与分配中采取的不同策略, 是近年来生态学研究的一个热点问题。该综述从研究范围、叶性状、器官和植物类群4个方面入手, 简要介绍植物功能性状关系研究在近10余年是如何在叶经济谱(LES)的基础上逐渐扩展和深入的。1)相关研究拓展到全球更多极端环境与特殊气候地区, 发现在不同的气候环境条件下, 植物叶片功能性状关系相对稳定, 植物种内的功能性状关系已被证实与LES相似; 2)功能性状网络从最初的6个经济性状扩展到叶片的分解、燃烧和水力等性状, 发现叶片的分解速率和可燃性均与叶片形态性状、养分含量等显著相关, 但叶片水力性状与经济性状的关系则取决于所研究的物种及生存环境的水分条件; 3)研究对象从植物叶片拓展到了根、茎、花、种子及植株整体, 叶片的比叶质量与茎的木质密度、种子大小相耦合, 但叶片形态性状与根和花的相关性状却无显著相关关系, 证明这些器官可能是独立进化的; 4) LES可以很好地解释特殊维管植物的生存适应策略: 入侵植物具有较高的资源利用效率和更快的相对生长速率, 在LES中处于“低投入-快速回报”的一端; 食虫植物的叶片特化为捕食器官, 光合作用及生长速率相对较低, 居于LES “高投入-缓慢回报”的另一端, 此外, 无论是最古老的种子植物苏铁属(Cycas)植物, 或是蕨类和变水植物(苔藓和地衣), 其功能性状关系都与LES大致相同。该文梳理了功能性状关系研究的进展脉络, 提出了一些建议, 期望为未来植物功能性状关系研究的选题和发展提供一些参考。     

植物叶片水力与经济性状权衡关系的研究进展

叶片既是植物光合产物形成的主要场所, 又是整株植物的水力瓶颈、应对灾难性水力失调的安全阀门, 是植物碳水耦合权衡的重要器官。叶经济型谱反映了叶片经济性状“投资-收益”的权衡, 为验证植物进化过程中形成的物种对策提供了适用的理论框架。叶片水力性状变化会影响叶片经济性状及植物存活和生长。因此, 探索植物叶片水力与经济性状的权衡关系, 对建立植物碳-水耦合模型、揭示植物水-碳投资机理、扩展植物性状型谱等均有重要意义。该文首先综述了叶片水力性状、经济性状及两者之间的权衡关系, 分析了叶片导水率与水力脆弱性、失膨点水势、水容、安全阈值等水力性状以及与叶片的形态、结构和气体交换功能性状之间的关系。然后, 从叶片形态、解剖和叶脉网络结构以及气孔功能方面探讨了叶片水力性状与经济性状的调节机制。最后, 提出今后应加强三方面的研究: (1)探索建立植物根-茎-叶水力输导系统的碳-氮-水资源的整株经济型谱, 以揭示植物功能结构耦合、高效固碳用水的生理生态学机制; (2)探索叶片水力安全、水力效率和固碳效率之间的普适性权衡关系, 以深入理解抗旱植物叶片构建的生物物理结构与生理代谢的关系; (3)探索个体水平碳水代谢关系、水分运输与生长速率的耦合, 为代谢推演理论和植物群落尺度预测提供基础。     

放牧对草原植物功能性状及其权衡关系的调控

放牧是草原生态系统利用与管理的主要方式; 而过度放牧导致的草原退化和生产力衰减问题已成为当前生产及理论上的一个棘手难题。近年来, 植物功能性状及其权衡等新理论与方法的引入, 为解析放牧对草原的影响机制提供了新工具, 成为草原生态学的一个新兴领域, 但目前尚缺乏系统的回顾总结。该文综述了近年来国内外关于草原植物功能性状对放牧的响应及其权衡关系的研究进展, 综合分析了植物性状权衡变化的主要特征、成因与机制, 针对学界关于放牧下植物矮化型变机制的“避牧适应假说”与“生长受阻假说”的争论, 提出了下一步需重点关注的科学问题。     

不同测定方法下叶片穿透力与叶片功能性状之间的关系

为探究不同校准方法和不同穿刺针直径作用下叶片穿透力测定结果是否存在差异,以及该结果与叶片功能性状之间的关系,选取了30种双子叶植物,分别测定其2.0、1.0、0.5 mm穿刺针直径下的穿透力、撕裂力和叶片的功能性状等指标。结果表明(：1)叶片穿透力在3种不同穿刺针直径作用下差异显著(P<0.05),其在以周长校准方法下,同一物种在穿刺针直径0.5与1.0 mm的差异显著性占所有物种之比为76%、0.5 mm与2.0 mm为76%、1.0 mm与2.0 mm为33%(P<0.05);而同样在以横截面积校准下则为66%、56%、30%(P<0.05)。(2)不同校准方法下3种穿刺针直径之间的叶片穿透力在同一生活型中差异不显著,而在草本分别与灌木和乔木等不同生活型中差异显著(P<0.05),同时0.5 mm直径针的穿透力均大于1.0 mm和2.0 mm。(3)叶片穿透力与叶片角质层厚度、叶片厚度、撕裂力呈显著正相关(P<0.05),与比叶面积呈显著负相关(P<0.05),且以针周长校准的穿透力与叶片功能性状的相关性强于以横截面积校准的穿透力,而不同直径穿刺...     

延河流域植物叶性状间关系及其在不同植被带的表达

以延河流域不同植被带的地带性植物群落为研究对象,对群落优势种和主要伴生种的6种叶片性状进行测定,分析这些性状及其关系随环境梯度的变化,以了解该区域植物对环境变化的适应策略.结果表明: 植物比叶面积(SLA)与叶组织密度(LTD)、叶片单位面积氮和磷含量均呈显著负相关,与单位质量叶片磷含量呈显著正相关;各性状间的尺度关系和生存对策在不同植被带不同,典型草原带和森林草原带植物LTD SLA的尺度依赖关系比森林带植物的强,而森林带植物叶片单位〖JP2〗面积N、P含量与SLA、LTD间的尺度关系较草原带更明显,植物对环境的适应策略发生了位移.在干旱贫瘠的草原带和森林草原带,植物以防御和抗胁迫策略为主,而在环境条件相对湿润、富养的森林带,植物以快速生长和资源优化配置策略为主.     

油松叶功能性状分布特征及其控制因素

植物叶功能性状能够直接或间接反应植物对环境的适应策略,这种适应策略会间接影响植物的生长、繁殖和生存。目前已有大量关于植物叶功能性状与环境间关系的研究,但这些研究多使用性状平均值代替物种,忽略了性状的种内变化。油松是我国重要的造林树种,对我国陆地生态系统起着重要的作用,研究其叶功能性状与环境的关系有助于更好的的理解种内功能性状与环境间的关系。于2014年6—9月对辽宁、内蒙、北京、山西、陕西、宁夏、青海等地天然油松进行采样并对其重要的8个叶功能性状的分布特征及主控环境因子进行了研究,结果表明:1)油松各叶性状值存在较大的种内变异系数(4.82%—25.85%),除1年生叶碳含量(LCC)油松各叶功能性状值在不同研究地点间差异显著(P0.05);2)油松叶长(LL)、叶厚(LT)、比叶面积(SLA)、气孔密度(SD)、叶氮含量(LNC)存在较弱的经度格局,LT、SD、LNC存在较弱的纬度格局(0.05R~20.3),水热条件的变化以及较大的局部效应是造成这种格局的可能原因;3)控制油松各叶性状分布的主要环境因子各不相同,其中LL主要受到年平均降水量和海拔高度的影响;LT主要受到年均温和土壤体积含水率的影响;SLA主要受到年平均降水量和土壤氮含量的影响;叶干物质含量(LDMC)主要受到水因子的影响;SD主要受到海拔高度的影响;LNC主要受到海拔和水因子的影响;叶磷含量(LPC)主要受到土壤磷含量的影响。     

林下引入耐阴树种功能性状特征及其与生长的关系

植物功能性状之间的协调性揭示了其适应特定生境的主要策略,而植物早期生长与功能性状可能具有很大关联性。为探讨林下引入耐阴树种的根、茎、叶功能性状协调性及其与生长的关系,研究了杉木人工林林下引入5种常绿阔叶树种（洒金叶珊瑚、杨桐、蚊母树、栀子和海桐）的生长率（树高和地径相对增长率）以及27个根茎叶形态、生理性状指标。结果表明：（1）由主成分分析（Principal component analysis,PCA）可知耐阴树种种间根茎功能性状关联更紧密。此外,种间根、茎性状的变异系数均小于叶面积;（2）耐阴树种种间和种内关键性状与生长率网络关联性差异较大。在种间水平上,生长率与大部分叶性状显著正相关,与根茎性状多为显著负相关;在种内水平上,关键性状与生长率关系网更加复杂;（3）树高相对增长率是种间和种内关系网中心性最高的生长率指标。种间中心性最高的性状指标是叶面积;叶、茎生物量占比和根干物质含量是种内中心性最高的性状指标。但只有叶面积与树高相对增长率在种间和种内均显著正相关,因此,叶面积更适合作为指示林下耐阴树种生长率变化的性状。总体上,耐阴树种叶性状对生长率的调控要强于根茎性状,其中引入较大叶面积的常绿阔叶树种可能更有利于杉木纯林的人促更新和高效复层林的构建。     

基于城市控制性详细规划的热岛效应评价

随着城市规划法律地位的提升,控制性详细规划在指导土地出让、规范城市建设空间结构方面发挥着越来越重要的作用.在控规单元尺度上理解各项控制指标的热岛效应,在控规地块尺度上进一步揭示控制指标组合的“热环境绩效”,对于定量评价控规的热环境效应、提出缓减热岛的控制措施具有重要意义.本文利用遥感Landsat8 TIRS热红外遥感数据反演的地表温度来表征热岛效应,结合统计分析与GIS空间分析技术,定量评价城市控制性详细规划主要技术经济指标及其配置结构的热岛效应.结果表明: 绿地率、地块面积、建筑密度、建筑高度在控规单元尺度上对地表温度具有显著影响.通过构建三维模型发现,控规地块对热环境影响最小的组合为绿地率30%,容积率2.5～3.5.研究结果为城市控制性详细规划的优化提供了新的视角.     

热岛效应对植物生长的影响以及叶片形态构成的适应性

热岛效应是一种由于地表覆盖改变及人类活动导致的热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最明显的特征之一,随着越来越多的人口涌入城市以及伴随而生的超大城市的出现,城市热岛效应将更加凸显,这种环境温度的升高必将影响到各种景观园林植物的生理状态乃至形态结构。选取以生长在热岛点和有大量绿植覆盖的低温点的两种典型园林植物大叶黄杨和丁香作为实验材料,研究了这两种植物叶在城市热岛效应影响下,在热岛点和低温点中的形态特征。结果表明,在热岛点环境温度和二氧化碳浓度显著高于低温点,但其他环境要素差异并不显著。热岛点的大叶黄杨和丁香叶生物量分别是低温点的1.6倍和1.4倍。进一步研究表明,相较于低温点,在热岛点生长的植物叶表现出较低的比叶面积、单位重量和单位面积叶氮含量。生物量在向各部分组织分配时,热岛点的植物叶倾向于将更多的生物量分配给叶肉部分,而减少了对叶柄的生物量投入。     

环境因子对海岛植物茎、叶功能性状的影响

植物功能性状与环境之间的关系是功能性状研究的重点,海岛作为独特的生态系统,其植物功能性状必然和大陆存在差异。为了明确海岛植被的生态适应机制,该文以平潭岛森林群落为研究对象,通过测定茎、叶10个功能性状,以及地形和土壤9个环境因子,探讨了植物功能性状之间的权衡关系,分析了环境因子对海岛植物功能性状的影响。结果表明:(1)比叶面积(SLA)与叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)呈正相关,与叶厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)、茎组织密度(STD)、叶碳含量(LCC)呈负相关; LDMC与LNC、茎氮含量(SNC)呈负相关; LT与STD呈正相关,与LNC和LPC呈负相关; LPC与LNC、SNC呈正相关;茎和叶C、N含量均呈正相关。(2)土壤有机质和TN是海岛植物功能性状的主要土壤影响因子。然而,由于土壤中磷含量的缺乏,LNC、茎磷含量(SPC)、SNC均与土壤全磷呈正相关; LDMC与土壤全氮呈正相关;STD与土壤有机质呈正相关; SLA随着土壤pH的增加而增加。(3)坡位和坡度是海岛植物功能性状的主要地形影响因子。SLA、SPC随着海拔上升而下降; STD、LDMC随着海拔和坡度增大而增大; LNC、LPC阴坡大于阳坡。该研究为海岛植被修复和重建提供了参考依据。     

基于源汇指数的沈阳热岛效应

基于2001和2010年Landsat 遥感影像,利用GIS技术识别沈阳城市热岛源区和汇区,利用地表温度(LST)、源区和汇区面积比率指数（CI）和热岛强度指数（LI）,评价分析了沈阳土地利用发展布局模式对热岛效应的影响.结果表明: 2001-2010年,沈阳三环内土地利用类型变化较大,导致热岛源、汇区面积变化明显,且主要发生在二环和三环.2001年,一环内热岛源、汇区面积比例分别为94.3%和5.7%,三环内分别为64.0%和36.0%;2010年,其比例在一环内分别为93.4%和6.6%,三环内分别为70.2%和29.8%,说明10年来“摊饼式”土地利用布局决定了沈阳热岛效应的“摊饼式”布局.研究期间,沈阳地表温度从一环至三环均呈递减趋势,热岛效应强度在2001年以单一中心为主,至2010年发展为多中心态势,热岛效应强度等级有所降低.从一环至三环,CI绝对值均呈增加趋势,LI值均小于1,说明期间研究区土地利用布局变化对改善区域热岛效应没有明显作用.     

Latitudinal pattern and the driving factors of leaf functional traits in 185 shrub species across eastern China

Aims To explore the pattern of the leaf functional traits of shrub species along a latitudinal gradient in eastern China and determine the driving factors of leaf trait variation at a large scale.     

成都市城市森林格局与热岛效应的关系

城市森林对城市热岛效应有显著的缓解作用,其景观格局对热岛的分布有巨大的影响.以成都市为研究对象,采用该地区2003年的spot、landsat-7卫星影像资料,在对成都市进行城市森林景观格局的定量分析和热量反演算的基础上,结合土地利用分类图、气象观测资料、绿地统计资料,建立动态监测和空间分析模式,对城市热岛的热力分布特征和城市森林格局对热岛效应的缓解作用进行综合分析.研究结果表明: (1)成都市热量分布呈现东南多西北少的格局,这与成都市城市森林西北多东南少的格局成负相关;(2) 城市绿化覆盖率越高,降温效应越明显;(3) 在绿化覆盖率相当的情况下,大面积集中的绿地的降温效应明显高于面积小的绿地.基于研究结果,建议成都市在合理规划城市森林布局的同时,适当增加大面积城市森林公园的建设.     

上海城市热岛效应形成机制及空间格局

城市热岛效应的产生及演变与城市地表覆被变化、人类社会经济活动密切相关,是城市生态环境状况的综合概括与体现,目前对城市热岛形成、演变的驱动机制、热岛效应与地表覆被变化的定量关系研究大多还是从对某些影响因子的测定入手,缺乏对区域热环境系统全面、综合的评价与分析.近年来,在城市化过程中,人类社会、经济活动的加剧使城市地表热力景观呈现出高度的空间异质性,在利用Landsat 7 ETM+热波段数据反演上海地区地表温度的基础上,应用地统计学方法揭示了不同尺度下上海城市地表温度场空间变异特征及其不同的驱动因子.进而,采用决策树方法构造城市热环境系统的分类和预测模型,建立中心城区地表温度场空间分布及其驱动因素之间的定量关系,挖掘上海城市热岛效应的形成机制,揭示出多种影响因素综合作用下中心城区热环境空间格局差异.研究结果表明,城市热环境形成的驱动因子在空间上呈现出明显的分异性特征,各种影响因素在空间上不同的组合方式将决定城市热岛效应的时空演变趋势.运用决策树方法可以有效地确定在城市内部不同区域影响热环境形成的主导因素,揭示城市热岛形成与演变的成因机制及其空间差异,并可以进一步用来预测分析未来城市地表温度场动态变化的空间分布格局.     

辽宁省城市热岛强度特征及等级划分

根据气象站资料累积时间、资料连续性、站点位置、城郊站间距离、站点数量、迁站情况,对辽宁省61个气象站进行筛选,并利用选出的城郊代表站的月和年气温数据,分析了辽宁省热岛强度的变化范围及幅度,确定了热岛强度等级.结果表明:辽宁省铁岭站、大连站、鞍山站、朝阳站、丹东站、锦州站6个气象站可作为城市气温的代表站,台安站等18个气象站可作为郊区气温的代表站;1980-2009年,辽宁省6个代表城市的热岛强度年变化不同,除铁岭为微弱下降外,其他5市均表现为上升趋势,铁岭年热岛强度较强,大连年热岛强度较弱;6个代表城市的月热岛强度变化也不同,丹东、锦州、铁岭的月热岛强度呈明显的“U”型分布,6市最大热岛强度均出现在1月,最小热岛强度均出现在5-8月,具有冬季强、夏季弱的特点.6市热岛强度的年、月变化范围分别为0.57～2.15℃和-0.70～4.60℃,年和月热岛强度分别有97.8％和72.3％集中在0.5～2.0℃.辽宁省热岛强度可划分为无、弱、强和极强4个等级.     

植物物候对重庆主城区热岛效应的响应

为探究植物物候对山地城市内部热岛效应的响应特征,于2016年1月—2017年1月对重庆市主城区80种木本植物进行地面物候观测,同时利用Landsat 8热红外数据反演研究区地表温度,结合同时期地面实测气温,对研究区热岛强度等级进行划分,进而比较城市内部不同热岛强度等级下植物物候变化特征。结果表明,热岛过渡区与热岛区植物展叶期较凉岛区分别提前了5.1 d和8.1 d,初花期分别提前了4.0 d和20.8 d,终花期分别提前了4.8 d和11.6 d,而落叶期分别推迟了8.5 d和18.9 d,即城市内部热岛増温使植物春季物候提前,秋季物候推迟,生长季延长,且物候变化幅度随热岛强度等级增大而增大。不同功能型植物物候对热岛増温的响应存在差异,灌木、常绿植物和引种植物物候比乔木、落叶植物和本土植物更加敏感。本研究在一定程度上填补了我国西南山区物候研究的空缺,可为预测城市植物物候对未来山地城市小气候变化乃至全球气候变暖趋势的响应提供早期预警。