唐古特大黄(Rheum tanguticum Maxim. ex Balf.)功效组分地理变异及气候响应特征

通过研究道地药材唐古特大黄（Rheum tanguticum Maxim.ex Balf.）四种功效组分的地理变异,以及与多层次气候因子间的响应关系,揭示唐古特大黄不同化学型形成的生态学机制。运用聚类方法研究唐古特大黄成分地理变异的空间规律,并利用相关系数法分析气候因子与唐古特大黄成分的响应关系。结果表明：唐古特大黄功效组分存在明显的地理变异。青海和甘肃地区的唐古特大黄属于结合蒽醌化学生态型;而四川所产唐古特大黄为游离蒽醌化学生态型。不同时间尺度气候因子与唐古特大黄组分间的响应特征为：结合蒽醌类物质与年均温呈强负相关,多酚类物质与年均温和年降水为负相关,而与年均日照时数为正相关;结合蒽醌类物质与最冷季节温度是强负相关,多酚类物质与最冷季节温度和最湿季降雨量呈强负相关;月均温和月均日照对结合蒽醌类物质和多酚类物质影响大,其中1月至6月平均气温和9月至12月平均气温与蒽醌类物质呈强负相关,多酚类物质与5月日照量、6月日照量和7月日照量表现出强正相关。地区间的温度和日照量差异是唐古特大黄不同化学型形成的气候原因。最冷季的低温和最湿季的日照量是影响唐古特大黄品质的关键气候因子和主要时间窗口。温度浮动大,日照量高且降水量少的低温区域有助于结合蒽醌类和多酚类物质的形成和累积。     

基于化学成分和气候特征的当归品质空间变异规律

以甘肃省地道药材当归(Angelica sinensis(Oliv.) Diels)为材料,探讨当归品质的空间变异规律和气候特征。基于当归的5种化学成分含量分析其品质变异规律,并结合不同时间尺度气候因子研究品质变异的主要气候成因。结果显示,根据当归5种化学成分总含量可分为甘肃-云南高含量区和四川-湖北低含量区,藁本内酯、阿魏酸、丁烯基苯酞是造成当归品质地理变异的3种主要化学成分。年平均气温、≥10℃活动积温和年平均相对湿度是影响当归品质地理变异的主要气候因子,且4-10月间的月平均气温与丁烯基苯酞和藁本内酯呈强负相关,5-9月间的月平均气温与阿魏酸呈强负相关,说明花果期适当的低温、低湿有利于当归成分藁本内酯、阿魏酸、丁烯基苯酞的积累。研究结果解释了云南和甘肃低热量区当归品质相似的气候原因。     

国产野生薄荷挥发油化学组分变异及其化学型

采用气－质联用的方法,对国产野生薄荷（ＭｅｎｔｈａｈａｐｌｏｃａｌｙｘＢｒｉｑ．）居群的挥发油成分进行了分析,２２个样品可归纳为６个化学型：（１）薄荷酮－胡薄荷酮型（ｍｅｎｔｈｏｎｅ－ｐｕｌｅｇｏｎｅｔｙｐｅ）;（２）胡椒酮型（ｐｉｐｅｒｉｔｏｎｅｔｙｐｅ）;（３）氧化胡椒酮－氧化胡椒烯酮型（ｐｉｐｅｒｉｔｏｎｅｏｘｉｄｅ－ｐｉｐｅｒｉｔｅｎｏｎｅｏｘｉｄｅｔｙｐｅ）;（４）芳樟醇－氧化胡椒酮型（ｌｉｎａｌｏｏｌ－ｐｉｐｅｒｉｔｏｎｅｏｘｉｄｅｔｙｐｅ）;（５）香芹酮型（ｃａｒｖｏｎｅｔｙｐｅ）;（６）薄荷醇－乙酸薄荷酯型（ｍｅｎｔｈｏｌ－ｍｅｎｔｈｙｌａｃｅｔａｔｅｔｙｐｅ）。结合地理分布和薄荷属单萜类成分生物合成途径,对上述主要类型进行了讨论。     

土壤呼吸组分对气候变暖的响应研究进展

气候变暖正在深刻地改变全球碳循环过程.土壤呼吸作为全球碳循环的重要环节,连接着植物-土壤-微生物之间的碳转移过程.土壤呼吸可分为异养呼吸和根源呼吸(根系呼吸和根际微生物呼吸)等组分.土壤呼吸各组分的发生部位与利用的有机碳源不同,其对气候变暖的响应可能存在显著差异.然而,目前的研究还不能完全实现土壤呼吸各组分的精确区分和量化,气候变暖对土壤呼吸各组分的影响及其具体机制仍存在很多悬而未决的问题,这极大地限制了人们对土壤碳循环评估的精确性以及对气候变暖背景下陆地生态系统碳收支格局变化的认识.本文系统综述了目前国内外土壤呼吸组分区分技术,分析了土壤呼吸组分区分的研究结果,并论述了土壤呼吸各组分对气候变暖的响应研究进展.提出仍需发展新的土壤呼吸组分区分技术或者改进和创新现有技术,未来的研究重点应放在精确区分野外条件下根源呼吸组分,同时开展土壤呼吸组分对多种环境因子变化的响应研究,以期更全面地认识土壤碳循环过程以及全球变化背景下陆地生态系统碳收支的变化趋势.     

黄土高原小流域土壤容重及水分空间变异特征

在黄土高原小流域尺度上,地形和土地利用是影响土壤变异的重要因素.在横山县朱家沟小流域采集了82个样点,选取土壤容重和水分作为研究对象,分析比较不同土地利用及不同景观位置下二者的变异及分布特征;分析了土壤容重和水分与地形因素的关系并利用地形与土地利用信息进行了回归分析.结果表明,不同土地利用类型之间,土壤容重变异较小,其大小次序为：灌木林地＞荒草地＞梯田＞坝地＞林地＞坡耕地;土壤水分变化相对较大,大小次序为：坝地＞荒草地＞灌木林地＞坡耕地＞林地＞梯田.在不同景观位置,土壤容重大小变化表现为：坡顶＞沟平地＞坡下＞坡上＞坡中;土壤水分大小变化为：沟平地＞坡中＞坡下＞坡上＞坡顶.基于数字地形分析技术,提取相关地形指数,与土壤容重和水分进行相关分析并进行多元回归分析,结果表明：土壤容重与复合地形指数CTI正相关;土壤水分与高程呈现负相关关系,和剖面曲率正相关.建立了多元线性回归模型,结果发现模型对土壤容重预测结果比较理想,但对于土壤水分的预测存在较大的平滑效应,残差较大,须进一步探讨.     

黄土高原小流域土壤养分空间变异特征及预测

在黄土高原小流域尺度上,地形和土地利用是影响土壤属性变异的重要因素.在横山县朱家沟小流域采集111个表层土样,比较不同土地利用及景观位置土壤养分变异及分布特征,分析土壤养分与地形因素的关系并利用相关环境信息进行空间预测.结果表明,不同土地利用类型土壤养分存在显著性差异.有机质和全氮含量表现为坝地最高,灌木地最低,而全磷含量以梯田最高.在不同景观位置,沟平地有机质和全氮含量显著高于其他景观位置,而全磷差异不显著.土壤有机质与复合地形指数CTI、汇流动力SPI、沉积物运移指数STI显著负相关,全氮与沉积物运移指数STI显著负相关,而全磷只与坡度β显著负相关.多元线性逐步回归模型预测土壤有机质和全氮较好,而全磷预测结果较差;回归-克里格预测有效地减小了残差,与实测值较为接近,预测精度高于回归预测.     

中国珍稀药用植物白及的潜在分布与其气候特征

基于白及（Bletillastriata）地理分布信息和影响白及分布的主导气象因子,利用最大熵模型和地理信息系统预测了中国白及的潜在分布与其气候特征。结果表明：所建模型经ROC曲线验证,预测效果非常好（AUC〉0．9）：中国白及潜在分布区主要位于秦岭、淮河以南大部分地区,白及主要适生省份为云南、湖北、四川、湖南、江西、浙江;刀切法测试表明,4月和10月最低气温、年温度变化范围、11月平均降水量为影响白及潜在分布的最主要气象因子。研究结果可为白及资源的调查、保护与人工种植产业的发展提供理论指导。     

烤烟糖含量的空间变异特征

以中国烤烟(Nicotiana tabacum)主产省份2005年B2F(上部二级桔黄色烤烟)、C3F(中部三级桔黄色烤烟)和X2F(下部二级桔黄色烤烟)3个等级烤烟为研究对象,利用地统计学与GIS技术结合的方法研究了中国烤烟主产省份烤烟水溶性总糖、还原糖含量和糖碱比的空间分布特征。结果表明:各等级烤烟水溶性总糖、还原糖含量和糖碱比空间相关性表现为近似相关,东西方向上,均呈现由西向东先降低后升高的趋势,南北方向上,水溶性总糖含量、还原糖含量趋势不明显,糖碱比各等级趋势各异。     

干旱荒漠区土壤有机质空间变异特征

以内蒙古阿拉善左旗为例 ,研究了干旱荒漠区土壤有机质的空间变异特征。传统统计分析结果表明 ,研究区内土壤有机质含量总体水平较低 ,平均为 6 .6 5 g/ kg;变异系数为 1.4 2 ,属强变异。在半方差结构分析和球状模型套合的基础上 ,结合普通Kriging插值方法 ,分析了土壤有机质的地统计特征。比较不同趋势效应和异向性的普通 Kriging插值的误差结果表明 ,宜考虑各向异性和二阶趋势效应。获得了研究区土壤有机质含量的等值线图 ,并分析了其空间分布规律     

干旱区典型流域土壤肥力空间变异特征

以新疆阜康三工河流域为研究对象,分析了不同样点的土壤肥力特征,利用地统计学和地理信息系统(GIS),研究流域土壤的空间异质性和格局。结果表明,土壤肥力要素的变异系数在5.00%~66.77%,各土壤肥力质量要素接近正态分布;8种土壤肥力要素均存在空间变异结构特征;土壤有机质与氮素空间变化趋势相似,且相关性极显著;速效磷和速效钾的空间格局相似性较大;人类干预极大影响土壤空间格局。     

坡耕地紫色土养分空间变异对土壤侵蚀的响应

坡耕地土壤侵蚀导致土壤质量降低,并因此造成对作物产量的不利影响。利用土壤侵蚀测定的^137Cs示踪技术,结合土壤理化分析,研究了川中丘陵区紫色土坡耕地土壤侵蚀所引起的土壤再分配对养分空间变异性的影响。结果表明,川中丘陵区坡耕地土壤侵蚀是水蚀和耕作侵蚀共同作用的结果,强烈的耕作导致坡上部发生最为严重的土壤侵蚀。土壤侵蚀对土壤特性的空间变异性产生深刻影响,坡上部土壤有机质和养分贫瘠,而在坡下部相对富集;土壤有机质、全N、碱解N、有效P、K以及土壤粘粒含量在不同坡位之间出现显著差异。反映净余土壤再分配速率的^137Cs面积浓度与这些土壤理化特性均有密切的相关性。因此,^137Cs面积浓度可以作为表征侵蚀坡地土壤综合质量的指标。     

黄土高原与安塞县植被变化及其气候响应特征

利用1982～2003年黄土高原和安塞县归一化植被指数(NDVI)及安塞县气候资料,分析了黄土高原不同尺度范围植被的时间变异特征及其对安塞县气候变化的可能影响.结果表明:(1)22年间黄土高原植被NDVI以年均7.0×10-4增加,且春秋植被NDVI增加显著,表明黄土高原植被覆盖状况明显改善.(2)安塞县植被NDVI并未呈现显著增加趋势,且植被NDVI比黄土高原整体水平低22.93%,使得安塞县气候对黄土高原植被变化有显著的响应变化.(3)当黄土高原年际和春季植被NDVI每增加0.01,安塞县最高和最低气温分别增加0.42℃和0.26℃;生长季植被决定了黄土高原整体植被的分布,当其植被NDVI每增加0.01时,安塞县年均相对湿度增加1.14%,蒸发量和风速分别下降49.70 mm和0.06 m*s-1.可见黄土高原植被恢复对其所含县域尺度区域的气候有明显影响.     

玉龙雪山不同海拔丽江云杉径向生长对气候变异的响应

为研究滇西北高原树木径向生长与气候关系随海拔的变化规律, 分别在玉龙雪山低、中、高海拔采集丽江云杉(Picea likiangensis)年轮样本, 建立了不同海拔丽江云杉树轮宽度残差年表, 将年轮指数与气候因子进行响应分析、冗余分析以及滑动响应分析。结果表明: 玉龙雪山丽江云杉径向生长受气温和降水共同影响, 但不同海拔径向生长响应模式存在差异。其中当年1-3月降水与不同海拔丽江云杉径向生长均呈显著正相关关系; 当年生长季后期降水与中、低海拔树木生长呈显著负相关关系, 与高海拔树木生长呈显著正相关关系; 中、低海拔树木生长还受当年春季干旱胁迫; 而当年7月气温升高促进高海拔丽江云杉生长。冗余分析与响应分析结果基本一致, 说明冗余分析能够有效量化树轮宽度指数与气候因子的关系。滑动响应分析显示气温和降水在小时间尺度上的变化也会影响树木生长。结合不同海拔丽江云杉生长对气候因子的响应模式及未来气候预测, 玉龙雪山高海拔丽江云杉生长将得到加强, 而中、低海拔丽江云杉生长则表现出不确定性。     

典型亚热带森林生态系统碳密度及储量空间变异特征

以浙江省森林生态系统为研究对象,基于GIS网格布点,采集了838个森林样地样本(土壤、枯落物等),结合浙江省森林资源监测中心相关数据,利用地统计学和Moran's I相结合的方法系统研究了浙江省森林生态系统碳密度及碳储量空间变异特征。结果表明:浙江省森林生态系统平均碳密度为145.22 t/hm~2,其中森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳密度分别为27.34、108.89、1.79、1.38 t/hm~2。克里格空间插值和局部Moran's I指数结果表明碳密度空间分布规律呈现从西南向东北方向逐渐递减的趋势,与浙江省地形、地势较为一致,受海拔、树龄、森林类型、台风气候等自然因素和人类活动共同影响。浙江省森林生态系统碳储量为877.19 Tg C,森林植被、土壤、枯落物和枯死木层碳储量分别为203.88、656.20、10.84、6.27 Tg C,分别占总碳储量的23%、75%、1.3%、0.7%。在浙江省森林生态系统碳储量空间分布格局中,土壤层是森林生态系统中最大的碳库,约是森林植被层的3.22倍,是整个浙江省森林生态系统碳储量最主要的贡献者。浙江省森林资源丰富,大多数森林仍处于中幼龄林阶段,碳密度水平较低,但是中幼龄林生长速度较快,加强对全省中幼龄林的健康管理,是未来整体提升浙江省森林生态系统固碳潜力的关键。     

江门市新会区耕地土壤养分空间变异特征

运用地统计学方法,结合GIS技术研究了江门市新会区土壤pH值、有机质、阳离子交换量、全氮、有效磷和缓效钾种养分要素的空间分布特征.结果表明,各变量符合正态分布或经对数转换后符合正态分布.半方差函数分析结果显示,除全氮具有强空间相关外,其余均具有中等空间相关性.Kriging插值结果表明,研究区域耕地土壤pH值和阳离子交换量在东北部最高,有机质含量在中部和东北部较高;全氮含量在1.5～2.0g·kg^-1的面积占研究区域耕地面积的74.7%,主要分布于研究区域西部和东部地区;有效磷含量＞40mg·kg^-1的面积占研究区域耕地面积的48.7%,主要分布于研究区域东北部和西部;缓效钾含量在10～350mg·kg^-1的面积占研究区域耕地面积的48.1%,主要分布于研究区域东部、东北部和中部.     

森林不同土壤层全氮空间变异特征

应用经典统计学和地统计学方法,分析了八达岭地区土壤全氮(TN)在不同层次(A,B,C)的空间变异特征。同时结合地理信息系统(GIS),分析了该地区植被类型和土壤TN之间的关系。应用分类回归树模型(classification and regression trees,CART)分析了土壤TN和海拔与植被分布格局的关系。得到以下结论:(1)TN在A、B、C层平均值分别为2.94、1.30,0.63 g/kg,变异系数(CV)分别为33%、33%、45%,都表现为中等变异。(2)TN在不同土层的变异函数理论模型符合球状模型,TN在A层为弱空间相关,在B、C层为中等空间相关。(3)泛可里格插值表明,TN在不同层次都表现出了明显的空间分布趋势。不同植被类型所对应土壤全氮的空间分布则各不相同。(4)CART研究结果表明,该区植被类型分布格局可大致划分为四大部分。可初步确定海拔725m,TN含量4.23 g/kg和5.69 g/kg为影响该区植被分布格局的重要参考值。     

树木年轮中不同组分稳定碳同位素含量对气候的响应

通过研究贺兰山油松树轮中全木、综纤维素、α纤维素中占δ^13C值的变化,来探讨树木生长过程中引起其中同位素差别的原因,以及它们对环境变化的响应。研究发现不同组分的占δ^13C值在过去30a中变化并不一致,其中,树轮中α-纤维素中占δ^13C序列含有最强周围环境变化的信息。δ^13C序列和周围大气平均气温和降雨量关系密切,其中和6～8月份的平均气温相关系数为0．427(α=0．05);和2～7月份总降水量的相关系数为(r=-0．514,a=0．01)。分析发现树轮α-纤维素序列和树轮宽度序列呈显著负相关(r=-0．545,α=0．01)。对比树轮各种组分的占δ^13C值和气候之间的相关性及和树木的生长量的关系可以发现,树轮α-纤维素中碳在经历了光合作用的固碳过程中的同位素分馏后,其占δ^13C值就保持了相对稳定,是研究过去环境变化的良好载体。     

北京市PM2.5化学组分特征

对2012年8月至2013年7月期间北京市定陵、车公庄、房山和榆垡4个站点的15种PM_(2.5)化学组分进行分析,探讨各组分的时空分布特征以及有机碳(OC)、元素碳(EC)的污染特征。结果表明,4个站点PM_(2.5)组分中OC、SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+的含量较高,年均浓度分别为(22.62±21.86)、(19.39±21.06)、(18.89±19.82)、(13.20±12.80)μg/m3。各组分浓度在时间分布上多为冬季最高,夏季最低;在空间分布上多为南部高,北部低;另外NH+4浓度水平明显高于早年间的监测结果。受燃煤的影响,冬季OC和EC平均浓度分别为夏季浓度的3倍和2.5倍。春、夏、秋、冬季4个站点平均OC/EC比值分别为4.9、7.0、8.1和8.4,表明北京市全年均存在较严重的SOC污染。采用OC/EC比值法估算得出全年定陵、车公庄、房山和榆垡站二次有机碳(SOC)占OC的比例分别为57.7%、60.0%、45.6%和57.6%。定陵、车公庄、房山和榆垡站年均[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]比值分别为1.01、1.25、1.08和1.12,表明目前北京市排放源表现出固定源和移动源并重的特征。     

陕西省森林各生态系统组分氮磷化学计量特征

研究森林植被、枯落物和土壤的氮(N)磷(P)化学计量关系对于理解生态系统各组分的相互作用和养分循环具有重要意义。该研究对陕西省不同类型森林生态系统植被、枯落物和土壤的N和P含量及其化学计量关系进行了研究分析。结果表明: 1)森林生态系统各组分的N、P化学计量特征存在显著差异(p < 0.05), N、P含量均以林下灌草层植物和枯落物层较高, 乔木层植物和土壤层较低; N:P值则稍有不同, 以枯落物层最高, 土壤层最低, 其他各层差异不显著; 各组分N、P含量和N:P值分别为0.72-11.99 mg·g^-1、0.47-1.07 mg·g^-1和1.86-14.84。0-1 m土层内N含量、N:P值均随土层加深而降低(p < 0.05), P含量则不随土层发生明显变化。2)各组分N、P含量和N:P值多表现为阔叶林高于针叶林, 但其差异不显著。3)生态系统同一组分内, N、P含量间极显著正相关, N、P含量与N:P值分别呈极显著正相关、负相关关系, 但是土壤层内N、P含量无显著相关关系。各组分间, 枯落物层与乔木层、草本层和土壤层的N、P含量和N:P值也均极显著正相关, 而枯落物层与灌木层植物无显著相关关系。4)生态系统各组分N、P含量和N:P值随空间变化表现不尽一致, 总体上呈稳态。该文通过对N、P化学计量特征的研究, 揭示了森林生态系统植被、枯落物和土壤组分间所存在的养分循环联系, 这些联系中也表现出分异特征, 而分异可能由各自所执行的不同生态功能所致。     

唐古特白刺叶功能性状沿气候梯度的变异特征

叶功能性状与植物的生长对策及资源利用效率密切相关,研究叶功能性状沿气候梯度的变异特征能为理解植物对气候变化的响应机制提供一种简便可行的测定指标。以我国西北荒漠地区广泛分布的唐古特白刺（Nitraria tangutorum）为研究对象,对其比叶面积（SLA）、单位质量和单位面积叶氮含量（N_mass、N_area）、单位质量和单位面积叶建成成本（CC_mass、CC_area）进行测定,分析这些叶功能性状及性状相关关系沿气候梯度的变异特征。结果表明,唐古特白刺叶功能性状（CC_area除外）在气候梯度下存在显著差异,其中,温度是决定唐古特白刺SLA变化的主要因子,SLA随着温度的增加而增加;降水和温度对唐古特白刺N_mass、N_area和CC_mass均有显著影响,N_mass和N_area随着降水和温度的增加而降低,而CC_mass呈增加趋势。沿气候梯度,唐古特白刺SLA-N_mass、CC_mass-N_mass和CC_area-N_area的线性正相关关系发生平移,导致在相同SLA、CC_mass和CC_area下,降水和温度较低的地区具有更高的N_mass和N_area。这一结果表明唐古特白刺能通过调节叶功能性状之间的关系来适应气候的变化,并形成性状间的最佳功能组合。