Simulation on the light-response curves of electron transport rate of Quercus variabilis and Robinia pseudoacacia leaves in the Xiaolangdi area,China

为了比较直角双曲线模型、非直角双曲线模型与叶子飘模型的优缺点, 研究阴生叶和阳生叶电子传递速率的差异, 探讨环境/生物因素对电子传递速率等参数的影响, 该文采用LI-6400XT荧光测定系统对黄河小浪底栓皮栎(Quercus variabilis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)叶片电子传递速率-光响应(J-I)曲线进行了测定, 利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘模型对J-I曲线进行了拟合。结果表明, 3种模型对叶片J-I曲线拟合的决定系数(R ²)在0.96以上, 叶子飘模型的R ²最高(> 0.99)。直角双曲线模型和非直角双曲线模型无法模拟植物叶片光系统II动力学下调现象, 且不能得出饱和光强(I_sat); 直角双曲线模型对最大电子传递速率(J_max)的模拟明显大于实测值; 叶子飘模型能很好地模拟光系统II动力学下调现象, 得出的J_max和I_sat均最接近实测值。对阴生叶和阳生叶J-I曲线研究发现, 栓皮栎、刺槐阴生叶的J_max分别低于阳生叶25.0%和18.0%, 阳生叶的I_sat分别高于阴生叶26.0%和10.1%。栓皮栎和刺槐J_max与气温显著正相关; 刺槐I_sat与气温、土壤水分含量和净光合速率具有显著的正相关关系; 栓皮栎和刺槐J-I曲线初始斜率α均与净光合速率呈显著负相关关系。     

不同林龄杉木组织迁移养分的再利用

为了清楚了解不同林龄杉木(Cunninghamia lanceolata)组织迁移养分(氮、磷、钾、钙、镁)再利用特征, 为人工林丰产的经营管理提供科学依据, 该文利用湖南会同杉木林不同林龄段的活的枝叶与枯死枝叶养分浓度及其差异和枝叶枯死量, 估算枝叶枯死前的养分迁移量。用某林龄段开始和结束时的杉木器官的养分浓度差异, 估算那些在某林龄段开始前林分生产的, 在林龄段结束时仍存活的器官(干、皮、枝、叶、根), 即仍存活物质, 在该林龄段的养分迁移量。将枝叶枯死前迁移的养分和这些仍存活物质中转移的养分与从土壤中吸收的养分相结合, 根据森林生产的生物量, 综合分析森林物质生产的养分利用特征。研究表明: 1-7年生林分, 利用枝叶枯死前迁移的养分生产的生物量及占总生产生物量的比例, 分别为217 kg·hm ^-2·a ^-1和3.52%; 20-25年生林分则分别上升到2 540 kg·hm ^-2·a ^-1和17.50%。枝叶枯死前迁移的养分生产的生物量及占总生产生物量的比例都随林龄增加而增大。林分在12-16、17-20、21-25年林龄段, 由这些仍存活物质中迁移出的养分生产的生物量分别为385、561和450 kg·hm ^-2·a ^-1, 分别占总生产生物量的3.40%、3.40%和3.11%。这些仍存活物质中迁移出的养分量随林龄增加呈现先上升后下降的变化, 由这些养分生产的物质量占总生产物质量的比例随林龄增加呈下降趋势。结果显示, 只要有枝叶枯死发生, 就有枝叶枯死前迁移出养分用于物质再生产。林分郁闭后, 才会发生这些仍存活物质中迁移出的养分再利用。杉木体内养分再分配及贮备机制、杉木生长规律和不同生长发育阶段对养分的需求和利用效率等, 共同调节控制着枝叶枯死前迁移的和这些仍存活物质中迁移出的养分再利用的年变化。     

不同钙浓度对宽叶雀稗幼苗的生长和抗性生理的影响

研究不同钙浓度对宽叶雀稗(Paspalum wettsteinii)幼苗生长和生理的影响, 对于揭示宽叶雀稗对不同钙浓度环境的适应机理至关重要。该研究采用盆栽砂培试验, 研究不同钙浓度(0、5、25、50、100和200 mmol·L^-1 CaCl₂)和不同处理时间(7、14、21和28天)对宽叶雀稗幼苗生长、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、叶绿素含量和光合参数的影响。结果表明, 随着CaCl₂浓度的增加和处理时间的延长, 宽叶雀稗幼苗株高等形态指标、生物量、渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、叶绿素含量和光合参数呈先增后减的趋势, 低钙浓度(5-50 mmol·L^-1)环境下, 株高、叶长、叶宽、根长和生物量与对照(0 mmol·L^-1)相比均升高, 脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量、过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性提高, 丙二醛含量和胞间CO₂浓度降低、叶绿素含量增加以及净光合速率、蒸腾速率和气孔导度增强; 高钙浓度(200 mmol·L^-1)环境下, 脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量、过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性降低, 丙二醛含量和胞间CO₂浓度增加, 叶绿素含量减少以及净光合速率、蒸腾速率和气孔导度减弱。结合隶属函数分析, 低钙盐浓度(5-50 mmol·L^-1)处理对宽叶雀稗幼苗无抑制作用, 说明宽叶雀稗对低钙浓度具有一定的耐受性; 而在高钙浓度(200 mmol·L^-1)下, 宽叶雀稗幼苗通过提高自身有机渗透调节物质含量、增强酶活性、增加叶绿素含量以及增强光合作用等方式来快速调节植物生理代谢功能, 进而适应高钙浓度环境条件。     

模拟降雨格局变化对亚热带地区两树种液流特征的影响

在全球变化的影响下, 中国亚热带地区近几十年降水格局发生了急剧变化。这种变化对亚热带常绿阔叶林植物的生长和森林水分平衡的影响尚不清楚。为此, 该研究从植物整树蒸腾角度出发, 通过在天然次生林中进行人工隔除降雨模拟降水格局变化, 研究降水变化对植物水分利用的影响。试验于2012年9月至2014年12月在广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站内的常绿阔叶林内进行, 通过林下搭建遮雨棚, 截留干季(10月至次年3月)的降雨, 并在湿季(次年4至9月)等量返还到样地中, 在保证总降水量不变的前提下模拟干季更干、湿季更湿(DD)的降雨格局变化。在此期间对样地内的木荷(Schima superba)与火力楠(Michelia macclurei)树干液流特征进行连续监测。运用独立样本t检验对对照组(AC)两个树种间的平均最大液流通量密度(¯J_S)差异性进行分析, 并将DD处理下两个树种的¯J_S与AC进行对比, 来检验隔除降雨对森林蒸腾的效应。结果表明: 当光合有效辐射(PAR)大于1 100 μmol·m ^-2·s ^-1时, 对照样地火力楠和木荷的¯J_S分别为(49.5 ± 1.7)和(43.6 ± 2.0) mL∙m ^-2∙s ^-1, 且前者表现出对光合有效辐射(PAR)更强的敏感性。截留降雨处理开始后(2012-10), 两个树种DD与AC处理的¯J_S比值(DD:AC)均先减小后增加, 其中木荷的比值从处理前的0.74下降到了第1次截留降雨处理期(2012-10至2013-03)的0.68, 增加到了第2次截留降雨处理期(2013-10至2014-03)的0.93以及第3次截留降雨处理期(2014-10至2014-11)的1.04; 火力楠则从处理前的1.00下降到了第1次截留降雨处理期的0.94, 在第2次截留降雨处理期增长到1.06, 变化幅度小于木荷。此外, 在第3次截留降雨处理期, 木荷在相同的水汽压亏缺及PAR下能够保持更高的¯J_S。这些结果表明, 短期干旱事件会促使森林蒸腾急剧下降, 然而在长期干旱下, 植物会通过提高¯J_S来弥补干旱带来的损失, 而木荷由于具有较大的¯J_S可塑性, 从而使其在干旱条件下维持更高的水分传输速率。     

Current stocks and potential of carbon sequestration of the forest tree layer in Qinghai Province,China

为阐明青海省森林生态系统乔木层植被碳储量现状及其分布特征, 该研究利用240个标准样地实测的乔木数据, 估算出青海省森林生态系统不同林型处于不同龄级阶段的平均碳密度, 并结合青海省森林资源清查资料所提供的不同龄级的各林型面积, 估算了青海省森林生态系统乔木层的固碳现状、速率和潜力。结果表明: 1) 2011年青海省森林乔木层平均碳密度为76.54 Mg·hm ^-2, 总碳储量为27.38 Tg。云杉(Picea spp.)林、柏木(Cupressus funebris)林、桦木(Betula spp.)林、杨树(Populus spp.)林是青海地区的主要林型, 占青海省森林面积的96.23%, 占青海省乔木层碳储量的86.67%, 其中云杉林的碳储量(14.78 Tg)和碳密度(106.93 Mg·hm ^-2)最高。按龄级划分, 乔木层碳储量表现为过熟林>中龄林>成熟林>近熟林>幼龄林。2)青海省乔木层总碳储量从2003年的23.30 Tg增加到2011年的27.38 Tg, 年平均碳增量为0.51 Tg·a ^-1。乔木层固碳速率为1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1, 其中柏木林的固碳速率最大(0.44 Mg·hm ^-2·a ^-1); 桦木林的固碳速率为负值(-1.06 Mg·hm ^-2·a ^-1)。3)青海省乔木层植被固碳潜力为8.50 Tg, 其中云杉林固碳潜力最高(3.40 Tg)。该研究结果表明青海省乔木层具有较大的固碳潜力, 若对现有森林资源进行合理管理和利用, 将会增加青海省森林的碳固存能力。     

大气CO2浓度升高对干旱条件下冬小麦叶片光合适应的影响

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要特征,但大气CO₂浓度长期升高条件下冬小麦叶片发生光合适应的机制尚不十分清楚。本研究以盆栽冬小麦‘郑麦9023’为试验材料,在人工气候控制室内设置2个CO₂浓度(400和600 μmol·mol^-1)、2个水分条件(田间持水量的80%±5%和55%±5%),测定拔节期和抽穗期的光合特征曲线、叶绿素荧光动力学参数、叶氮含量和收获后的籽粒产量等指标,探讨干旱条件下库源关系改变对叶片光合适应的影响。结果表明: 在小麦拔节期,干旱条件下CO₂浓度升高处理的小麦PSⅡ实际光化学效率没有显著增加,但通过提升最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例,增强了Rubisco的羧化速率,从而提高了最大净光合速率;在抽穗期,功能叶最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例虽然较高,但PSⅡ实际光化学转换效率降低,Rubisco羧化速率和丙糖磷酸利用效率下降,以致最大净光合速率降低。干旱条件下,CO₂浓度升高增加了小麦单茎生物量、单穗粒数和穗粒重,降低了不孕小穗数,提高了籽粒产量。土壤干旱条件下,CO₂浓度升高对收获期小麦单茎籽粒产量的促进作用可能主要来自于生长前期的光合产物积累。生长后期光合适应发生的主要原因是功能叶PSⅡ实际光化学转换效率和丙糖磷酸利用效率的降低,而不是最大电子传递速率、光化学方向的电子传递比例和新叶库强的变化。     

Effects of nitrogen addition on photosynthetic characteristics of Leymus chinensis in the temperate grassland of Nei Mongol,China

Aims The increased atmospheric nitrogen (N) deposition due to human activity and climate change greatly causes grassland ecosystems shifting from being naturally N-limited to N-eutrophic or N-saturated, and further affecting the growth of grass species. The aims of this study are: 1) to evaluate the effects of different N addition levels on morphology and photosynthetic characteristics of Leymus chinensis; 2) to determine the critical N level to facilitate L. chinensis growth.
Methods We conducted a different N addition levels experiment in dominant species in the temperate steppe of Nei Mongol. The aboveground biomass, morphological and leaf physiological traits, pigment contents, chlorophyll a fluorescence parameters and biochemical parameters of L. chinensis were investigated.
Important findings Our results showed that aboveground biomass first increased and then decreased with the increased N, having the highest values at the 10 g N·m^-2·a^?1 treatment, but the 25 g N·m^-2·a^?1 still significantly increased the aboveground biomass relative to 0 g N·m^-2·a^?1. Leymus chinensis accommodate low N situation through allocating less N to carboxylation system and decreasing leaf mass per area (LMA) in order to get more light energy. Moderate N addition captured more light energy through increasing total chlorophyll (Chl) contents and decreasing the ratio of Chl a/b. Moderate N addition increased LMA, carboxylation efficiency, maximum carboxylation rate (V_cmax), maximum electron transport rate (J_max) and decreased J_max/V_cmax, thus allocating more N to carboxylation system to enhance carboxylation capability. Moreover, the photochemical activity of PSII was increased through higher effective quantum yield of PSII photochemistry, electron transport rate and photochemical quenching coefficient. Excessive N addition had negative effects on physiological variables of L. chinensis due to lower carboxylation capability and photochemical activity of PSII, further leading to decreased net photosynthetic rate, whereas increased non-photochemical quenching coefficient and carotenoids played the role in the dissipation of excess excitation energy. Overall, moderate N addition facilitated the photosynthetic characteristics of dominant species, but excessive N addition inhibited photosynthetic characteristics. The most appropriate N addition for the growth of L. chinensis was 5-10 g N·m^-2·a^?1 in the temperate steppe of Nei Mongol, China.     

Effluxes of nitrous oxide,methane and carbon dioxide and their responses to increasing nitrogen deposition in the Gurbantünggüt Desert of Xinjiang,China

Aims Desert soils play an important role in the exchange of major greenhouse gas (GHG) between atmosphere and soil. However, many uncertainties existed in understanding of desert soil role, especially in efflux evaluation under a changing environment. Methods We conducted plot-based field study in center of the Gurbantünggüt Desert, Xinjiang, and applied six rates of simulated nitrogen (N) deposition on the plots, i.e. 0 (N0), 0.5 (N0.5), 1.0 (N1), 3.0 (N3), 6.0 (N6) and 24.0 (N24) g·m^-2·a^-1. The exchange rates of N₂O, CH₄ and CO₂ during two growing seasons were measured for two years after N applications. Important findings The average efflux of two growing seasons from control plots (N0) were 4.8 μg·m^-2·h^-1, -30.5 μg·m^-2·h^-1 and 46.7 mg·m^-2·h^-1 for N₂O, CH₄ and CO_2, respectively. The effluxes varied significantly among seasons. N0, N0.5 and N1 showed similar exchange of N₂O in spring and summer, which was relatively higher than in autumn, while the rates of N₂O in N6 and N24 were controled by time points of N applications. The uptake of CH₄ was relatively higher in both spring and summer, and lower in autumn. Emission of CO₂ changed minor from spring to summer, and greatly decreased in autumn in the first measured year. In the second year, the emission patterns were changed by rates of N added. N additions generally stimulated the emission of N₂O, while the effects varied in different seasons and years. In addition, no obvious trends were found in the emission factor of N₂O. The uptake of CH₄ was not significantly affected by N additions. N additions did not change CO₂ emissions in the first year, while high N significantly reduced the CO₂ emissions in spring and summer of the second year, without affected in autumn. Structure equation model analysis on the factors suggested that N₂O, CH₄ and CO₂ were dominantly affected by the N application rates, soil temperature or moisture and plant density, respectively. Over the growing seasons, both the net efflux and the global warming potential caused by N additions were small.     

Effects of inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi on photosynthetic physiology in females and males of Populus deltoides exposed to cadmium pollution

Aims Populus deltoides is an important plantation tree species in the middle and lower reaches of the Yangtze River and in Huai River Plain. The extensively cultivated varieties are consisted of both females and males of P. deltoides. The objective of this paper was to characterize the difference in cadmium (Cd) tolerance between the sexes and the effects of symbiosis with Rhizophagus intraradices on their Cd tolerance.
Methods The experiment was carried out under semi-controlled conditions in a natural light greenhouse, protected from rain. Rhizophagus intraradices was inoculated on roots of both females and males when transplanting to a sand culture substrate. After one month, half of cuttings were exposed to Cd pollution (10 mg·kg^-1). All cuttings were irrigated with sterile water to avoid infection by other microorganism. About three months later, the gas exchange rate, net photosynthesis rate (P_n)-intercellular CO₂ concentration (C_i) curve, chlorophyll fluorescence, osmotic adjustment and phytohormone content of both females and males of P. deltoides were measured.
Important findings Our main results are as follows: (1) when compared to the controls, decreases in P_n, stomatal conductance, C_i, transpiration rate, maximum photochemical efficiency of photosystem II (PSII), effective quantum yield of PSII, photo-chemical quenching coefficient, maximum rate of carboxylation of Rubisco, photosynthetically active radiation-saturated rate of electron transport and rate of triose phosphate utilization to a different degree in both sexes of P. deltoides under Cd pollution were found, and females exhibited a greater decrease in such parameters than males. Rhizophagus intraradices inoculation mitigated the toxic effect of Cd on such parameters to a different degree in females, not in males. (2) Under Cd pollution, there was an increase in proline content in both sexes when compared to the controls. A further increase in proline content occurred in females, not in males, when inoculated with R. intraradices. (3) When compared to the controls, there was a decrease in indoleacetic acid, but an increase in abscisic acid in leaves of both sexes when exposed to Cd pollution. The amplitude changed in both phytohormones in females was greater than that in males. Rhizophagus intraradices inoculation was helpful for recovery of phytohormone balance in females, which was not observed in males. Therefore, our results indicated that (1) there were a greater negative effect exerted by Cd pollution on gas exchange rate, carbon fixation capacity and phytohormone balance and a more impairment of photosynthetic apparatus in females when compared to males, showing a less tolerance to stress conditions in females; (2) Rhizophagus intraradices inoculation could enhance the osmotic adjustment capacity in females, thus mitigate the negative effect of Cd stress on ability of carbon fixation and phytohormone balance in females. However, such positive effects derived from R. intraradices symbiosis were not observed in males.     

内蒙古和青藏高原草原植物叶片与根系氮利用效率空间格局及影响因素

氮利用效率是植物的关键功能性状, 同时紧密关联生态系统功能, 但是目前对氮利用效率的区域格局及影响因素仍然不清楚。该研究分析了内蒙古和青藏高原草原82个调查地点、139种植物叶片和根系的氮利用效率及其与环境因素、植物功能群之间的关系, 实验结果显示: 1)草甸草原植物叶片的氮利用效率为53 g·g ^-1, 显著大于高寒草甸(46 g·g ^-1)、荒漠草原(41 g·g ^-1)和典型草原(39 g·g ^-1)。高寒草甸根系氮利用效率为108 g·g ^-1, 显著高于其他生态系统。2)叶片氮利用效率比根系对温度更加敏感, 但随着干旱指数的增加, 两者均表现出显著的降低趋势。3)杂类草叶片和根系氮利用效率低于莎草科和禾本科植物, 豆科植物叶片和根系氮利用效率分别比非豆科植物低48%和60%。4)植物氮利用效率与土壤氮含量之间没有显著关系。总体上, 内蒙古和青藏高原草原植物叶片和根系氮利用效率的空间格局存在差异, 主要影响因素为植物功能群和干旱指数。本研究系统揭示内蒙古和青藏高原草原植物氮利用效率的空间格局及关键驱动因子, 有助于在全球变化背景下了解我国草地生产力维持机制, 同时为草原生态系统管理提供科学依据。     

南盘江流域云南松径向生长对气候暖干化的响应

全球气候变暖背景下, 西南地区气候呈现出明显的暖干化特征, 但区域优势树种云南松(Pinus yunnanensis)对气候暖干化的响应存在不确定性。该研究根据树木年代学方法选择研究区域87株云南松样本进行树芯采集, 构建云南松树轮年表, 结合1952-2016年的气温和降水等气象资料, 利用响应分析、多元回归分析以及滑动相关分析等方法研究了影响南盘江流域云南松径向生长的关键气候因子及其对气候暖干化的响应规律。研究结果表明: 1985年以来, 研究区域气候暖干化特征明显, 气温上升和降水量下降的速率是1984年前的5和6倍, 年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的上升速率为0.044、0.041和0.050 ℃·a ^-1, 年降水量的下降速率为 6.02 mm·a ^-1。气候暖干化使云南松的生长对温度响应的敏感度降低, 对水分响应的敏感度增强, 气温的解释率由暖干化前的44.95%下降到21.97%, 水分的解释率由暖干化前的55.05%上升到78.03%。暖干化增强了当年气候因子对径向生长的影响, 减弱了上年气候因子的影响, 与径向生长显著相关的当年气候因子增加了3个, 当年气候因子对径向生长的解释率增加了16.05%。暖干化减弱了云南松生长的“滞后效应”, 气候变化对树木生长影响的时效性增强。在5-7月和9-11月, 气候变暖使径向生长与气温、水分的响应关系变得不稳定。该研究可为气候暖干化区域云南松林的经营、管理以及区域气候重建提供理论依据和基础数据。     

NaCl处理下两种引进红树的光合及抗氧化防御能力

在长期盐胁迫(28天, NaCl浓度从100 mmol·L^-1升至400 mmol·L^-1)下, 比较研究了引进的无瓣海桑(Sonneratia apetala)和拉关木(Laguncularia racemosa)幼苗叶片的气体交换、叶绿素含量、最大光化学效率(F_v/F_m)、O₂^-_· 产生速率以及抗氧化酶的活性, 探讨了两种红树幼苗光合、抗氧化防御能力的差异与耐盐性的关系。结果显示: NaCl处理没有明显地影响两种红树幼苗的生长, 表明盐生植物对盐环境的适应性, 但两种红树的生理反应对NaCl处理存在较大的差异。在实验的第28天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到400 mmol·L^-1)时, 与对照相比, 无瓣海桑叶片的净光合速率、水分利用效率增加, 气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度/大气CO₂浓度(C_i/C_a)相应降低; 然而, 拉关木叶的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均回落到对照的水平, 而气孔导度和C_i/C_a均增加, 表明同样的NaCl浓度处理对拉关木叶的净光合速率影响大于无瓣海桑。在NaCl处理期间, 无瓣海桑F_v/F_m一直保持在0.8以上, 而拉关木的F_v/F_m为0.75以下, 说明无瓣海桑具有高于拉关木的潜在最大光合能力。在实验的第7天(NaCl浓度为100 mmol·L^-1)和14天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到200 mmol·L^-1)时, 两种红树O₂^-_· 产生速率迅速增加, 在实验的第28天(苗木的NaCl累计处理浓度递增到400 mmol·L^-1)时, 无瓣海桑O₂^-_· 产生速率是对照的5.3倍, 差异极显著, 此时, 拉关木叶中O₂^-_· 产生速率已降低到低于对照的水平。盐处理诱导了两种红树叶中抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、过氧化物酶(POD))活性增加, 但拉关木增加的幅度大于无瓣海桑, 表明拉关木能响应盐胁迫并上调抗氧化酶活性, 降低盐诱导的膜脂过氧化, 提高耐盐的能力, 无瓣海桑通过提高水分利用效率来保持体内的水分, 同时, 保持PSII的最大光化学量子产量, 使得无瓣海桑在高盐处理时仍能保持高于对照水平的光合速率。     

Effects of biochar addition on dynamics of soil respiration and temperature sensitivity in a Phyllostachys edulis forest

Aims Recent studies have shown that artificial addition of biochar is an effective way to mitigate atmospheric carbon dioxide concentrations. However, it is still unclear how biochar addition influences soil respiration in Phyllostachys edulis forests of subtropical China. Our objectives were to examine the effects of biochar addition on the dynamics of soil respiration, soil temperature, soil moisture, and the cumulative soil carbon emission, and to determine the relationships of soil respiration with soil temperature and moisture.Methods We conducted a two-year biochar addition experiment in a subtropical P. edulis forest from 2014.05 to 2016.04. The study site is located in the Miaoshanwu Nature Reserve in Fuyang district of Hangzhou, Zhejiang Province, in southern China. The biochar addition treatments included: control (CK, no biochar addition), low rate of biochar addition (LB, 5 t·hm^-2), medium rate of biochar addition (MB, 10 t·hm^-2), and high rate of biochar addition (HB, 20 t·hm^-2). Soil respiration was measured by using a LI-8100 soil CO₂ efflux system.Important findings Soil respiration was significantly reduced by biochar addition, and exhibited an apparent seasonal pattern, with the maximum occurring in June or July (except LB in one of the replicated stand) and the minimum in January or February. There were significant differences in soil respiration between the CK and the treatments. Annual mean soil respiration rate in the CK, LB, MB and HB were 3.32, 2.66, 3.04 and 3.24 μmol·m^-2·s^-1, respectively. Compared with CK, soil respiration rate was 2.33%-54.72% lower in the LB, 1.28%-44.21% lower in the MB, and 0.09%-39.22% lower in the HB. The soil moisture content was increased by 0.97%-75.58% in LB, 0.87%-48.18% in MB, and 0.68%-74.73% in HB, respectively, compared with CK. Soil respiration exhibited a significant exponential relationship with soil temperature and a significant linear relationship with combination of soil temperature and moisture at the depth of 5 cm; no significant relationship was found between soil respiration and soil moisture alone. The temperature sensitivity (Q₁₀) value was reduced in LB and HB. Annual accumulative soil carbon emission in the LB, MB and HB was reduced by 7.98%-35.09%, 1.48%-20.63%, and -4.71%-7.68%, respectively. Biochar addition significantly reduced soil carbon emission and soil temperature sensitivity, highlighting its role in mitigating climate change.     

油蒿资源利用效率在生长季的相对变化及对环境因子的响应

为了探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)叶水平资源利用效率的相对变化及对环境因子的响应机制, 该研究于2018年5-10月, 使用LI-6400XT便携式光合仪测定了毛乌素沙地油蒿叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(E)、叶表面光合有效辐射(PAR_l)、叶表面温度(T_l)、叶表面相对湿度(RH_l), 在实验室计算叶片单位面积氮含量(N_area), 分析了叶片氮利用效率(NUE)、水分利用效率(WUE)、光利用效率(LUE)与环境因子之间的关系及NUE、WUE、LUE之间的相对变化。研究结果表明, 在充足且稳定光强下油蒿的P_n主要受温度的影响, NUE、WUE与VPD_l、T_l之间具有显著负相关关系, NUE、WUE与LUE间为正相关关系, NUE、WUE和LUE最大值分别发生在5、7和9月, 分别为9.43 μmol CO₂·g^-1·s^-1、3.86 mmol·mol^-1、0.04 mol·mol^-1, 资源利用效率的变化主要受P_n的影响。温度通过影响植物N分配来改变P_n, 进而影响着资源利用效率, WUE与LUE显著正相关, 对构建荒漠区生态系统能量交换过程模型有重要意义。     

施氮和大气CO2浓度升高对小麦旗叶光合电子传递和分配的影响

采用开顶式气室盆栽培养小麦,设计2个大气CO₂浓度（正常：400 μmol·mol^-1;高：760 μmol·mol^-1）、2个氮素水平（0和200 mg·kg^-1土）的组合处理,通过测定小麦抽穗期旗叶氮素和叶绿素浓度、光合速率（P_n）-胞间CO₂浓度（C_i）响应曲线及荧光动力学参数,来测算小麦叶片光合电子传递速率等,研究了高大气CO₂浓度下施氮对小麦旗叶光合能量分配的影响.结果表明：与正常大气CO₂浓度相比,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,高氮处理的小麦叶片叶绿素a/b升高.施氮后小麦叶片PSⅡ最大光化学效率（F_v/F_m）、PSⅡ反应中心最大量子产额（F_v′/F_m′）、PSⅡ反应中心的开放比例（q_p）和PSⅡ反应中心实际光化学效率（Φ_PSⅡ）在大气CO₂浓度升高后无明显变化,虽然叶片非光化学猝灭系数（NPQ）显著降低,但PSⅡ总电子传递速率（J_F）无明显增加;不施氮处理的F_v′/F_m′、Φ_PSⅡ和NPQ在高大气CO₂浓度下显著降低,尽管F_v/F_m和q_P无明显变化,J_F仍显著下降.施氮后小麦叶片J_F增加,参与光化学反应的非环式电子流传递速率(J_C)明显升高.大气CO₂浓度升高使参与光呼吸的非环式电子流传递速率(J₀)、Rubisco氧化速率（V₀）、光合电子的光呼吸/光化学传递速率比（J₀/J_C）和Rubisco氧化/羧化比（V₀/V_C）降低,但使J_C和Rubisco羧化速率（V_C）增加.因此,高大气CO₂浓度下小麦叶片氮浓度和叶绿素浓度降低,而增施氮素使通过PSⅡ反应中心的电子流速率显著增加,促进了光合电子流向光化学方向的传递,使更多的电子进入Rubisco羧化过程,P_n显著升高.     

蛋白核小球藻生长和无机碳利用对不同光照强度和CO2浓度的响应

为了探讨光照强度和CO₂浓度对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长、无机碳利用的复合效应, 丰富绿藻中无机碳浓缩机制的资料, 该文设置两种光照强度(40和120 µmol photons•m^-2•s^-1)和两种CO₂浓度(0.04%和0.16%)组合成4种条件, 比较了蛋白核小球藻生长、无机碳浓度、pH补偿点、光合放氧速率、碳酸酐酶(CA)活性和α-CA基因转录表达对这4种培养条件的响应。结果发现: 蛋白核小球藻在高光强高CO₂浓度组生长最快; 低光强高CO₂浓度组培养体系中总无机碳浓度为1163.3 µmol•L^-1, 显著高于其他3组; 高光强低CO₂浓度组藻的pH补偿点最高(9.8), 而低光强高CO₂浓度组藻的pH补偿点最低(8.6); 低光强高CO₂浓度组藻的最大光合速率(V_max)和最大光合速率一半时的无机碳浓度(K_0.5)最高, 分别是其他3组的1.28-1.91倍和1.61-2.00倍; 高光强低CO₂浓度组藻的胞外CA活性最高; 而低光强低CO₂浓度组藻的胞外α-CA基因表达量显著高于其他3组。以上结果表明低CO₂浓度可促进蛋白核小球藻的pH补偿点和无机碳亲和力的提高, 诱导胞外CA活性及α-CA基因的表达; 该藻主要以HCO₃^-为无机碳源, 其对无机碳的利用受光照的调节。     

指数改进模型在大麦光合-CO2响应曲线中的适用性

光合-CO₂响应曲线是研究植物对CO₂响应的重要工具。常用的光合-CO₂响应曲线模型, 除直角双曲线修正模型外, 均无法准确地计算出CO₂饱和点和光合能力。该文利用新的指数改进模型拟合大麦(Hordeum vulgare)光合-CO₂响应曲线, 与直角双曲线修正模型、直角双曲线模型、指数模型、非直角双曲线模型进行比较, 并随机选取部分数据进行检验, 同时得到了各个光合-CO₂响应曲线模型的主要生理参数, 对这些数据进行了比较分析, 讨论了各模型之间的优缺点和准确合理性。结果表明, 指数改进模型在5个模型中具有最好的精确度和合理性, 能准确地描述出大麦的光合-CO₂响应曲线, 计算出CO₂饱和点为484 μmol∙mol^-1, 光合能力为25.9 μmol CO₂∙m^-2∙s^-1。     

光系统II实际光化学量子效率对光的响应模型的比较

为了比较光系统II实际光化学量子效率(Φ_PSII)对光的响应机理模型(简称机理模型)、负指数模型和指数模型的优缺点, 用LI-6400-40B光合作用测定仪控制CO₂浓度和温度, 测量了剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)、黄荆(Vitex negundo)和大狼杷草(Bidens frondosa)的电子传递速率(ETR)对光的响应曲线(ETR-I)和Φ_PSII对光的响应曲线(Φ_PSII-I), 然后用这3个模型分别拟合了这些数据。拟合结果表明: 3个模型都可以较好地拟合这3种植物的ETR-I的响应数据和Φ_PSII-I的响应数据, 但由指数模型拟合ETR-I和Φ_PSII-I的响应数据得到相应的饱和光强(PAR_sat)和光系统II最大光能利用效率(F_v/F_m)之间存在显著差异, 且估算的饱和光强远低于实测值。由机理模型可知, Φ_PSII不仅与光强的函数有关, 还与植物的内禀特性有关, 即与天线色素分子的本征光能吸收截面、激子的传递效率、能级的简并度、光化学反应常数、热耗散常数和处于最低激发态的平均寿命等参数有关。此外, 由机理模型还可知, Φ_PSII随光强的增加而下降的原因是捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而降低。     

CO2 flux dynamics and its limiting factors in the alpine shrub-meadow and steppe-meadow on the Qinghai-Xizang Plateau

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型, 在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止, 对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析, 对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰, 不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004-2008年)的涡度相关CO₂通量连续观测数据, 对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分, 包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明: 灌丛草甸的CO₂通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸, 并且连续5年表现为“碳汇”, 平均每年NEP为70 g C·m ^-2·a ^-1, 高寒草原化草甸平均每年NEP为-5 g C·m ^-2·a ^-1, 几乎处于碳平衡状态, 但其源/汇动态极不稳定, 在2006年-88 g C·m ^-2·a ^-1的“碳源”至2008年54 g C·m ^-2·a ^-1的“碳汇”之间转换, 具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异, 因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子; 其次, 灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE, CUE = NEP/GPP), 而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO₂通量大小的差异外, 其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明, 灌丛草甸生长季节CO₂通量的主要限制因子是温度, NEP和GPP主要受气温控制, 随着气温升高而增加; 而草原化草甸的CO₂通量多以季节性干旱导致的水分限制为主, 其次才是气温的影响, 受二者的共同限制。此外, 两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响, 其中GPP起主导作用, 非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明, 水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

2000-2017年新疆天山植被水分利用效率时空特征及其与气候因子关系分析

水分利用效率(WUE)是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标, 估算新疆天山及南北主要绿洲的植被WUE并分析其时空变化规律, 探索其影响因素, 对该区域生态系统保护、农业水资源的合理利用与开发等方面具有重要的意义。基于MODIS遥感数据、气象数据和土地利用类型数据, 分析新疆天山近18年植被WUE时空变化特征以及与气候因子的关系。结果表明: (1) 2000-2017年新疆天山植被WUE变化范围为0.84-1.34 g·mm ^-1·m ^-2, 多年均值为1.11 g·mm ^-1·m ^-2, 整体呈减少趋势, 变化率为-0.014 1 g·mm ^-1·m ^-2·a ^-1; 空间分布具有较强的垂直地带性规律, 1 000 m以上的区域随着海拔的升高而减少。(2)植被WUE年内变化呈单峰型变化格局, 具有明显的季节性差异, 表现为: 夏季>春季>秋季>冬季。(3)相关分析和统计结果表明, 新疆天山植被WUE时空变化受到气温影响的区域占33.23%, 受降水影响的区域占8.57%, 受气温和降水综合强影响的区域占5.63%, 气温和降水综合弱影响的区域占13.13%; 因此气候因素中气温在新疆天山植被WUE的变化中起到主导作用。(4)水田与旱地水分利用效率随着时间变化呈持续减少趋势, 并且这些区域基本上受到非气候因子的影响, 说明当地人类活动存在不合理性。