我国东部北亚热带植物群落季相的时空变化

研究我国东部亚热带植物群落物候与气候变化的关系,对于揭示东部季风区生态系统对气候变化响应的整体特征和空间分异,具有重要的科学意义。作者利用物候累积频率拟合法对盐城、武汉、合肥、屯溪1982-1996年的植物群落季相阶段进行划分,并分析了季相阶段的时空变化及其与气温的统计关系。结果表明：（1）各站多年平均变绿期、旺盛光合期和休眠期初日均有随海拔升高而推迟的倾向,而多年平均季相阶段长度的空间分异特征不明显。休眠期初日随海拔升高而推迟的事实表明,树木秋季叶变色和落叶除受到气温的影响外,还可能与光照和霜等其它环境因素有关,从而使得海拔升高对秋季物候期提早的影响有所削弱,其生态机制有待进一步研究。（2）各站变绿期初日以提前为主,长度以延长为主;旺盛光合期和凋落期初日均以提前为主,长度延长与缩短参半;休眠期初日提前与推迟参半,长度以缩短为主。（3）各站变绿期和旺盛光合期初日与前期平均气温多呈显著负相关,而凋落期和休眠期初日与前期平均气温相关不显著。利用最佳时段气温-物候回归模型重建的1982-2006年季相阶段初日的时间序列显示,盐城、武汉和屯溪的变绿期初日呈显著提前的趋势,盐城、合肥和武汉旺盛光合期初日也呈显著提前的趋势。值得注意的是,在2002-2006年期间,各站变绿期和旺盛光合期初日均表现出明显推迟的倾向,与各地该时段前期平均气温呈下降的倾向一致。（4）从北亚热带各站到温带北部的哈尔滨,平均每向北1个纬度,多年平均变绿期和旺盛光合期初日分别显著推迟2.7-4.0 d和1.8-2.8 d,而长度则多呈不显著缩短的趋势;凋落期初日提前不显著,但长度显著缩短1.8-2.6 d;休眠期初日显著提前2.9-3.3 d,且长度显著延长5.8-7.0 d。总体上看,上述观测事实符合植物物候空间变化的一般规律,即在生长季节前半段,低纬地区的植物物候早于高纬地区;在生长季节后半段,高纬地区的植物物候早于低纬地区。     

江西千烟洲人工针叶林下狗脊蕨群落生物量

 根据野外调查和实验分析研究了江西省千烟洲人工针叶林下狗脊蕨（Woodwardia japonica）群落的生物量、细根生物量、净初级生产力(Net primary productivity, NPP)、 比叶面积（Specific leaf area, SLA） 和叶面积指数（Leaf area index, LAI）等。通过叶片参数和地上生 物量的相关关系建立了狗脊蕨单株地上生物量估算模型,分别 为W1=0.021H^1.545（R²=0.790）和W1=2.518（D²H）^{0 .616}（R²=0.894;H为株高 ,D为地径）。人工针叶林下灌草层地上生物量为367.8 g&;#8226;m^－2（52～932 g&;#8226;m^－2）,凋落物为1 631 g&;#8226;m^－2（672～2 763 g&;#8226;m^－2）,分别占 乔木层地上生物量的4.7%（1.55%～13.2%）和20.7%（7.6%～32.1%）。狗脊蕨群落地上生物量和NPP分别为266.6 g&;#8226;m^－2和88.67 g&;#8226;m^－2&;#8226;a ^-1 ,其中狗脊蕨种群占73.7%;地下生物量为212.6 g&;#8226;m^－2。狗脊蕨的SLA和叶干物质含量（Leaves day mutter content, LDMC）分别为144.0 cm²&;#8226;g^-1和31.99%,二者之间呈显著负相关;最佳叶面积估算模型为S=21.922 6-0.152L²+0.000 9L³（9.0≤L（叶片长度）≤23.5;1.4≤W （ 叶片宽度）≤5.9）。狗脊蕨种群的LAI为1.8。土壤含水量对狗脊蕨生物量有显著影响。群落生物量与土壤有机质和全氮含量正相关     

千烟洲红壤丘陵区人工针叶林土壤CH4排放通量

 CH₄在温室效应中起着重要作用,为估算中亚热带CH₄的源汇现状,评价森林生态系统对温室效应的影响,采用静态箱-气相色谱法研究了千烟洲红壤丘陵区人工针叶林的土壤CH₄ 排放通量特征及水热因子对其的影响。对2004年9月～2005年12月期间的观测结果分析表明 ：千烟洲人工针叶林土壤总体表现为大气CH₄的吸收汇,原状林地土壤(Forest soil)情况下,CH₄通量的变化为7.67～-67.17μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1,平均为-15.53μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1;无凋落物处理(Litter-free)情况下,CH₄通量的变化是9.31～-90.36 μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1,平均为-16.53μg&;#8226;m^-2&;#8226;h^-1。 二者对土壤CH₄的吸收表现出明显的季节变化规律,秋>夏>冬>春,但无凋落物处理CH₄变化幅度较原状林地土壤大,无凋落物处理吸收高峰出现在10月,最低值出现在翌年3月,原状林地土壤则分别在9月和翌年2月,均提前1个月。对土壤CH₄吸收通量与温度和湿度的相关分析表明： 无论是原状林地土壤还是无凋落物处理情况下,土壤CH₄通量都与地下5 cm的温度和湿度相关性最高。偏相关分析反映了不同季节水热配置对土壤吸收CH₄通量的影响：冬季为12月～翌年2月,温度起主要作用;雨季3～6月,温度作用为主,随着温度的升高而升高,水分作用微弱;7～8月,CH₄吸收通量随着湿度的降低而增加,但高温限制了CH₄的吸收;秋季（9～11月）水热配置适宜,CH₄通量达到高峰值。总之,CH₄吸收通量随着温度的升高和 湿度的降低而增大,但温度过高会抑制其吸收。     

排放通量

CH₄在温室效应中起着重要作用,为估算中亚热带CH₄的源汇现状,评价森林生态系统对温室效应的影响,采用静态箱-气相色谱法研究了千烟洲红壤丘陵区人工针叶林的土壤CH₄ 排放通量特征及水热因子对其的影响。对2004年9月～2005年12月期间的观测结果分析表明 ：千烟洲人工针叶林土壤总体表现为大气CH₄的吸收汇,原状林地土壤(Forest soil)情况下,CH₄通量的变化为7.67～-67.17μg•m^-2•h^-1,平均为-15.53μg•m^-2•h^-1;无凋落物处理(Litter-free)情况下,CH₄通量的变化是9.31～-90.36 μg•m^-2•h^-1,平均为-16.53μg•m^-2•h^-1。 二者对土壤CH₄的吸收表现出明显的季节变化规律,秋>夏>冬>春,但无凋落物处理CH₄变化幅度较原状林地土壤大,无凋落物处理吸收高峰出现在10月,最低值出现在翌年3月,原状林地土壤则分别在9月和翌年2月,均提前1个月。对土壤CH₄吸收通量与温度和湿度的相关分析表明： 无论是原状林地土壤还是无凋落物处理情况下,土壤CH₄通量都与地下5 cm的温度和湿度相关性最高。偏相关分析反映了不同季节水热配置对土壤吸收CH₄通量的影响：冬季为12月～翌年2月,温度起主要作用;雨季3～6月,温度作用为主,随着温度的升高而升高,水分作用微弱;7～8月,CH₄吸收通量随着湿度的降低而增加,但高温限制了CH₄的吸收;秋季（9～11月）水热配置适宜,CH₄通量达到高峰值。总之,CH₄吸收通量随着温度的升高和 湿度的降低而增大,但温度过高会抑制其吸收。     

太湖水生植物氮磷与湖水和沉积物氮磷含量的关系

 分析了太湖沉水植物、浮叶植物组织及生长环境中的N、P含量,结果表明：太湖沉水植物组织N、P含量一般要高于浮叶植物组织,5月的N、P含量(以干重计)一般高于9月。5月以沉水植物微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)的N(28.452 mg?g－1)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的P(4.552 mg&;#8226;g^－1)含量最高,浮叶植物荇菜(Nymphoides peltatum)的N(14.363 mg&;#8226;g^－1)、P(1.792 mg&;#8226;g^－1)含量均为最低;9月以沉水植物苦草(Vallisneria natans)的N(25.206 mg&;#8226;g^－1)、P(2.727 mg&;#8226;g^－1)含量最高,浮叶植物荇菜的N(17.245 mg&;#8226;g^－1) 、P(1.519 mg&;#8226;g^－1)含量均最低。沉水和浮叶植物的N、P含量与水体N、P浓度的相关性较为显著;与沉积物N、P的相关性不明显。此外,植物体内的N、P含量亦与植物物种的特性、生长发育阶段和生长状况等内在因素密切相关。     

西双版纳热带季节雨林优势树种树干呼吸特征

 采用红外气体分析法（IRGA）原位监测了西双版纳热带季节雨林11种优势树种树干呼吸速率、1 cm深树干温度以及林内空气变化情况。研究发 现,11种优势树种的树干呼吸具有相同的季节规律,并且雨季均大于干季时的树干呼吸。树种间树干呼吸速率差异显著,在0. 823～2.727 μmol&;#8226;m^-2&;#8226;s^-1。树干1.3 m处所测南北方向树干呼吸无显著性差异。树干呼吸与树干温度显著相关(0.552<0.92),呈良好的自然指数回归关 系,Q₁₀值为1.90～3.03。20 ℃时各树种的RT（总树干呼吸）速率为0.771～2.570μmol&;#8226;m^-2&;#8226;s^-1。     

不同生态型东南景天对土壤中Cd的生长反应及吸收积累的差异性

 采用盆栽方法研究了两种生态型东南景天(Sedum alfredii)对土壤中不同含量Cd(即对照, 12.5, 25, 50, 100, 200, 300, 400 mg&;#8226;kg^－1)的生 长反应、吸收和积累Cd的差异性。结果表明,土壤添加重金属Cd后,矿山生态型东南景天生长正常,地上部和根系Cd含量随着土壤中Cd含量的 增加而增加,在400 mg&;#8226;kg^－1 Cd处理下含量分别高达2 900和500 mg&;#8226;kg^－1,其地上部显著大于根部;然而,土壤添加Cd后,非矿山生态型东 南景天的生长受到抑制,地上部和根部的生物量显著降低。当土壤Cd含量为50～100 mg&;#8226;kg^－1 时,非矿山生态型东南景天的地上部和根系Cd含 量随着土壤中Cd含量的增加而增加,而且根系Cd含量则大于地上部。当土壤Cd≤50 mg&;#8226;kg^－1时,矿山生态型东南景天根系Cd含量比非矿山生态 型高 ,但当土壤Cd≥100 mg&;#8226;kg^－1,两者之间无显著差异;然而,但在同一Cd处理水平下,矿山生态型东南景天地上部Cd含量总是高于非矿山 生态型。这些结果表明,矿山生态型东南景天有很强的忍耐和吸收土壤Cd的能力,再次证明其为一种Cd超积累植物。     

落叶松和水曲柳人工林细根生长、死亡和周转

 细根周转是陆地生态系统碳分配格局与过程的核心环节,而细根周转估计的关键是了解细根的生长和死亡动态。该研究以18年生落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxi nus mandshurica)人工林为对象,采用微根管（Minirhizotron）技术对两树种0～40 cm深度的细根生长和死亡动态进行了为期1年的观测,研究了两树种细根在不同土层深度的生长与死亡动态、细根周转以及与土壤有效氮含量、土壤温度、大气温度和降水的关系。结果表明：1） 落叶松平均细根生长（Root length density production, RLDP）0.0045 mm•cm^－2•d^－1）明显低于水曲柳RLDP（0.0077 mm•cm^－2•d^－1）。两个树种细根平均RLDP在表层（0～10 cm）最大,而底层（30～40 cm）最小 ,两树种平均细根死亡（Root length density mortality, RLDM）也表现同样规律 。水曲柳春季生长的细根占41.7%,夏季占39.7%,而落叶松细根生长分别是24.0%和51.2%,水曲柳细根死亡主要发生在春季（34.3%） 和夏季（34.0%）,而落叶松细根死亡主要发生在夏季和秋季（分别占28.5%和32.3%）,两 树种细根生长与死亡在冬季均较小;2）落叶松细根年生长量（0.94 mm•cm^－2•a^－1）和年死亡量（0.72 mm•cm^－2•a^－1）明显低于水曲柳（1.52和1.21 mm•cm^－2•a^－1）,两树种细根表层年生长量和年死亡量均最高,底层最低。落叶松细根年周转为3.1次•a^－1（按年生长量计算）和2.4次•a^－1（按年死亡量计算）,相比较,水曲柳细根年周转分别为2.7次•a^－1和2.2次•a^－1;3）土壤有效氮含量、土壤温度、大气温度和降水综合作用影响细根生长和死亡动态,可以解释细根生长80%的变异和细根死亡95%以上的变异。     

短期CO2加富对凤梨光合作用及生长发育的影响

 研究了CO₂加富对丹尼斯凤梨（Guzmania`Denise’）和吉利凤梨（Guzmania `Cherry’）叶片光合速率、植株生长、开花和光合相关酶活性的 影响。结果表明,处理30 d期间,处理(600±40)、(900±40) μmol CO₂&;#8226;mol^-1的净光合速率分别比同期对照增加了6.24%～31.91%和11.92%～ 41.48%;CO₂加富下促进了叶片中可溶性糖和淀粉的积累, 蒸腾速率和气孔导度下降,Rubisco活性增加,乙醇酸氧化酶活性则明显下降。(600 ±40)μmol CO₂&;#8226;mol^-1处理下的株高、叶面积分别比同期对照下增加了6.94%～14.63%和1.66%～7. 06%,而处理(900±40) μmol CO₂&;#8226;mol^-1下 分别增加了9.71%～20.85%和2.87%～11.62%;CO₂加富下促进了干重和鲜重的积累。此外,CO₂加富提前了吉利凤梨的花期。     

加富对凤梨光合作用及生长发育的影响

研究了CO₂加富对丹尼斯凤梨（Guzmania`Denise’）和吉利凤梨（Guzmania `Cherry’）叶片光合速率、植株生长、开花和光合相关酶活性的 影响。结果表明,处理30 d期间,处理(600±40)、(900±40) μmol CO₂&#8226;mol^-1的净光合速率分别比同期对照增加了6.24%～31.91%和11.92%～ 41.48%;CO₂加富下促进了叶片中可溶性糖和淀粉的积累, 蒸腾速率和气孔导度下降,Rubisco活性增加,乙醇酸氧化酶活性则明显下降。(600 ±40)μmol CO₂&#8226;mol^-1处理下的株高、叶面积分别比同期对照下增加了6.94%～14.63%和1.66%～7. 06%,而处理(900±40) μmol CO₂&#8226;mol^-1下 分别增加了9.71%～20.85%和2.87%～11.62%;CO₂加富下促进了干重和鲜重的积累。此外,CO₂加富提前了吉利凤梨的花期。     

毛乌素裸沙丘斑块的实际蒸发量及其对降雨格局的响应

 裸沙表面的蒸发虽然是一个物理问题,但对于沙地植被演替的初始阶段非常重要。目前存在的地表蒸发的机理性模型大多是瞬时或者短时期的 ,而年尺度以上的蒸发量与降水和蒸发驱动下的土壤水分系统的状态变化及其对蒸发过程的反馈密切相关。一些估算毛乌素年蒸发量的实验结 果之间分歧很大且缺乏准确的机理性解释。该文利用生态系统模型中的土壤水分运动和蒸发模块计算了毛乌素裸沙丘从日到年际尺度的实际蒸 发量,发展了一个以单次降雨量和降雨频率为驱动因素的降雨-蒸发模型对年蒸发量进行简单的估算,并研究了年蒸发量对降雨格局的响应。结 果表明毛乌素裸沙丘的多年平均蒸发量为166 mm,占多年平均降雨量的56%。虽然研究区1959～1992年降雨总量无显著变化趋势,但是裸沙丘斑 块的实际蒸发量呈现较明显的增加趋势（1.30 mm&;#8226;a^－1）。小降雨事件对蒸发量贡献的显著增加（0.69 mm&;#8226;a^－1）是导致实际蒸发量增大的重 要原因。大强度降雨事件的频度和雨量对降雨总量的贡献要远高于对蒸发总量的贡献,小于12 mm的降雨事件在年际比较稳定,很大程度上保证 了年蒸发量100 mm左右的基数值。这些因素使得年蒸发量的变异程度小于年降雨量的变异程度。由于降雨格局的年际变化会对蒸发量产生直接 的影响,降雨-蒸发模型可以相对有效地预测年度蒸发量,而用年降雨量预测年蒸发量误差较大。     

东北地区陆地生态系统生产力及其人口承载力分析

 日益增长的人口及其生存环境问题已经成为人类社会生存与可持续发展的关键,亦是区域生态承载力的重要指标。生态系统生产力及其人口承 载力研究不仅可以弄清某一区域所能承载的最大人口数量,而且能为农业生态系统的宏观调控和长远发展规划提供依据。东北老工业基地地处 地球环境变化速率最大的东亚季风区,以气候变暖为标志的全球变化必将影响东北地区生态承载力,进而影响该地区的人口承载力。该研究基 于10 km×10 km 分辨率的东北地区1980～2002年共23年的气象资料,结合植物生理生态特点和水热平衡关系建立的自然植被净第一性生产力模 型和农业生产力模型,借助于地理信息系统软件,分析了东北地区4类生态系统类型：森林、农田、草地和湿地的生产力及其动态,指出东北地 区近23年来年均气温呈显著上升趋势、年降水总体上呈减少趋势。23年来东北地区植被年均总生产力为3.52×10¹¹ kg DM&;#8226;a^－1,其中森林、农 田、草地和湿地的年均总生产力分别为1.53×10¹¹、4.55×10¹⁰、1.07×10¹¹和4.63×10¹⁰ kg DM&;#8226;a^－1,森林、农田、草地和湿地的平均生产 力为5.73×10³、1.84×10³、5.64×10³和5.55×10³ kg DM&;#8226;hm^-2&;#8226;a^－1。在此基础上,以第一性生产-第二性生产之间的生态适应性和能量-物 质流平衡(在食物链上传递机制)为主线,通过对第一性生产力在人类直接消费与第二性生产之间以及各畜群(猪、肉牛羊、禽、奶牛和水产品( 鱼))之间的分配 ,估算了1980～2002年东北地区在宽裕型、小康型与富裕型3种消费水平下,不输出商品粮和每年向国家提供350×10⁸ kg商品 粮条件下的年均总人口承载力分别为2.61×10⁸、2. 15×10⁸和1.77×10⁸;和1.70×10⁸、1.40×10⁸和1.15×10⁸。因此,要确保东北地区每年 向国家提供350×10⁸ kg的商品粮,且在未来东北地区的生活水平要达到富裕型水平,必须控制人口数量。在此基础上,根据2020、2050、2070 和2100年的气候预估资料,预测了2020、2050、2070和2100 年东北地区在宽裕型、小康型和富裕型3种消费水平下的人口承载力分别为2.73× 10⁸、2. 25×10⁸和1.85×10⁸;2.88×10⁸、2.38×10⁸和1.95×10⁸;3.03×10⁸、2.49×10⁸和2.05×10⁸;以及 3.09×10⁸、2.55×10⁸和2.09 ×10⁸。该研究可为东北地区及各省的生态建设与土地资源可持续利用提供参考。     

氮、硅限制对赤潮藻扁面角毛藻休眠孢子形成的影响

休眠孢子的形成对于赤潮藻种群的保存、延续以及分布扩散等均具有重要的意义。通过单因子营养限制研究氮、硅对赤潮藻扁面角毛藻 (Chaetoceros compressus )休眠孢子形成的影响, 结果表明: 培养基中氮的初始浓度对休眠孢子的出现时间有一定影响。氮的初始浓度越低, 休眠孢子出现的时间越早; 反之, 氮的初始浓度越高, 休眠孢子出现的时间越晚。氮缺乏是硅藻形成休眠孢子的必需条件之一, 当培养基中氮含量低于10 mmol.L^-1时, 扁面角毛藻可以形成休眠孢子。氮缺乏诱发的休眠孢子的形成需要大量的硅, 当培养基中硅含量低于23 mmol.L^-1时, 即使氮缺乏, 扁面角毛藻也几乎不再继续形成休眠孢子。这说明硅藻休眠孢子的形成不仅受氮浓度的影响, 还与硅浓度有关。     

DYNAMIC RESPONSE OF ROOT BORDER CELLS AND THEIR ASSOCIATED MUCILAGE EXUDATION IN SOYBEAN TO AI STRESS AND RECOVERY

 以耐铝性明显差异的两个大豆(Glycine max)基因型‘浙秋2号’(耐性)和‘浙春3号’(敏感)为材料, 研究根尖边缘细胞比活度、粘液分泌和根长对铝胁迫和解除胁迫的反应, 明确边缘细胞的粘液分泌对策在铝毒环境中的生态学意义。结果表明, ‘浙秋2号’在100~400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理的3~12 h, 边缘细胞比活率呈递减趋势, 12 h后比活率又略有上升。‘浙春3号’在300和400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理的变化与前者一致。两个大豆基因型的粘液层随着Al³⁺浓度增加和时间延长而增厚, 并于400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理24 h时达到最大(>17 µm)。‘浙秋2号’在低浓度Al3+ (100和200 µmol&;#8226;L^–1)处理3~6 h后就会分泌大量粘液, ‘浙春3号’则在300 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理12 h后才有类似的变化。‘浙秋2号’在400 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理下的根相对伸长率均高于100~300 µmol&;#8226;L^–1 Al³⁺处理, ‘浙春3号’则表现为Al³⁺浓度越高, 根伸长受抑越明显。Al³⁺胁迫解除后, ‘浙秋2号’的粘液分泌速度和分泌量急剧下降, ‘浙春3号’在胁迫解除后的24 h, 仍会持续、大量地分泌粘液(>19 µm)。可见, 耐性大豆通过在铝胁迫初期快速、大量地分泌粘液以维持较高的边缘细胞活性和解除胁迫后迅速降低粘液的分泌速度及分泌量来适应铝毒害环境。     

Climate controls on vegetation phenological patterns in northern mid- and high latitudes inferred from MODIS data

Recent studies using both field measurements and satellite-derived-vegetation indices have demonstrated that global warming is influencing vegetation growth and phenology. To accurately predict the future response of vegetation to climate variation, a thorough understanding of vegetation phenological cycles and their relationship to temperature and precipitation is required. In this paper, vegetation phenological transition dates identified using data from the moderate-resolution imaging spectroradiometer (MODIS) in 2001 are linked with MODIS land surface temperature (LST) data from the northern hemisphere between 35°N and 70°N. The results show well-defined patterns dependent on latitude, in which vegetation greenup gradually migrates northward starting in March, and dormancy spreads southward from late September. Among natural vegetation land-cover types, the growing-season length for forests is strongly correlated with variation in mean annual LST. For urban areas, the onset of greenup is 4–9 days earlier on average, and the onset of dormancy is about 2–16 days later, relative to adjacent natural vegetation. This difference (especially for urban vs. forests) is apparently related to urban heat island effects that result in both the average spring temperature and the mean annual temperature in urban areas being about 1–3°C higher relative to rural areas. The results also indicate that urban heat island effects on vegetation phenology are stronger in North America than in Europe and Asia. Finally, the onset of forest greenup at continental scales can be effectively described using a thermal time-chilling model, which can be used to infer the delay or advance of greenup onset in relation to climatic warming at global scale.