N:P化学计量学在生态学研究中的应用

化学计量学很早就被应用于生态学研究中,但长期以来几乎被生态学家所忽视.近年来,由于认识到化学计量学研究可以把生态实体的各个层次在元素水平上统一起来,因此元素化学计量学成为近年来新兴的一个生态学研究领域.氮磷作为植物生长的必需矿质营养元素和生态系统常见的限制性元素,在植物体内存在功能上的联系,二者之间具有重要的相互作用.近年来由于人类活动的强烈影响,这两种元素的循环在速度和规模上都发生了前所未有的改变,导致一系列环境问题的出现,因此N:P化学计量学研究就显得极为重要.本文论述了N:P化学计量学在物种、群落、生态系统等各层次的应用现状,同时从分子生物学角度分析了应用N:P化学计量学的可行性,并指出了N:P化学计量学研究的应用前景和存在的缺陷.     

氮素对内蒙古典型草原羊草种群的影响

为了研究氮素对内蒙古典型草原植物种群的影响, 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 实施了长期的氮素添加试验。就两年来不同梯度氮素处理对羊草 (Leymuschinensis) 种群的影响进行了分析。结果表明, 氮素对羊草种群具有显著的调节效应, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群密度、种群高度、地上生物量、地下生物量、总生物量均显著增加, 羊草种群地下生物量 /地上生物量比值逐渐降低。氮素对羊草种群构件的生物量分配有显著影响, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群生物量向根茎的分配比例显著降低, 向叶片和根系的分配比例显著提高。羊草种群的相对密度和相对生物量也随着氮素梯度的增加而显著提高。     

内蒙古典型草原生态系统中N素添加对羊草和黄囊苔草N:P化学计量学特征的影响(英文)

过度放牧是中国典型草原生态系统日趋退化的主要原因。由于养分输入-输出的不均衡,将导致土壤养分库的耗竭,而确定退化草原受何种养分的制约是对其进行恢复的重要途径之一。应用NP化学计量学的原理和方法,有望代替传统的野外养分添加实验,来研究不同草地受养分限制的状况。本文采用这两种方法在物种水平上研究限制性养分。此外,陆地植物器官中的NP比相对恒定是植物在地球上生存的重要适应机制,养分添加为验证这一假说提供了一种有效手段。为此,我们采用野外N素添加的方法,研究了内蒙古典型草原两种演替系列样地中(围封22年的样地A和围封2年的样地B)羊草(Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.)和黄囊苔草(CarexkorshinskyiKom)生物量和NP化学计量学特征的变异。N素添加梯度分别为0、5、15、30、50、80gNH4NO3.m-2.a-1。研究结果表明,在施肥第一年,两个物种的地上生物量和P含量均不受N素添加的影响;相关分析结果表明,在施肥第二年两种植物的NP比不受氮素添加的影响;施肥可以显著提高羊草和黄囊苔草地上器官的含N量,P含量只是在第二年有显著增大的趋势;2001年,两块样地中羊草和黄囊苔草的氮磷含量在不同施肥处理下均呈极显著地正相关。这表明,样地A中黄囊苔草缺乏P,样地B中羊草缺乏N,施肥两年后,两个物种器官中的N     

沿土壤水分梯度黄囊苔草碳同位素组成及其适应策略的变化

 选取了内蒙古锡林河流域6个水分条件不同的典型植物群落,测定了各群落中黄囊苔草 (Carex korshinskyi) 叶片δ13C值、叶片含水量（LWC）及其种群特征的变化。结果表明：1）不同生境下,黄囊苔草叶片的碳同位素组成发生明显变化（变幅为1.8‰）。沿土壤水分梯度,随着土壤含水量的降低,黄囊苔草叶片δ13C值显著增大,水分利用方式更加保守。2）虽然不同生境下,黄囊苔草叶片含水量变化不大,但其叶片δ13C值与LWC表现出显著的负相关关系(p=0.051)。这表明黄囊苔草水分利用效率对其叶片水分状况变化的反应非常敏感。3）在不同生境下,黄囊苔草种群的植株高度、密度、地上生物量及其在群落中的出现频度明显不同。具有较高δ13C值的黄囊苔草种群在群落中出现的频度和地上生物量所占比例都显著增加。以上结果表明,生长在不同生境下的黄囊苔草种群能够通过改变其水分利用效率适应不同的土壤水分状况,使其在植物群落中表现出更强的竞争能力和生态适应性。     

西双版纳不同热带生态系统土壤有机质的光谱学特性

 为了探讨西双版纳地区土地利用变化对土壤有机质含量及其化学组成的影响,选取了相邻的次生林、耕种6年的农田和定植3年的橡胶园样地,对其0～5 cm和5～20 cm表层土壤中有机质含量、胡敏酸的光谱学特性进行了分析。研究结果表明,次生林转变为农田之后,0～5 cm和5～20 cm 表层土壤有机质含量分别降低33.6%和23.7%;而次生林转变为橡胶园,分别降低28.6%和27.6%。胡敏酸可见-红外光谱结果显示,次生林转变为农田和橡胶园后,0～20 cm表层土壤E4/E6显著降低,这表明胡敏酸化学组成当中芳香族结构增加。傅立叶变换红外光谱结果同样表明,土地利用变化影响土壤有机质的化学组成。次生林转变为农田和橡胶园后,胡敏酸中羧基和酚基结构比例降低,而脂肪族、芳香族和多聚糖比例增加。     

短期氮、水添加对放牧背景下荒漠草原短花针茅叶片属性的影响

叶片属性是反映植物对环境变化敏感程度的重要特征,可在一定程度上预测植物对放牧干扰后的恢复能力。短花针茅（Stipa breviflora）是内蒙古荒漠草原的主要建群种。在不同放牧强度背景下的短花针茅草原开展了围封模拟放牧持续利用的实验,同时进行添加氮素和水分的恢复措施,测定了7月和9月中旬建群种短花针茅叶片的比叶面积、叶干物质含量,以及叶片全氮、叶片全磷和叶片全碳含量,分析水分和氮素添加对建群种短花针茅叶片的影响,探讨不同放牧强度下短花针茅可持续利用的氮水调控机制。结果显示,氮素和水分添加显著地增加了短花针茅叶片氮含量,降低了叶片碳氮比;放牧强度也显著地增加了叶片氮含量,且轻度放牧下的叶片氮含量（20.36 g/kg）显著高于对照（18.80 g/kg）;生长末期短花针茅的比叶面积、叶片碳含量、叶片碳氮比和叶片碳磷比显著高于生长盛期,叶片氮含量和磷含量显著低于生长盛期;在生长盛期和生长末期,不同放牧强度背景下对短花针茅所采取的氮素和水分的供给措施也不同。研究结果表明在放牧背景下短期氮、水添加提高了短花针茅的叶片氮含量,特别是在生长季后期水分添加增加了叶片氮和磷含量,可进一步促进短花针茅的生长。我们的结果也表明了资源供给水平的改善有助于短花针茅的迅速恢复。     

内蒙草原不同植物功能群及物种对土壤微生物组成的影响

为了分析不同植物群落组成对内蒙古典型草原土壤微生物群落组成的影响,本研究利用植物功能群剔除处理实验平台,采用荧光定量PCR(real-timePCR)和自动核糖体间隔区基因分析(automated ribosomal intergenic spacer analysis,ARISA)技术,对不同植物功能群组成的非根际土壤和常见物种的根际土壤中细菌和真菌的数量及群落结构进行了分析。结果表明,在非根际土壤中,不同植物功能群组成对细菌数量有显著影响,而对真菌数量及细菌和真菌的群落结构影响不明显;在根际土壤中,不同植物物种对细菌、真菌的数量都有显著影响。此外,聚类分析表明,不同物种的根际土中细菌和真菌的群落结构也有所不同,尤其以细菌的群落结构变化较为明显。研究结果表明不同植物物种可以通过根系影响土壤微生物群落组成。     

生物同质化研究透视

生物同质化是指特定时间段内两个或多个生物区在生物组成和功能上的趋同化过程, 包括遗传同质化、 种类组成同质化和功能同质化三个方面。近年来, 生物同质化问题已引起生态学界的高度重视, 成为保护生物地理学的一个全新议题, 但在国内的相关研究较少。本文从生物同质化概念的发展历程入手, 对生物同质化三个方面的度量方法和驱动因素分别做了介绍和评述, 指出外来物种入侵和本土物种灭绝是导致生物同质化的最主要原因, 其他能促进这两个过程的活动, 如环境退化和干扰、城市化和生境同质化等都会对生物同质化有影响; 生物同质化具尺度效应, 在不同生物地理区域以及不同生态系统和生物类群之间, 生物同质化程度不同, 主要驱动力也各异。探讨了生物同质化在生态、生物进化和人文经济方面的影响以及生物同质化与生物多样性保护的关系。最后对我国开展生物同质化研究的必要性和需要解决的问题做了探讨, 以期能推动生物同质化研究在我国的发展。     

2018年中国植物科学若干领域重要研究进展

2018年中国植物科学继续呈现快速发展的态势, 我国科学家在国际植物科学主流学术刊物发表论文数量大幅增加, 取得了多项具有重要影响的成果。调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展入选2018年度中国科学十大进展; 中国被子植物区系进化历史研究入选2018年度中国生命科学十大进展。以水稻为代表的农作物和果蔬等经济作物研究在国际上已呈现出明显的优势, 若干领域已从“追赶”状态跨越到“领跑”地位。该文对2018年中国科学家在植物科学若干领域取得的重要研究成果进行了概括性评述, 旨在全面追踪和报道当前中国植物科学领域的发展前沿和热点, 展示中国科学家所取得的杰出成就。     

京津冀风沙源区沙化土地治理关键技术研究与示范

京津冀风沙源区是我国北方生态屏障的重要组成部分。面向我国北方风沙区沙化土地综合治理、典型脆弱生态修复与保护等重大科技需求,京津冀风沙源区沙化土地治理关键技术研究与示范项目将综合运用长期定位观测、控制实验、多源遥感数据融合、技术示范等方法,重点研究京津冀风沙源区土地沙化形成机制与生态修复机理,研发一批沙化土地治理与产业化关键技术,并在各治理区开展试验示范,集成京津冀风沙源区沙化土地治理与产业化技术体系,构建沙化土地综合整治空间决策支持系统,为京津风沙源治理工程建设、保障京津冀地区生态安全及满足2022年北京冬奥会生态需求提供科技支撑。