中国西北地区植被NPP多时间尺度变化及其对气候变化的响应

净初级生产力(NPP)是评估植被生长的重要参数,也是评价区域生态环境质量的重要指标。以"一带一路"枢纽地区西北六省为研究区,基于多年连续的GIMMS NDVI资料和气象数据,利用CASA模型,估算了西北六省34年NPP值,利用MK和EEMD方法,揭示了NPP变化的非线性特征,并探究不同时间尺度植被NPP变化对气候变化的响应。研究结果发现:(1)1982—2015年生长季植被NPP总体呈增加趋势,线性增长率为0.718 gCm~(-2) a~(-1);大多数研究区植被NPP短时间内将保持现有变化趋势,尤其是青藏高原、塔里木盆地边缘和内蒙古南部一带。(2)1982—2015年植被NPP以3年周期变化和长期增加趋势为主。其中陕西的南部,甘肃、新疆、宁夏和青海的北部以及内蒙古中部和北部以3年周期变化为主导,而陕西的北部,甘肃、新疆、宁夏的南部以及内蒙古东部以长期变化为主。不同植被类型NPP变化差异明显:针叶林、阔叶林以及混交林以3年周期波动为主,而灌木、草地和农田以3年周期波动和长期增长趋势为主。(3)NPP与气温和降水之间的相关性随着时间尺度的增大逐渐显著。在3年时间尺度上,大多数研究区NPP与气温和降水的相关性很小(P0.05)。6年时间尺度上,NPP与降水量呈正相关的区域向南略有扩散,其中青海南部高寒草甸NPP与降水的相关性由负相关转为正相关。在长期趋势上,NPP与气温和降水量具有非常显著的相关关系,且呈正相关的区域大于负相关的区域。本研究发现多时间尺度能够更好的分析NPP时空特征以及不同时间尺度NPP对气候变化的响应,有助于揭示全球气候变化背景下植被NPP对气候变化的非线性响应机制,评价气候变化的生态坏境风险,为西北六省区域可持续发展和生态环境保护提供理论依据。     

城市“源-汇”热景观变化及其空间作用强度特征——以深圳西部地区为例

城市热岛作为一种整体涌现性的地球表层系统环境问题受到地理学和景观生态学的广泛关注,基于空间异质性对城市冷热岛影响方面的研究初步揭示了城市热环境的形成机制,然而城市冷热岛在空间上是否存在相互影响及相互作用强度还有待研究。以深圳市西部城市区为例,应用地表温度和景观分类数据,通过构建二维矩阵识别"源-汇"热景观,并采用"源-汇"热贡献指数和空间引力模型等方法定量分析了城市"源-汇"热景观的演变过程,"源-汇"热贡献程度的时空分异特征,以及两者在空间上的整体相互作用强度及演变特征。结果表明：（1）1988-2019年,城市热源、汇在空间上呈现由包围到反包围的变化,热源景观呈现基质化,其面积增长210.45%;热汇景观则表现为破碎化趋势,其面积减少48.07%。与之对应的热汇景观地表温度与区域的平均温度的温差逐渐增大,从1988年的0.49℃上升到2019年的1.91℃。（2）源、汇对热环境的贡献规模呈增长趋势,热源景观的贡献程度会随着热岛规模从零星状向区域化的转变过程中提升,形成温度聚集效果;而热汇景观的贡献程度会随着冷岛规模的破碎化过程中被抑制。（3）1988-2019年"源-汇"热景观的作用对基本保持稳定,但总作用强度发生了显著的变化,30年间增长了8倍。从热汇景观一对多影响热源景观转变为热源景观一对多影响热汇景观,且作用强度也越来越强。研究发现城市热"源-汇"的空间相互作用强度与"源-汇"热景观的贡献程度有密切关联,因此控制热源景观规模和维护热汇景观规模对调控城市热环境,对提升城市居民生活质量有重要意义。     

植被光合呼吸模型在长白山温带阔叶红松林的优化及验证

植被光合呼吸模型(VPRM)关键参数的确定和优化是准确计算生态系统净CO_2交换(NEE)的基础。利用中国通量观测研究联盟(China FLUX)长白山站温带阔叶红松林2005年的通量观测资料,对VPRM的4个参数(最大光能利用率ε_0、光照为半饱和条件下光合有效辐射值PAR0和呼吸参数(α、β))进行优化,并使用2006年的观测资料对参数优化前后的模拟结果进行评估。结果表明:参数优化后,VPRM能够较好地模拟长白山地区2006年植物生长季NEE的变化。对30min NEE模拟的平均误差为-1.81μmol m~(-2)s~(-1),相关系数为0.72,模拟NEE平均日变化的峰值约为观测值的91%,相关系数为0.97。但在植物非生长季模型对森林NEE的模拟效果较差。模型模拟30min NEE的平均误差为0.39μmol m~(-2)s~(-1),相关系数仅为0.10,并且模拟低估NEE平均日变化白天吸收峰值约82%,日变化模拟值与观测值的相关系数为0.50。通过分析不同天气个例,发现模型可以较好地模拟晴天条件下NEE的变化,而对阴雨天NEE的模拟误差较大。该研究有利于提高VPRM模型对温带落叶阔叶林NEE的模拟能力,对进一步改进区域陆地NEE的模拟具有重要意义。     

夜间变暖提高荫香叶片的光合能力

研究了不同氮供应的条件下夜间变暖对荫香叶片光合能力的影响。当植株生长在相同的日间温度(25℃),而夜间温度从18℃增至20℃时,叶片的光合速率增高(p<0.05)。高氮供应的植株,夜间变暖下其叶片光合速率较低氮供应的高,氮供应增高能促进夜间变暖提高叶片光合速率的效应。在低氮供给和夜间变暖下,植株叶片的光下呼吸和暗呼吸的增高显著(p<0.05)。无论在高氮或低氮供应下,生长在夜间变暖下的植物,其叶片的R ub isco最大羧化速率(Vcm ax)和光合电子传递最大速率(Jm ax)增高(p<0.05),氮供应能增强夜间变暖对Vcm ax和Jm ax的正向效应。夜间变暖降低植株叶片的比叶重,而增加单位叶干重的氮含量(Nm),单位叶面积的氮含量(Na)没发生明显变化。随着全球气候变化,夜间趋暖将有利于树木叶片光合能力的提高,结合高氮供给将会明显地增高植物的碳固定。     

利用光合菌发酵对玉米秸杆进行转化的研究*

系统研究了光合菌在氨法处理和非氨处理两种环境下,在厌氧、好氧、以及自然条件下对玉米秸秆的转化。通过发酵液中还原糖与蛋白质浓度的测定结果的比较、判断、优选出一种最适合条件下光合菌对玉米转化的途径。研究表明,在以氨化法处理的玉米秸秆为底物与光合菌的发酵实验中,发酵液中的还原糖和蛋白质的尝试都要比非氨法条件下玉米秸秆为底物与光合菌发酵实验中的发酵液中的不原糖和蛋白质的浓度高。实验结果证明了转化产生的还原糖、蛋白质都是光合菌能利用的营养成分,由此达到利用光合菌转化玉米秸秆的研究目的。     

落叶阔叶林冠层光合有效辐射分量的遥感模拟与分析

冠层绿色叶片(光合组分)的光合有效辐射分量(绿色FPAR)真实地反映了植被与外界进行物质和能量交换的能力,获取冠层光合组分吸收的太阳光合有效辐射,对生态系统生产力的遥感估算精度的提高具有重要的意义。研究以落叶阔叶林为例,基于SAIL模型模拟森林冠层光合组分和非光合组分吸收的光合有效辐射,研究冠层FPAR变化规律以及与植被指数的相关关系。结果表明,冠层结构的改变会影响冠层对PAR的吸收能力,冠层绿色FPAR的大小与植被面积指数及光合组分面积比相关;在高覆盖度植被区,冠层绿色FPAR占冠层总FPAR的80%以上,非光合组分的贡献较小,但在低植被覆盖区,当光合组分和非光合组分面积相同时,绿色FPAR不及冠层总FPAR的50%;相比于NDVI,北方落叶阔叶林冠层EVI与绿色FPAR存在更为显著的线性相关关系(R~20.99)。     

连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏希尔反应活力和叶绿体ATP酶活性的影响

近年来,随着温室气体浓度不断上升,有关CO2浓度升高对植物影响的研究已取得一定进展,但CO2浓度升高对植物光合作用的影响需要从生理生化水平上进一步深入的研究.以沈阳城市森林树种银杏(Ginkgo biloba L.)为研究对象,利用开顶式气室研究连续两个生长季大气CO2浓度升高对银杏光合特性的影响.结果表明,在大气CO2浓度为700μmol·mol-1条件下,与对照相比,第1个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率极显著增加(P<0.01),希尔反应活力极显著增大(P<0.01)、Ca2+/Mg2+-ATP酶活性显著(P<0.05)或极显著增强(P<0.01)、光合产物淀粉的含量极显著增多(P<0.01);第2生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率显著增加(P<0.05),希尔反应活力在通气60d时极显著(P<0.01)增大,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性在处理30d时显著降低(P<0.05),淀粉含量增多.与第1个生长季相比,第2个生长季CO2处理的银杏叶片净光合速率降低,希尔反应活力减小,Ca2+/Mg2+-ATP酶活性减弱,叶绿素含量增多,淀粉含量减少.试验中出现了光合适应现象.     

紫茎泽兰茎和叶片色素及叶绿素荧光相关参数对不同温度处理的响应差异

通过人工模拟低温(12 ℃)、常温(25 ℃)、高温(35 ℃)生境,对紫茎泽兰茎和叶片色素(叶绿素a,b,类胡萝卜素,花青素)含量和组成、叶绿素荧光参数包括最大荧光效率Fv/Fm、光系统II效率ФpsⅡ、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ、热耗散速率HDR进行了动态测定.结果表明:在低温和高温胁迫处理过程中,茎和叶片的色素含量和组成随时间变化趋势基本一致,但茎的变化幅度明显低于叶片.与此类似,茎和叶片叶绿素荧光参数在不同温度处理过程中的变化趋势一致,但是茎各指标的变化幅度普遍小于相应叶片的变化幅度:低温下,茎的ФpsⅡ和ETR较对照最大降低44%,而叶片降低超过60%;高温下,茎的ФpsⅡ和ETR较对照下降16%～57%;而叶片则下降50%～80%.其产生原因在于:在温度胁迫条件下,叶片获取光能用于光化学过程的份额(qP)大幅下降,用于热耗散的份额(NPQ)大幅上升,茎的情况相反,所获取光能用于光化学电子传递的份额较常温下更多、用于热耗散的减少,这使得茎的耗散速率(HDR)升高的幅度显著低于叶片的升高幅度(p<0 05).综合3个温度的测定结果,茎的叶绿素含量相当于叶片的1/3～1/6,茎的叶绿素a/b较叶片低20%左右,但是光合电子传导速率ETR与叶片相当,这使得茎的光合色素利用效率ETR/Chl远高于叶片.叶片和茎叶绿素荧光参数在不同温度处理下变化趋势一致、但叶片的变化幅度远大于茎的这一响应差异,使得在适宜温度下紫茎泽兰叶片光合对整体光合贡献增大,而在温度胁迫条件下茎的光合贡献增大,这种策略使得这一植物在适宜生境下通过叶片光合、快速生长迅速占据生境,而在逆境条件下茎等非同化器官光合贡献增加,有利于其在逆境中的保存.     

酸性木聚糖酶基因的克隆及其在毕赤酵母中的分泌表达*

运用“鸟枪法”克隆构建了环境微生物的基因组文库,并从中筛选得到一个酸性木聚糖酶基因,命名为xyl3,其在GenBank中的登录号为gb:AY300805。BLAST分析表明,该基因的序列同源性很低,其中仅存在很短的木聚糖酶基因的同源片段,其编码的木聚糖酶属于Glycosyl hydrolases fam ily 10,与来源于Geobacillus stearotherm ophilus的intra-cellu larxylanase在氨基酸水平具77%同源性。该基因经T4 DNA poly     

干旱胁迫下AMF对云南蓝果树幼苗生长和光合特征的影响

采用盆栽试验与称重控水法,将土壤相对含水量分别控制在田间最大持水量的100%、91.68%、82.85%、60.00%、41.86%和21.28%,并在这6个不同的土壤相对含水量条件下,分别设添加苯菌灵(杀真菌剂)(低AMF)和不添加苯菌灵(高AMF)处理,研究干旱胁迫下AMF对极小种群野生植物云南蓝果树幼苗生长和光合特征的影响,揭示云南蓝果树濒危的微生物学机制,为云南蓝果树保护措施的制定与实施奠定基础。结果表明,添加苯菌灵处理显著降低了不同水分条件下的AMF侵染率,说明试验中AMF处理的实生苗在生长和光合特征上的差异是苯菌灵处理下侵染率下降导致的;随着干旱胁迫的加剧,云南蓝果树幼苗的根部AMF侵染率显著降低、叶面积等生长指标和净光合速率(Pn)等光合参数都发生显著变化;高AMF处理可以显著增加水分充足和轻度干旱胁迫条件下云南蓝果树幼苗的大部分生长指标和光合参数,而对重度胁迫下的云南蓝果树幼苗没有显著影响,说明重度干旱胁迫对其影响大于AMF的影响;另外,整合了可塑性指数分析和隶属函数分析两种方法对其抗旱性进行评价,云南蓝果树幼苗基本上无法通过调节形态和光合能力来适应水分环境的变化,但是高AMF处理可使云南蓝果树幼苗具有较强的可塑性和更强的抗旱性。实验结果为云南蓝果树的科学保育及种苗繁育提供了理论依据。