植物-土壤系统中水分再分配作用研究进展

在过去100多年里,植物与土壤之间水分关系的研究多侧重于植物本身的水分利用方式、水分利用效率及其植物根系对水分的吸收等.然而进入20世纪80年代后期,植物生理生态学研究人员开始将注意力转移到植物根系对土壤水分的调节作用,即水分再分配（hydraulic redistribution）作用,具体地讲是在水势差的驱动下水分由根系向土壤中释出的一种双向和被动的水分运转过程,其中既包含水分由深层土壤向表层土壤的释出,也包括由表层土壤向深层土壤的流动,同时还涵盖了水分在水平方向上的侧向运输过程.伴随着研究手段的不断提高和对生态系统水平衡问题的关注,水分再分配逐渐成为近代植物生态学和水文学的交叉学科生态水文学（ecohydrology）的核心研究内容之一.目前该领域的研究已经阐明水分再分配作用在不同程度上对植物个体蒸腾、碳同化速率有很大贡献,有利于提高根系生活力和土壤养分;另外,在不断扩展的生态系统生态学研究中,也加强了对制约水分再分配作用发生的外部因子的认识.回顾和分析了水分再分配的研究历史、生态学意义、影响因素、测定方法等,特别提出阐述浅根系植物对水分再分配作用的依赖性与依赖程度,从植物进化学角度解释水分再分配作用发生的生理学基础和意义及水分再分配作用对土壤微生物活性的影响等方面将是未来研究的几个重点方向.     

西南喀斯特地区两种草本对干湿交替和N添加的生长响应

喀斯特地区的"岩溶干旱"和频繁的变水环境成为喀斯特地区植被生长和分布的重要选择压力,是该地区植被恢复重建的主要障碍因子。N沉降也会对喀斯特地区的生态系统造成难以预测的影响。为了探究喀斯特地区草本植物对干湿交替和N添加的生长响应,以苍耳(Xanthium sibiricum)和三叶鬼针草(Bidens pilosa)为研究对象,通过盆栽水分受控实验,研究了5种不同水分处理[对照组(CK)、干旱组(D)、1周干湿交替处理组(DW-1)、2周干湿交替处理组(DW-2)和3周干湿交替处理组(DW-3)]与N添加(N+、N-)对两种草本植物生长和生物量的影响。结果表明,干旱胁迫抑制了植物生长和生物量的积累,株高、叶面积、总根长和根体积等生长指标和地上生物量均显著降低,根冠比增大。不同程度的干湿交替对植物的生长和生物量的积累均表现出一定程度的补偿效应,但这种补偿效应的大小随着干旱持续时间的延长而减弱。N添加对植物的生长和生物量积累有显著地促进作用,株高、根表面积、根体积和根生物量较对照组显著增加,但这种促进作用随着干旱历时的增加而减弱,可能与土壤水分状况有关。同时,N添加还影响着植物生物量的分配,在促进两种植物地上和地下生长的同时,还促进了植物根冠比的增加。     

不同水分下准噶尔无叶豆分株种群特征和生物量分配差异

准噶尔无叶豆是豆科无叶豆属小半灌木,在中国仅片断化分布于新疆古尔班通古特沙漠局部区域.该种自然种群种子萌发率极低(<3%),主要靠克隆繁殖维持种群.为研究克隆生长在异质性生境中的可塑性特征及其生态适应意义,对生境土壤含水量存在差异的两个准噶尔无叶豆自然种群(河边种群,沙漠种群)的分株种群特征、生物量及其分配比重进行了比较,研究发现:①在分株种群特征上,河边种群的分株显著高于沙漠种群,分株间距也显著大于沙漠种群.沙漠种群分株密度和根的密度显著大于河边种群,但每一分株拥有根的概率显著小于河边种群;②在生物量分配方面,河边种群具有比沙漠种群大的根生物量,但根茎生物量则要显著的小于沙漠种群;③在植株各部分生物量比重随植株大小的变化趋势上,河边种群各部分的比重随植株大小变化的趋势平缓,而沙漠种群各部分的比重变化趋势则较为急剧,表明河边准噶尔无叶豆分株种群随着植株的大小变化,资源分配比例并没有发生很明显的变化,而沙漠种群变化较大.结果表明,准噶尔无叶豆种群对所处生境水分条件存在可塑性响应,并通过分株种群特征变化和生物量分配差异应对水分条件的变化,形成自身的适应对策.     

黄河下游平原非农植物多样性拆分研究

非农生物多样性的存在是农业景观生态系统健康持续发展的基础,对农业景观非农生境中植物群落物种多样性特征分析将有助于可持续农业景观构建措施的科学提出。在黄河下游平原典型农业景观中采用栅格分区的方式布设样点(共54个),采用典型样地法对各样点内的林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境的植物群落进行调查,采用生物多样性加性分配的方法探讨不同空间尺度上生物多样性的组成特征。结果显示:(1)各非农生境间植物群落物种多样性特征存在较大的差异。(2)偶见种从数量上构成了各非农生境中植物物种丰富度的主体,而常见种则行使着群落优势种和构建者的角色。(3)总体上,β多样性在各空间尺度中均对总物种丰富度具有重要贡献。(4)常见种和偶见种中物种组成格局存在显著差异:常见种的物种丰富度主要由α多样性贡献,而β多样性则贡献了偶见种的绝大部分。简言之,β多样性对区内植物多样性的保护和维持意义重大,农业景观中非农生境类别的出现对总物种丰富度的提高具有重要作用;各生境中较高的样点间β多样性(β样点)意味着在看似均质化的农业景观背景中依然具有较高的区域差异;景观组成和构型的变化将对农业景观中植物群落特征和物种多样性产生重要影响,且对偶见种的影响更甚。未来,应从景观和区域等更大尺度上,基于农业景观生态系统功能和服务的综合考虑及可持续农业景观的建立来探讨农业活动与生物多样性保护的权衡。     

川西风毛菊果期资源分配对海拔的响应

以分布于青藏高原东缘的川西风毛菊为试验材料,研究了其不同海拔高度16个居群的果期资源分配。结果显示:1)随着海拔的升高,个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、根系质量、茎叶质量以及每株植物种子总数量均不断减小,但种子百粒重不断增加;2)繁殖分配和根系分配与海拔呈正相关关系,营养分配和茎叶分配与海拔呈负相关关系;3)果期繁殖分配和营养分配、根系分配和茎叶分配以及种子数量与百粒重之间均存在资源分配上的权衡。研究结论:1)海拔作为外界因子对川西风毛菊果期各生物量及资源分配有显著的影响;2)随着海拔的升高,川西风毛菊通过增加繁殖分配,根系分配以及种子百粒重来适应胁迫环境,提高自身的适合度。     

暗针叶林下华西箭竹（Fargesia nitida）对岷江冷杉（Abies faxoniana）幼龄植株种群动态的影响

通过不同华西箭竹（Fargesia nitida）环境中岷江冷杉（Abies faxoniana）幼龄植株种群生命表及存活曲线、死亡曲线、消失率曲线和生存函数曲线,分析种群动态趋势,并根据野外取样分析华西箭竹对岷江冷杉幼龄植株生物量分配的影响。结果表明：在暗针叶林下,岷江冷杉幼龄植株总的种群结构呈明显的金字塔型,存活曲线DeeveyⅢ型,幼苗个体丰富,死亡率高,进入小树阶段后有较高的生命期望。小密度华西箭竹增大了岷江冷杉幼苗、幼树的死亡率,该环境下的岷江冷杉幼龄植株种群存活曲线为DeeveyⅡ型,而无竹环境为DeeveyⅢ型。大密度华西箭竹环境中岷江冷杉小幼苗叶重比显著增大,异速生长显著增高。过于密集的华西箭竹严重抑制了岷江冷杉幼苗的定居,而小密度华西箭竹的存在对岷江冷杉的更新并非完全不利。     

武汉市石榴红农场休闲景观的游憩价值和存在价值估算

都市休闲农业将传统农业与旅游业结合,利用农田景观、自然生态及环境资源,融合农业生产、农村文化及农家生活等人文景观,为人们提供休闲、娱乐和游憩等多重功能.价值估算在对武汉市石榴红农场及182位样本游客调查的基础上,应用旅游成本法和条件价值评估法估算休闲农地景观的游憩价值和存在价值.研究结果表明:(1)从传统的种植单位转型为以休闲度假、农事体验、农业观光为主的农业园区,石榴红休闲农场的经营效益明显,单位用地效益较传统蔬菜种植收益 (22990.26元/(hm2·a)) 净增1.6倍,但其带给消费者的更多的是目前无法通过市场配置的非市场价值.(2)利用TCM评价出石榴红农场2006年的总游憩价值在5057.99×104元,人均消费者剩余(consumer surplus, CS)2809.99元,约为游客平均游玩费用的36.71倍;农地景观单位游憩价值334905元/(hm2·a),是休闲农业经济产值(60000元/ (hm2·a))的5.58倍,游憩价值是农地景观价值构成中的重要组成.(3)从游客的支付意愿(willingness to pay, WTP)出发,应用CVM估算出石榴红休闲农地景观保存价值达117.92×104元/a,土地年均存在价值7808元/hm2.(4)农地景观的游憩价值及存在价值等非市场效益显著,然而在现行资源价值核算体系中却往往因缺失交易机制而被遗漏,意味着在土地分配决策与消费实践中,如果只单纯考虑经济产值,土地用途转换过程中将造成大量的社会福利损失.     

生长期-定时一年生植物群体光合产物的最优分配策略的理论分析

本工作建立了一个一年生植物群体的生长模型,利用以梯度法为基础的离散系统最优控制的计算方法,计算并分析了一年生植物群体光合产物的营养器官间分配的最优策略,以及这一策略对植物群体最大生长速率和消光系数的依赖关系。用Pontryagin最小值原理和奇异最优控制的条件证明了光合产物的最优分配方法是:在营养和生殖生长并行阶段,群体叶片的死亡量恰好等于新形成量,植物干重随时间线性增加。     

基于Agent模型的生态公平指数构建与模拟

伴随着社会经济的发展,社会公平逐渐成为热点话题。社会公平问题不但体现在社会现象上,还对生态系统起着重要的影响。通过构建资本交换自主体模型,模拟社会财富分配动态过程,可观测资本交换熵指数变化情况,从而解释熵增原理。除此以外,不同系统的最终状态能达到的最大熵指数不同,用熵增原理与本文构建的最大熵指数模型可以对系统的生态公平进行纵向或横向评价。构建的资本交换熵模型也可以证明最大熵原理,同时,财富集中的现象将会使生态环境的选择权完全交予富人群体,影响可持续发展。     

库布齐东段不同植被恢复阶段荒漠生态系统碳氮储量及分配格局

为科学评价植被恢复促进沙漠化逆转对碳氮储量的影响,以流动沙地、半固定沙地、油蒿固定沙地、柠条固定沙地、沙柳固定沙地5个阶段荒漠生态系统为研究对象,采用时空替代法分析植被恢复过程中荒漠生态系统碳氮储量及分配格局。结果表明:不同恢复阶段碳氮储量均表现为:流动沙地(3320.97 kg C/hm~2、346.69 kg N/hm~2)半固定沙地(4371.46 kg C/hm~2、435.95 kg N/hm~2)油蒿固定沙地(6096.50 kg C/hm~2、513.76 kg N/hm~2)柠条固定沙地(9556.80 kg C/hm~2、926.31 kg N/hm~2)沙柳固定沙地(19488.54 kg C/hm~2、982.11 kg N/hm~2)。植被层碳氮储量均呈现随植被恢复逐渐增加的趋势,除流动沙地外,其他阶段碳氮储量均以灌木层为主,占比分别为66.65%—91.41%和52.94%—93.39%,草本和凋落物占比较小。灌木各器官生物量及碳储量分配均为:茎根叶,氮储量分配无明显规律,草本各器官生物量及碳氮储量分配均为地上部分高于地下部分。土壤层是荒漠生态系统碳氮储量的主体,碳储量占比为68.64%—99.62%,氮储量占比为89.26%—99.89%,同样呈现随植被恢复逐渐增加的趋势。碳氮储量随土层加深逐渐降低,具有明显的表层富集特征,且随植被恢复过程富集性显著加强。这说明人工建植促进植被演替实现沙漠化逆转可以显著增强荒漠生态系统的碳氮固存能力。