生态化学计量学理论的应用、完善与扩展

生态化学计量学结合生物学、化学和物理学等基本原理, 研究碳、氮、磷等化学元素在各种生态过程中的平衡。由于生态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, 因此生态化学计量学已成为许多生态系统的新兴研究工具。目前, 生态化学计量学研究已深入到生态学的各个层次(分子、细胞、个体、种群、群落、生态系统)及区域等不同尺度。由于C、N、P 对有机体和生态系统的结构和功能的重要作用, C∶N∶P 化学计量学成为各种生态过程研究中的核心内容, 其基本理论(动态平衡理论、生长速率理论)围绕C∶N∶P 化学计量比而展开阐述。将生态化学计量学理论应用于全球格局下的生态系统研究时, 产生了许多崭新的成果(如植物营养全球格局等)。希望对生态化学计量学的概念、核心理论和全球格局下的应用以及该学说的完善与发展状况的简单介绍, 能有助于推动我国在此领域的相关研究。     

悬浮泥沙与斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)对亚洲苦草(Vallisneria natans)光合放氧速率的影响

光照强度是沉水植物生长的主要限制因子。采用Clark 型氧电极研究了悬浮泥沙与斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)共同作用对亚洲苦草(Vallisneria natans)光合放氧速率的影响。将亚洲苦草种植于添加不同浓度悬浮泥沙(0.1、0.2、0.5、1.0g·L^–1)和斜生栅藻(105、106、107、108 cell·L^–1)水体中, 定期测定水体中斜生栅藻叶绿素a、光照强度及亚洲苦草光合放氧速率。结果表明: (1)各实验组斜生栅藻呈“S”型增长, 且到达稳定期时间与悬浮泥沙浓度正相关, 与藻细胞添加浓度负相关; (2)除对照组外, 各实验组水体中光照强度曲线均呈先上升后下降变化趋势, 第3 天各实验组的光照强度均出现了高峰值, 而第3 天以后, 光照强度均开始下降, 其中下降最快的是0.1g·L^–1 悬浮泥沙含量实验组, 15 d 后该组平均下降了57.8%, 与空白对照组相比, 差异显著(P<0.05); (3)随着时间推移, 各实验组亚洲苦草光合放氧速率均呈下降的趋势, 其中悬浮泥沙浓度1.0 g·L^–1、藻细胞浓度为108 cell·^L–1 实验组下降最明显, 15 d 后降到了10.88 μmol·^g–1(FW)·h^–1; (4)由可重复双因子方差分析可知悬浮泥沙和斜生栅藻对苦草光合放氧速率的影响均极显著(P<0.01), 且添加不同藻细胞密度造成的组间差异明显大于悬浮泥沙含量造成的组间差异, 这说明亚洲苦草光合放氧速率变化对藻细胞密度变化比悬浮泥沙含量变化更为敏感。研究结果进一步揭示了富营养化泥沙水体苦草群落衰退原因, 且为沉水植被恢复工程提供了科学依据。     

1940s 以来中国大陆岸线变化的趋势分析

基于1940s-2014 年六个时相的中国大陆岸线数据, 利用基于剖面计算的岸线变化速率, 在全国、省域与区域三个尺度定量分析中国大陆岸线变化的时空特征, 结论如下: 1)1940s 以来, 中国大陆岸线总体以扩张趋势为主; 大规模扩张趋势主要发生于淤泥质海岸, 空间分布较为集中和连续, 而后退趋势主要表现为砂砾质海岸的侵蚀后退, 空间分布较为分散; 2)在10 省市区层面, 岸线均是扩张与后退并存, 但以扩张趋势为主, 其中, 天津、河北、上海、江苏岸线的不稳定性最高; 3)在32 个区域层面, 除海州湾至江苏废黄河口岸段, 绝大多数区域的岸线均以扩张趋势为主; 黄河三角洲、莱州湾南岸、江苏废黄河口至长江三角洲岸段岸线动态度较高; 4)近70 年来, 辽河三角洲至莱州湾南岸岸线持续向海扩张, 1990年后, 虽然扩张规模有所减小, 强度却显著增加; 长江三角洲至杭州湾岸段, 岸线扩张势头强劲且1990 年后更趋增强; 杭州湾以南岸线, 扩张强度始终较为平稳。总的来说, 从位移方向的角度分析中国大陆岸线变化的时空特征, 尤其是对扩张与后退热点区域的识别, 将有助于海岸带区域环境与生态问题的防治、资源的优化配置以及经济社会的可持续发展。     

Variations and interrelationships of foliar hydraulic and photosynthetic traits for Larix gmelinii

Aims Variations and potential trade-offs of leaf hydraulic and photosynthetic traits are essential for assessing and predicting the effect of climate change on tree survival, growth and distribution. Our aims were to examine variations and interrelationships of leaf hydraulic and photosynthetic traits in response to changes in site conditions for Dahurian larch (Larix gmelinii)—a dominant tree species in Chinese boreal forests.Methods This study was conducted at the Maoershan Forest Ecosystem Research Station. A transect of 27 year-old Dahurian larch plantation was established that consisted of five plots extending from the valley to the ridge of a slope. The predawn leaf water potential (Ψ_pre), area- and mass-based leaf hydraulic conductance (K_area and K_mass, respectively), resistance to embolism capacity (P₅₀), leaf mass per area (LMA), net photosynthetic rate (A), and leaf nitrogen content (N) were measured in August 2016.Important findings The Ψ_pre, K_area, K_mass, P₅₀, A, LMA, and N all varied significantly among the plots (p < 0.05), indicating significant intra-specific variations in these traits in response to the changes in site conditions. The P₅₀ was significantly (p < 0.05) correlated with Ψ_pre, K_area or K_mass, suggesting that a trade-off between hydraulic efficiency and safety exist within the species to some degree. There were significant (p < 0.05) pairwise correlations between A, LMA, and N. Nevertheless, there was no significant (p < 0.05) correlation between the measured photosynthetic traits and hydraulic traits. We concluded that the intra-specific variations and multiple interrelationships of the leaf hydraulic and photosynthetic traits for the larch reflect the plasticity of its leaf traits and strategies of its survival and growth as a result of its acclimation to diverse site conditions.     

筼筜湖浮游植物细胞裂解率的时空变化

酶测定法作为现场测定浮游植物裂解速率的方法已被广泛应用于各种水体环境中。本论文对厦门市筼筜湖的浮游植物裂解速率的时空变化展开调查,探讨了浮游植物裂解速率的时空变化及其影响因素。调查期间,测定了内湖与外湖的溶解性酯酶活性,颗粒态酯酶活性及浮游植物裂解速率,同时测定了水体的叶绿素浓度及其他环境参数。综合分析各种指标,结果显示:浮游植物细胞裂解速率在空间上变化不大,时间上变化较大。在七月份由于水体中的病毒含量较高,浮游植物裂解速率较高。裂解速率在八月份与九月份降低,并且其数值变化不大。     

风力胁迫对具鞘微鞘藻结皮光合活性的影响

抵抗风力胁迫是荒漠藻类适应干旱区环境的重要生物学机制,也是藻结皮能够拓殖流沙的必要条件之一,但有关藻类对风力胁迫的响应机理国内外尚无研究报道。以具鞘微鞘藻(Microcoleus vaginatus Gom.)人工结皮为实验对象,研究了不同强度风力吹蚀对结皮含水量、藻类活力、生物量、及其光合活性的影响。结果表明:不论低于当地起沙风(3m/s)还是高于起沙风(5m/s和7m/s)的风力吹蚀,结皮中藻类生物量均明显下降,而且结皮生物量的变化与风速大小和吹蚀时间呈线性关系(y=14.78+0.035a-1.48b,a风速,b时间,r2=0.79)。进一步分析发现,风力吹蚀后结皮中藻类活力并没有降低但主要光合色素和天线色素的含量普遍降低,叶绿素荧光(Fv/Fm)、表观电子传递速率(ETR)和净光合速率(Pn)明显下降,并且风速越大,降幅越大。这些结果说明风力胁迫对藻结皮生长和光合活性的影响主要是通过影响光合色素代谢合成和电子传递速率引起的,对其生命力没有明显影响。       

铅锌矿渣场植被自然演替与基质的交互效应

矿业废弃地生态系统自然恢复的植被演替过程与机理是生态恢复研究的重要内容之一.以空间代替时间的方法,选择立地条件基本一致的4个不同自然恢复年限铅锌矿区为对象,研究黔西北土法炼锌渣场废弃地植被自然演替与矿渣基质理化性质的交互效应.结果表明： 随着堆置时间的增加,矿渣基质的营养条件明显得到改善,全氮、全磷和全钾含量极显著增加, pH上升,电导率下降,容重降低,有效铅和镉显著降低. 同时,随着恢复时间的增长,植物群落的物种丰富度、多样性指数和均匀度也相应提高.植物群落组成以多年生草本植物为主,植物群落演替在前20年较为缓慢,30年后植被群落盖度可达到53%,超过40年盖度可达87%.矿渣理化性质与物种多样性显著相关,典型变量分别是全氮、全磷和全钾;物种多样性指数与有效铅和镉呈显著负相关.土法炼锌渣场废弃地植被自然演替过程在30年后速度加快,植被生长的限制因子是营养供给不足和重金属的有效性高.     

“探究蚯蚓运动速率”实验装置的设计制作

介绍了“探究蚯蚓运动速率”实验装置的设计、制作及使用步骤。     

亚洲玉米螟性体型二型性及幼虫发育历期与蛹重的关系

【目的】探明亚洲玉米螟不同地理种群性体型二型性及幼虫发育历期与蛹重的关系。【方法】在26℃,L︰D=16︰8条件下,详细记录了来自热带地区的海南省三亚种群,来自亚热带地区的广东省广州和江西省永修种群,及来自温带地区的河北廊坊种群的雌雄幼虫发育历期、蛹重、成虫重,并计算幼虫发育速率。【结果】不同地理种群的雌性个体均显著大于雄性个体。三亚种群雌雄个体的发育历期没有差异,但雌性的生长速率显著大于雄性个体;广州种群、永修种群及廊坊种群,雌雄的生长速率没有差异,但雌性幼虫的发育历期显著长于雄性幼虫。各地理种群蛹重随幼虫发育历期的延长呈下降趋势。【结论】亚洲玉米螟存在明显的性体型二型性,雌雄个体发育历期和生长速率存在地理差异。     

中亚热带天然林土壤CH_4吸收速率对模拟N沉降的响应

陆地森林土壤是重要的大气甲烷(CH4)汇,大气氮(N)沉降增加对森林土壤CH4吸收速率影响突出。运用静态箱-气相色谱法对中亚热带天然林土壤CH4吸收速率对模拟N沉降的响应进行连续3a的观测;试验作3种N处理,分别为对照(CK,0 kg N·hm-2·a-1)、低氮(LN,50 kg N·hm-2·a-1)和高氮(HN,100 kg N·hm-2·a-1),每种处理重复3次,每个月采集气体1次,同时测定0—5 cm土壤温度和0—12 cm土壤含水量;分析不同N沉降水平土壤CH4吸收速率的差异、动态变化以及对土壤含水量和土壤温度响应,并探讨N沉降对土壤理化性质的影响。结果显示:天然林土壤(CK)平均CH4吸收速率为(-62.78±14.39)μg·m-2·h-1,LN和HN土壤平均CH4吸收速率分别下降了30.21%、7.24%,CK、LN和HN处理土壤CH4吸收速率季节变化趋势相似;观测期间土壤CH4吸收速率对LN响应达到显著水平(P0.05),对HN响应则不显著(P0.05);LN、HN处理前两年对土壤CH4吸收速率抑制作用均不显著(P0.05),但在第3年LN极显著降低了土壤CH4吸收速率(P0.01),HN处理对土壤CH4吸收速率的影响则在第3年表现为显著抑制作用(P0.05),表明土壤CH4吸收速率对N沉降的响应随着N沉降时间的持续呈抑制效应加剧的趋势。相关分析表明:CK与HN土壤CH4吸收速率与土壤温度和土壤含水量均有显著相关性(P0.05),但LN土壤CH4吸收速率仅与土壤含水量显著相关(P0.05),表明土壤含水量是控制各N沉降处理土壤CH4吸收速率动态的主要环境因子。此外,LN、HN处理下土壤pH均极显著降低(P0.01),但LN土壤pH极显著低于HN(P0.01);LN处理极显著提高了土壤C/N比(P0.01),HN处理则相反;LN和HN处理对土壤NH+4-N、NO-3-N、可溶性总N(TDN)、可溶性有机碳(DOC)、地面凋落物量、地下0—10 cm细根生物量影响均不显著(P0.05),表明一定时期内N沉降首先引起了土壤pH和土壤C/N比的显著变化。