升温突变对川西不同坡向和海拔岷江冷杉径向生长的影响

坡向和海拔作为重要的地形因子决定着林木立地条件的水热分配,为揭示川西地区升温突变前后制约岷江冷杉(Abies fargesii var.faxoniana)径向生长的气候因子变化及其在坡向和海拔上的响应格局,通过树木年轮学方法构建了4个坡向(NE、N、NW和W)的3个海拔梯度(≥3650 m)共12个岷江冷杉的标准年表,采用皮尔逊相关分析和回归分析的方法分析了升温突变前后(1980年)限制岷江冷杉径向生长主要气候因子的变化及径向生长的变化趋势。结果表明：升温前,生长季(7月)低温和降水、前一年冬季(10—11月)最高温和平均温制约岷江冷杉的生长,而当年春季(3月)温度的升高和生长季前(5月)较多的降水不利于其生长。升温后,4个坡向的林线、东北坡中海拔,西坡中、低海拔岷江冷杉的径向生长与大部分月温度表现为正相关关系,且上述样点树木径向生长明显加速。1980年升温前,制约不同样点岷江冷杉径向生长的气候因子具有一致性——坡向和海拔对其径向生长与温度相关关系的干扰和影响较小。增温促进了各坡向林线岷江冷杉的径向生长,且偏阳坡在更大的海拔范围内对增温表现出正反馈。研究对未来气候变化背景下川西不同坡...     

海洋浮游古菌MGII的研究进展

海洋浮游古菌MGⅡ是海洋表层水体中最丰富的古菌类群。自1992年被发现以来,如今依然没有被成功分离纯化。前人基于16S rRNA基因的研究认为MGⅡ可以被分为MGⅡa、MGⅡb和MGⅡc三个亚类。近年来,对大量的宏基因组测序数据的分析表明,MGⅡ在分类学上属于广古菌门热源体纲下的一个目,包含MGⅡa和MGⅡb两个科。以前通过16S rRNA基因高通量测序结果得出的少量MGⅡc,在宏基因组测序的数据中并没有找到,因此最近两年的研究认为MGⅡ主要由MGⅡa和MGⅡb组成。本文综述了海洋浮游古菌MGⅡ的丰度和多样性分布特征、潜在的生态功能、生态关系以及培养等方面的研究进展,比较了MGⅡa和MGⅡb的异同点,并对当前的研究热点和趋势进行了讨论和展望。     

模拟增温对杉木幼树生长和光合特性的影响

为阐明杉木生长特征及光合能力对未来全球变暖的响应方式,通过在福建省三明市森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点内开展的土壤增温(电缆加热,+4℃)实验,研究了增温条件下杉木幼树生长(树高、地径)特征及光合作用参数的变化,并对土壤有效氮(N)、叶片N含量、叶绿素含量(Chl)及非结构性碳水化合物(NSC)指标进行了测定。结果表明:1)在增温条件下,杉木幼树净光合速率(P_n)和水分利用效率(WUE)显著增加,分别增加了71.4%、51.3%,增温后杉木叶片能维持较高的气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和胞间二氧化碳浓度(C_i)。2)增温促进土壤有机氮矿化作用,使土壤中可供植物吸收利用的有效N含量显著增加,从而引起杉木叶片N含量显著提高。而N作为叶绿素的重要组成物质,增温后,叶片N含量显著提高,最终导致杉木幼树叶片Chl a、Chl b及Chl总量显著增加,增加比例分别为76.3%、55.8%、68.7%,Chl a/b值亦呈增加趋势。3)增温对杉木幼树生长及叶片NSC含量并无显著影响。综上所述,增温通过改变杉木叶片气孔导度敏感性以及促进杉木叶片Chl含量合成,增加叶片对CO_2的吸收以及光能捕获能力,进而提高光合效率。同时,增温引起的根系高温可能大幅度提高杉木呼吸强度,加剧对杉木叶片碳水化合物的消耗过程,使其NSC含量无显著变化,从而导致杉木幼树生长无显著差异。     

Factors controlling the stable isotope composition and C:N ratio of seston and periphyton in shallow lake mesocosms with contrasting nutrient loadings and temperatures

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滇西北纳帕海湖滨带优势植物茭草茎解剖结构对模拟增温的响应

高原湿地湖滨带植物对气候变暖表现出强烈的功能响应,是全球气候变化的主要现象之一。植物解剖性状直接关系到植物的生态功能,为探讨气候变暖对湿地植物茎解剖结构的影响,该研究利用开顶式生长室分析了模拟增温对滇西北纳帕海湿地湖滨带挺水植物茭草茎解剖结构的影响。结果表明:(1)茭草地上茎在增温4 ℃的范围内,主要通过增加表皮结构厚度以增加表皮失水来响应增温; 地下茎在增温2 ℃的轻度增温条件下与地上茎的响应策略相同,而在增温4 ℃时主要通过减小维管结构大小以降低气穴化风险来响应增温。(2)年最高温度和夜间积温是影响茭草茎解剖结构性状的关键因子,但该两个温度因子仅对地下茎筛管大小的影响达到显著水平(R²=0.838, P<0.01)。(3)内表皮细胞厚度是地上茎响应增温的最主要性状,并与温度因子呈显著正相关。地下茎导管和筛管大小是地下茎响应温度升高的主要性状,二者与温度变量呈负相关关系。综上表明,茭草地上茎和地下茎对增温响应策略存在差异,为揭示高原湿地植物应对气候变暖的响应规律以及生态适应策略提供了科学依据。基于当前气候变暖的背景,建议未来采用更科学的实验方法对更多高原湿地植物的生态响应过程及规律进一步深入研究。     

华北平原玉米叶片光合及呼吸过程对实验增温的适应性

利用典型农田生态系统的原位实验增温平台,探讨我国华北平原重要农作物玉米叶片光合及呼吸过程对实验增温的适应性,并深入分析其产生适应性的原因和机理。研究结果显示,实验增温使玉米叶片净光合速率(A_n)显著升高(P0.001),同时增温也导致A_n的最适温度(T_(opt))升高1.56℃;相似地,实验增温也同样导致了光合作用过程中最大电子传递速率(J_(max))显著增加(P0.001),并且其最适温度(T_(opt))升高了1.45℃,但并没有对最大羧化反应速率(V_(cmax))及其温度敏感性(Q_(10))产生显著的影响(P0.05)。然而,实验增温却显著降低了玉米叶片的暗呼吸速率(R_d)及其Q_(10)值(P0.05)。另外,研究结果还显示实验增温没有对R_d/A_g和J_(max)/V_(cmax)产生显著的影响(P0.05)。此外,尽管实验增温显著提高了玉米叶片的蒸腾速率(T_r),但却并没有显著改变叶片的气孔导度(G_s)及水分利用效率(WUE)。研究结果表明,玉米可以通过调控叶片光合及呼吸等关键生理过程的最适温度对增温产生一定的适应性。然而,尽管玉米能够在叶片尺度上做出调整来适应增温环境,但这种适应能力却十分有限,以至于未来气候变暖仍可能会对华北平原玉米的生长发育过程和粮食产量造成一定的影响。     

Higher climate warming sensitivity of Siberian larch in small than large forest islands in the fragmented Mongolian forest steppe

Forest fragmentation has been found to affect biodiversity and ecosystem functioning in multiple ways. We asked whether forest size and isolation in fragmented woodlands influences the climate warming sensitivity of tree growth in the southern boreal forest of the Mongolian Larix sibirica forest steppe, a naturally fragmented woodland embedded in grassland, which is highly affected by warming, drought, and increasing anthropogenic forest destruction in recent time. We examined the influence of stand size and stand isolation on the growth performance of larch in forests of four different size classes located in a woodland‐dominated forest‐steppe area and small forest patches in a grassland‐dominated area. We found increasing climate sensitivity and decreasing first‐order autocorrelation of annual stemwood increment with decreasing stand size. Stemwood increment increased with previous year's June and August precipitation in the three smallest forest size classes, but not in the largest forests. In the grassland‐dominated area, the tree growth dependence on summer rainfall was highest. Missing ring frequency has strongly increased since the 1970s in small, but not in large forests. In the grassland‐dominated area, the increase was much greater than in the forest‐dominated landscape. Forest regeneration decreased with decreasing stand size and was scarce or absent in the smallest forests. Our results suggest that the larch trees in small and isolated forest patches are far more susceptible to climate warming than in large continuous forests pointing to a grim future for the forests in this strongly warming region of the boreal forest that is also under high land use pressure.     

喜旱莲子草在青藏高原对模拟增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

气候变暖背景下植物可通过关键性状的表型可塑性来适应环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说预测定植到新环境中的入侵植物种群具有演化出更强表型可塑性的潜力。此前对可塑性进化的研究涵盖了外来植物性状对水分条件、光照变化、土壤养分、邻体根系以及天敌防御等的响应, 而较少有研究关注增温条件下植物重要性状的可塑性进化。已有的部分研究多集中在温带和热带地区, 而较少关注入侵植物在高寒地区对增温的响应; 且研究多集中在植物生长相关性状, 较少关注功能性状和防御性状。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草6个引入地(中国)种群和6个原产地(阿根廷)种群, 在西藏拉萨模拟全天增温2℃处理下的适合度性状、功能性状和防御性状的响应差异。结果表明: (1)高寒地区模拟全天增温显著提高了喜旱莲子草总生物量(+36.4%)、地上生物量(+34.5%)、贮藏根生物量(+51.4%)和毛根生物量(+33.6%), 降低了分枝强度(-19.8%)和比茎长(-30.2%); (2)模拟全天增温使引入地种群的比叶面积和黄酮含量增加, 而原产地种群则相反。这些结果表明高寒地区全天增温2℃对喜旱莲子草可能是一种有利条件。引入地种群的适合度性状对模拟全天增温2℃的响应比原产地种群更强, 而其光能利用相关性状和防御性状的响应可能提升了其在高寒地区的适合度。因此, 在未来全球气候变暖的背景下, 高寒地区温度升高可能更有利于喜旱莲子草引入地种群的定植和扩散。     

Experimental warming shifts coupling of carbon and nitrogen cycles in an alpine meadow

增温对高寒草甸生态系统碳氮循环耦合关系的影响 陆地生态系统碳吸收受土壤氮素可用性的调节。然而,全球变化背景下的不同生态系统组分的碳氮比及其所反映的碳氮循环耦合关系尚不十分清楚。本文运用数据同化的方法,将一个高寒草甸增温试验的14组数据同化到草地生态系统模型中,从而评估了增温如何影响陆地生态系统的碳氮循环耦合关系。研究结果表明,增温提高了土壤氮素的有效性,降低了土壤活性碳库的碳氮比,导致植物对土壤氮的吸收增加。但是由于植物叶片吸收的碳比吸收的氮增加更多,使得叶片中碳氮比增加,而根部的碳输入增加则低于氮的增加,导致根部的碳氮比减少。同时,增温降低了凋落物碳氮比,可能是在土壤高氮有效性的条件下,凋落物氮的固定得到增强;而且增温加速了凋落物的分解。同时增温还增加了慢速土壤有机质的碳氮比,使得该土壤碳库的碳固存潜力增大。由于大多数模型在不同的环境中通常使用相对固定的碳氮比,本研究所发现的气候变暖条件下碳氮比的差异变化可为模型参数化提供一个有效的参考,有利于模型对未来气候变化背景下生态系统碳氮耦合关系响应的预测。     

2004—2013年东北三省主要粮食作物生产碳足迹

东北是我国重要的粮食主产区,在国家粮食安全保障中起着至关重要的作用.作物生产是主要的碳排放源,探明不同作物生产的碳足迹差异,对促进低碳农业发展具有重要意义.本研究利用2004—2013年东北三省主要粮食作物(水稻、玉米和大豆)的产量、播种面积、农田生产投入等统计数据,估算了该区粮食生产碳足迹.结果表明: 2004—2013年,东北地区3种主要粮食作物中,水稻生产单位面积碳足迹最高,平均达到(2463±56) kg CE·hm^-2,玉米次之.玉米的碳足迹上升趋势最明显,从2004年的1164 kg CE·hm^-2增加到2013年的1768 kg CE·hm^-2,增速为67 kg CE·hm^-2·a^-1.在碳足迹构成中,化肥贡献最大,分别占水稻、玉米、大豆总碳投入的45%、90%、83%.水稻生产中灌溉用电所占比例为29%~42%,远高于玉米和大豆.东北三省碳足迹差异显著,3种作物的单位产量碳足迹均在吉林省最高,单位面积碳足迹均在黑龙江省最低.随着农村劳动力非农化和作物生产机械化的快速递增,未来粮食生产中柴油等机械化碳投入将快速增长.提升化肥利用效率、灌溉效率和机械化作业效率将是发展东北地区低碳农业的关键途径.