The relationship between the reduction of nonstructural carbohydrate induced by defoliator and the growth and mortality of trees

Large scale herbivorous insect outbreaks can cause death of regional forests, and the events are expected to be exacerbated with climate change. Mortality of forest and woodland plants would cause a series of serious consequences, such as decrease in vegetation production, shifts in ecosystem structure and function, and transformation of forest function from a net carbon sink into a net carbon source. There is thus a need to better understand the impact of insects on trees. Defoliation by insect pests mainly reduces photosynthesis (source decrease) and increases carbon consumption (sink increase), and hence causes reduction of nonstructural carbohydrate (NSC). When the reduction in NSC reaches to a certain level, trees would die of carbon starvation. External environment and internal compensatory mechanisms can also positively or negatively influence the process of tree death. At present, the research of carbon starvation is a hotspot because the increase of tree mortality globally with climate change, and carbon starvation is considered as one of the dominating physiological mechanisms for explaining tree death. In this study, we reviewed the definition of carbon starvation, and the relationships between the reduction of NSC induced by defoliation and the growth and death of trees, and the relationships among insect outbreaks, leaf loss and climate change. We also presented the potential directions of future studies on insect-caused defoliation and tree mortality.     

气候变化下青藏高原全缘叶绿绒蒿的潜在分布变迁

青藏高原物种丰富且属于气候变化敏感区,研究气候变化对青藏高原物种的潜在分布影响,对于该区域物种多样性保护具有重要意义。该研究以一级濒危藏药植物全缘叶绿绒蒿为研究对象,利用加权平均算法(weighted average algorithm, WAA)构建随机森林(RF)、灵活判别分析(FDA)及人工神经网络(ANN)的集成模型,同时对比分析了WAA模型和不同生态位模型的预测精度。最后利用WAA模型预测了全缘叶绿绒蒿在当前(1970~2000年平均)和未来(2041~2060年平均)气候情景下的潜在分布,其中未来气候考虑了2种“共享社会经济路径”(SSP2-45和SSP5-85)。结果显示:(1) WAA模型的预测表明,基于RF、FDA和ANN的集成模型的AUC值为0.926,在AUC值最高RF模型的基础上提高了3%,在FDA和ANN模型的AUC值的基础上均提高了5%。(2) WAA模型确定,全缘叶绿绒蒿的潜在分布对年降水量和最暖季降水量最为敏感,其次是最热月份最高气温,同时对最湿月份降水量以及等温性表现出较低的敏感性。(3)当前全缘叶绿绒蒿潜在分布区主要分布在甘肃西南部、青海东部至南部、四川西部和西北部、云南西北部和东北部、西藏东部。(4)未来气候变化下青藏高原全缘叶绿绒蒿潜在分布预测表明,在2050年SSP2-45情景下,全缘叶绿绒蒿的潜在分布区大小与当前潜在分布区大小基本相同,但整体向西北方向高海拔高纬度地区迁移;在SSP5-85情景下,全缘叶绿绒蒿的潜在分布区明显收缩,且向西北高纬度高海拔地区延伸的趋势更加明显。     

青藏高原植被调查与制图评估

青藏高原植被调查与制图一直是青藏高原植被生态学研究的重要内容。历史上,我国多次开展青藏高原植被考察活动,在植被制图方面取得了一系列重要成果。本研究首先基于文献研读对青藏高原植被考察及其成果进行回顾,并对制图范围包括青藏高原的、使用比较广泛的植被图进行对比和分析;然后,基于第二次青藏高原综合科学考察获取的植被调查样点数据,与多幅植被图在数据一致性方面进行了对比。结果表明:(1)青藏高原植被调查的历史久远,但系统、科学的青藏高原植被调查开始于1949年新中国成立之后,期间获取了大量植被调查数据,出版了大量的专著和图志,《中华人民共和国植被图(1:4,000,000)》《中国草地资源图集(1:1,000,000)》和《中华人民共和国植被图(1:1,000,000)》是包含整个青藏高原、应用最为广泛的3幅植被图,《青藏高原现状植被图》是基于现阶段植被调查数据制作的青藏高原植被图。但是这4幅图在植被分类体系上存在较大差异,严重影响了图件之间的可比性。(2)对比发现, 4幅植被图之间均存在一定程度的不一致性。面积较大的植被型组,如森林和草本植被,在植被图之间的一致性较高;但面积相对较小的植被型组,...     

多地同质园实验揭示普通野生稻的表型可塑性与本地适应性

边缘种群的表型可塑性和本地适应性的解析是预测植物如何响应气候变化的基础。本研究以普通野生稻(Oryza rufipogon)的北缘种群为核心对象,以中心种群(中部、南部种群)为对照,进行3地同质园实验,以“空间换时间”的策略模拟未来气温变化情形下普通野生稻种群的表型表现。结果显示,普通野生稻各种群具有丰富的表型可塑性,种群间表型可塑性存在差异。北缘种群在株高、种子量和越冬存活率等指标上表现出明显的本地适应性,反映了对相对低温环境的适应。北缘种群无论北移还是南移都能够正常结实、完成生活史,说明在未来气温变化情形下也能生存;中部和南部种群在上海同质园都不能越冬存活,提示极端低温对于低纬度种群影响较大。这些结果表明,尽管普通野生稻存在明显的适应性分化,但有较强的表型可塑性能力,北缘种群和中心种群都能适应当前的气候变暖。     

洞庭湖流域植被光合物候的时空变化及其对气候变化的响应

为研究洞庭湖流域植被春季光合物候和秋季光合物候的时空变化,揭示其对气候变化的响应规律,为亚热带植被物候模型的建立和碳收支评估提供有益参考,该研究利用2000–2018年的日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感数据反演洞庭湖流域植被春季光合物候(春季光合作用开始的时间)和秋季光合物候(秋季光合作用停止的时间),分析植被春季、秋季光合物候的时空变化趋势及其对气候变化的响应机制。研究结果:(1) 2000–2018年,洞庭湖流域植被春季光合物候以0.75 d·a–1的速度显著提前,秋季光合物候以0.17d·a–1的速度呈延后趋势,植被生长季长度以0.90d·a–1的速度显著延长;(2)季前最高气温和最低气温是研究区春季光合物候提前的主要影响因素,秋季光合物候与季前降水量、最低气温、辐射强度均呈正相关关系,而与季前最高气温主要呈负相关关系;(3)研究区植被春季光合物候对气候变化的响应更敏感,尤其是季前最低气温的升高导致常绿针叶林、常绿阔叶林、灌丛和草地的春季光合物候显著提前。洞庭湖流域植被春季光合物候提前对生长季延长起主导作用,这表明在气候变暖的背景下,植被春季光合物候对增强研究区碳汇功能扮演着比秋...     

中国柯属5种资源植物潜在地理分布及其对气候变化的响应

利用最大墒模型和地理信息系统软件对柯属（Lithocarpus）5种资源植物在我国的适宜分布区进行了定量预测,并对未来不同气候情景下其分布区的变化进行了分析。结果显示：木姜叶柯（L.litseifolius（Hance）Chun.）在我国秦岭淮河以南广泛分布,短尾柯（L.brevicaudatus（Skan）Hay.）主要分布在我国亚热带中东部区域;木姜叶柯在未来气候（2061-2080年）RCP2.6、RCP8.5两种情景下适生区面积分别减少了5.1%和3.0%,而短尾柯却分别增加了0.5%和1.5%。白柯（L.dealbatus（Hook.f.et Thoms.ex DC.）Rehd.）适宜区主要分布在云南北部、四川南部,烟斗柯（L.corneus（Lour.）Rehd.）主要分布在两广省份的南亚热带地区。白柯和烟斗柯在RCP2.6情景下适生区面积分别减少了12.1%和17.8%,在RCP8.5情景下分别减少了3.5%和15.9%,这两个种的适宜区面积减少较多。厚斗柯（L.elizabethae（Tutch.）Rehd.）主要分布于广西,在两种情景下适宜区面积分别增加了7.3%和6.3%。研究结果表明,由于分布区存在差异,同属不同物种的未来分布对气候变化的响应不同。     

气候和土地利用变化影响下生态屏障带水土流失趋势研究

受气候和地形等诸多因素影响，我国"两屏三带"国家生态屏障带中的川滇-黄土高原区域和南方丘陵带水土流失十分严重，自然灾害频发。但是，针对川滇-黄土高原区域和南方丘陵带水土流失时空格局变化，特别是未来气候变化和土地利用变化影响下水土流失变化趋势的研究很少。因此，本研究以川滇-黄土高原区域和南方丘陵带为研究对象，利用修正土壤流失方程（RUSLE）定量分析了该区在2000-2015年水土流失的时空变化规律及其影响因素，并预测了在RCP2.6和RCP4.5的未来气候情景下及土地利用变化条件下水土流失的变化趋势。研究结果表明：（1）黄土高原地区在植被恢复的积极作用下，水土流失显著缓解；（2）川滇地区的西南部因植被盖度的增长和降雨的减少水土流失显著缓解，但四川省境内人口密集区农田面积增加以及降水增加造成水土流失大幅度加剧；（3）南方丘陵带受降水增加影响导致了部分区域的水土流失恶化；（4）在未来气候变化情景下，由于大部分地区降雨将减少使土壤侵蚀趋于缓解，但四川、黄土高原和南方丘陵带大部分地区仍然面临未来农田面积增加带来的水土侵蚀压力。考虑到未来气候变化情景下降雨减少的趋势，建议在黄土高原地区提高草地在土地利用类型中的占比，在减少耗水量的同时维持地表盖度，缓解水土侵蚀；此外，各区域仍需控制农田面积，而且需通过加强坡耕地上保水保土耕作措施降低农田区域的土壤侵蚀压力。     

暖温带乔木和灌木物候变化及对气候变化的响应

根据2003-2014年气象数据和暖温带3种乔木(辽东栎、五角枫和核桃楸)和3种灌木(土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木)的物候观测数据资料, 采用气候倾向率和回归分析等方法, 观察乔木和灌木物候变化特征的差异, 分析温度、降水以及乔木、灌木的物候变化趋势, 同时对气象因子与乔木和灌木物候期的相关关系进行研究。结果表明: ①研究期间, 北京东灵山平均气温呈不显著的上升趋势, 气候倾向率为0.200℃·10a–1, 春季(3–5月)和夏季(6-8月)温度显著上升; 降水量呈下降趋势, 平均减少71.630 mm·10a–1, 总体呈暖、干的趋势。②3种乔木的生长季长度都缩短, 辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10 a–1、29.83 d·10a–1和22.36 d·10a–1。3种灌木的生长季长度也都缩短, 土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a–1、42.76 d·10a–1和38.15 d·10a–1。乔木和灌木的物候变化趋势相同, 整体表现为春季物候推迟, 秋季物候提前, 生长季长度都缩短且生长季长度相差不大。乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显, 每10年推迟达19天以上。③乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关, 即气温升高, 物候期提前, 其相关性显示出夏季(6-8月)温度对植被物候期影响较大, 夏季温度与各物候期表现为正相关, 即夏季温度升高, 物候期推迟。同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系, 但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性, 由此可知夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大, 而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响。     

生物多样性与生态系统服务情景模拟研究进展

生物多样性和生态系统服务情景模拟是指对未来生物多样性和生态系统服务变化轨迹的定量估计,二者相互关联并为长期、稳定的保护和恢复生态系统提供了重要科学依据。梳理生物多样性以及生态系统服务预测情景的核心观点,讨论基于生物多样性和生态系统服务情景模拟的保护决策支持途径,以期服务于我国生物多样性与生态系统服务预测研究的发展和深化。研究凝练结果如下：物种分布模型需要进行更规范的评价以明晰其对具体对象的适用性,生态系统预测模型亟待在关系结构的基础上嵌入更多的生态系统过程和社会经济过程,生态系统服务评估模型有必要强化对生物多样性、生态系统服务、人类福祉级联特征的刻画;全球气候变化驱动了未来区域生物多样性的大幅改变;土地利用则是陆地生态系统服务预测中的核心驱动变量。生态区划与区域尺度情景模拟、景观尺度下的生态安全格局构建、基于社会生态网络的社区适应三点重要展望方向将对基于情景模拟的我国生态系统保护决策提供重要的理论和实践支持。     

中国黄土高原北部地区新石器-青铜时代农业结构演变及其对区域生态环境的适应

本文分析并测定了从15个位于黄土高原北部的遗址中浮选的炭化植物遗存的年代及数量,讨论了该地区新石器-青铜时代农业结构的变化、发展及自适应。研究表明,该地区粟的占比随着遗址年代的推移呈现出上升趋势,证明了先民的农业技术随时间变化而发展;受季风降水特征影响,东南部灌丛草原区粟的占比随时间变化上升趋势明显,西北部干草原区则变化较弱,证明环境的差异也造成了农业模式的不同;在干旱气候条件限制下,自中全新世以来黄土高原北部地区的主要作物始终为粟和黍,粟作农业奠定了黄土高原乃至中国北方的文明基础。