土壤碳氮特征沿干旱梯度时空格局及对气候变化的响应——基于中国生态系统研究网络(CERN)长期定位监测数据

土壤碳氮含量及其化学计量特征是表征生态系统碳汇能力和土壤质量的重要指标,在支撑生态系统结构功能以及缓解气候变化中起着关键作用。利用中国生态系统研究网络(CERN)长期定位监测数据,分析了土壤碳氮特征沿干旱梯度的时空规律及其对气候变化的响应。结果表明:空间上,典型荒漠草原生态系统随着干旱加剧,土壤有机碳和全氮含量减少,土壤有机碳对干旱响应的敏感性降低,而土壤全氮对干旱响应的敏感性增加,土壤有机碳随土壤全氮含量的增加而增加。时间上,2005—2018年,荒漠草原生态系统土壤有机碳和全氮含量变化速率沿干旱梯度表现出由负转正的增加趋势,其中,干旱区呈减少趋势,半干旱和半湿润地区呈增加趋势,鄂尔多斯站和沙坡头站呈显著增加趋势。从影响因素来看,土壤碳氮特征对降水量增加的敏感性沿干旱梯度呈现出先增强后减弱的“上凸”抛物线趋势,温度变化对土壤碳氮特征的调控没有表现出明显的干旱梯度效应。土壤碳氮比、土壤有机碳含量、土壤全氮含量对降水量和平均温度变化响应的敏感性均依次降低。不同干旱梯度土壤碳氮特征的变化规律为未来气候变化下生态系统结构与功能预测提供科学依据。

中国国家重点保护野生植物的就地保护现状

就地保护即建立自然保护区是保护珍稀濒危野生植物的最佳手段。本研究以文献资料为基础,分析了截至2008年我国建立的国家级自然保护区对已正式颁布的《国家重点保护野生植物名录(第一批)》中所列物种的就地保护状况。在全国尺度上,国家级自然保护区共保护国家重点保护野生植物237种(含变种),占总数的80.07%。其中I级保护植物56种。在省级尺度上,云南、广西、四川、贵州、湖南5省区国家级自然保护区内分布的国家重点保护野生植物数量最多。通过分析各省区未受到国家级自然保护区保护的重点保护野生植物分布状况,提出了国家重点保护野生植物就地保护的热点地区。

中国东北样带羊草群落C_3和C_4植物功能群生物量及其对环境变化的响应

在全球动态植被模型的发展中,受限于人力、物力和财力使得在物种水平上的研究变得既不可能也无必要。植物功能群的划分是从生态学的,而不是系统发育的角度来相互比较地对待不同地区的植物,从而削减了植被变化研究中植物分类群的数量,已成为研究植被变化及生物多样性对生态系统功能作用的重要单位。植物的不同光合途径(C3、C4和CAM)从叶片组织结构到生理功能,从生态适应到地理分布均表现出对不同水、热、光环境的响应,是理想的植物功能群分类。为此,分析了中国东北样带以羊草(Leymus chinensis)为建群种或共建种的草原群落植物光合类型功能群生物量及其与群落初级生产力和环境变化的关系。结果表明:(1)C4植物生物量具有明显的变化规律,且对环境变化的响应显著,其变异性较高,更能反映样地间环境变化的差异;(2)C4与C3植物变化具有明显的互补性,并且多数C4植物常在逆境中起到更大作用,如干旱化、盐碱化和放牧干扰;(3)C4植物种类少,在所有调查样方中仅出现7种,占总出现种类的9.72%。这些特点说明C4植物可以考虑作为评估和预测我国温带草原植被及其生态系统变化的重要植物功能群。

中国国家重点保护野生植物的地理分布特征

珍稀濒危野生植物作为生物多样性的重要组成部分,是保护生物学研究的核心内容之一.有关濒危物种分布区的研究对于生物多样性保护理论和濒危机制的探讨具有重要意义.本文基于文献资料和标本记录,以《国家重点保护野生植物名录》所列物种(包括即将发布的物种)为研究对象,从全国尺度上对我国保护植物的区系成分组成以及地理分布特征进行了系统分析.结果表明:1)我国国家重点保护植物共计2177种,隶属于130个科、484个属;2)植物区系成分复杂多样,既具有明显的热带性质,起源古老,同时也有明显的温带过渡性,且特有成分丰富;3)水平地理分布极不均匀,主要集中分布在西南地区和台湾,其中云南、四川、广西、西藏、贵州、台湾为保护植物分布的热点地区;4)垂直分布范围很广,主要集中于800～1600m的低山和中山的海拔范围内,海拔梯度呈现单峰规律.本研究将为我国生物多样性优先保护区的确定和生物多样性保护政策的制定提供理论依据与参考.

用于全球变化研究的中国植物功能型划分

植物功能型(Plant functional types,PFTs)作为沟通植物的结构和功能与生态系统属性的桥梁,随着全球变 化与植被的关系研究的深入而受到广泛重视。植物功能型的划分依赖于研究的背景、尺度和要解决的问题。为了 区域尺度全球变化研究的需要,该文提出了一个基于植物关键特征的植物功能型划分方法。该方法首先选择了6 项植物特征,包括3项冠层特征:木本-草本、常绿-落叶和针叶-阔叶,以及3项生理特征:光合途径(C3/C4)、植物的 水分需求和热量需求,作为划分植物功能型的关键特征;然后,先根据植物冠层特征划分得到5个基本类型,再根 据水分和热量条件进行详细划分,得到29种备选类型;需要时,再根据研究目的从这29种备选类型中选择所需类 型。根据这个方法,在充分考虑了我国季风气候条件下特有的水热配置和高海拔环境对植物的形态和功能特征影 响的基础上,从备选类型中选择了一套适合中国气候和植被特征的植物功能型体系。这套体系包括18类植物功 能型,其中含7类'树'功能型、6类'灌木'功能型和5类'草'功能型,另根据需要设置2类'裸地'功能型。并且根 据植物的生理生态特征和中国植被的地理分布确定了用于限制植物功能型分布的气候因子,这些气候因子包括绝 对最低温度、最暖月平均温度、有效积温。

从生态地理特征论中国东北样带(NECT)在全球变化研究中的科学意义

中国东北样带(NECT)是国际地圈生物圈计划(IGBP)全球变化研究的陆地样带之一。该样带在东经112°与130°30′之间沿北纬43°30′设置,长约1600km,跨越北纬42°～46°,宽约300km,位于中纬度温带地区以降水或湿润度/干燥度为主要全球变化驱动因素,自东至西沿一个连续的空间过渡梯度,植被类型或生物群区是由温带针阔叶混交林、温带落叶阔叶林、农田及温带草原的3个亚地带:草甸草原、典型草原和荒漠草原等类型组成。给出了样带的基本生态地理特征及其梯度分析,包括其地理位置、地形地貌、气候梯度、土壤类型、土地利用格局、植被类型、主要优势种和群落类型的生态地理特征以及全新世适宜期的植被分布格局。这些特征沿经向均表现出明显的梯度分布。

全球变化下植物的碳氮关系及其环境调节研究进展——从分子到生态系统

在全球变化条件下,温度的升高和降水格局的变化,导致淡水资源更加匮乏。环境因子胁迫,如干旱和高温等,它们单独或联合的作用将导致作物大幅度减产,引发自然生态系统退化。植物的碳氮代谢及其分配相互联系、不可分割,其生物过程及外界环境调节共同决定着植物的净生产力和营养水平。该文试图从分子、组织、器官、个体和生态系统等层面上,就植物的碳氮关系及其环境调节(温度、水分和CO2浓度等)进行综述,并提出了进一步展开相关研究应重点关注的几个方面。

国家标本资源共享平台(NSII)支撑生物多样性科学研究的成效分析

随着生物多样性信息学的迅速发展,越来越多开放的生物数据可供科研人员使用。以一个公开数据平台为例分析我国生物多样性领域的研究热点与发展趋势,有助于生物多样性工作者和决策者及时了解我国生物研究的现状及动向,为生物多样性建设提供决策支持。该文以“国家标本资源共享平台(NSII)”及相关词为检索对象,对中国知网和谷歌学术上2013—2023年间的文献进行全文检索,共检索出1070篇NSII支撑的文献,包括期刊论文(822篇)、学位论文(233篇)、科普文章(5篇)、会议文章(6篇)和报道(4篇)。基于NSII支撑的822篇期刊论文,通过文献计量学的手段和方法,从发文情况、研究主题与热点、研究机构等方面探究NSII支撑的生物多样性研究现状、热点与态势。关键词共现网络图谱分析结果显示,基于数据平台的生物多样性研究热点集中在物种分布分析和建模、气候变化、分类学、生物多样性研究、研究平台建设五个方面。当前我国生物多样性信息学领域发展较快,未来仍需从数据源建设、资源整合、共享能力、业务能力和国际合作等方面努力提升,持续推动生物多样性科学研究的发展。

基于数码照片的植被盖度测量方法研究进展

盖度是植物群落结构的一个重要参数,被广泛地用于生态、水文、水土保持等研究中。基于数码照片的植被盖度测量是精确获取盖度值的一个重要手段。文章对基于数码照片的植被盖度测量方法的相关进展进行了综述,介绍了应用于盖度测量的主要数据源,照片的边缘形变和阴影处理方法,详细分析了各种盖度测量方法的原理、优缺点和适用范围,评述了照片拍摄时间、拍摄角度、光照条件以及植被疏密程度等对盖度测量准确度的影响,并对未来的发展趋势进行了分析。

中国东北样带草原区植物δ^(13)C值及水分利用效率对环境梯度的响应

测定了中国东北森林 -草原样带草原区 15个常见植物种叶片的 δ1 3 C值 ,并以此作为植物长期水分利用效率的指示值 ,研究了不同植物种的水分利用效率对年均降水量、年均大气温度和海拔高度等环境梯度变化的响应。结果表明 :有相当一部分植物种的 δ1 3 C值和水分利用效率均随年均降水量和年均温增加而呈不同程度的降低趋势(如羊草 (L eymus chinensis(Trin.) Tzvel.)、家榆 (Ulmuspumila L.)、小叶锦鸡儿 (Caragana microphylla L am.)、直立黄芪 (Astragalus adsurgens Pall.)、地榆 (Sanguisorba officinalis L.)和菊叶委陵菜 (Potentila tanacetifolia Willd.ex Schlecht.)等 ) ,随海拔高度增高而呈不同程度的增加趋势 (如扁蓿豆 (Melissitus ruthenicus(L.) Peschkova)、羊草、家榆、小叶锦鸡儿、直立黄芪、地榆等 ) ;而少数几个种 (如达乌里胡枝子 (L espedeza davurica(L axm.)Schindl.) ,麻花头 (Serratula centauroides L.)等 )则与大多数种的情况截然相反 ,另外部分植物种则随环境因子变化不大 (达乌里黄芪 (Astragalus dahuricus(Pall.) DC.)、中间锦鸡儿 (Caragana intermedia Kuang et H.C.Fu)和狭叶锦鸡儿 (Caragana stenophylla Pojark.) ,冷蒿 (Artemisia frigida Willd.)、糙叶黄芪

锡林河流域草原群落植物多样性和初级生产力沿水热梯度变化的样带研究

用样带法研究了草原群落植物多样性和初级生产力沿海拔和水分梯度的变化 ,结果表明 :在样带梯度上 ,物种丰富度、多样性和群落初级生产力与海拔高度、年降水量和土壤有机 C及全 N含量呈正相关 ,而与年平均气温和干燥度呈负相关。随着海拔高度的降低 ,降水量的减少 ,热量和干燥度的增加 ,以及土壤有机 C和全 N含量的降低 ,草原群落的物种丰富度、多样性和初级生产力逐渐降低。典型相关分析的结果揭示出 ,土壤有机 C含量和干燥度是对草原群落物种丰富度和初级生产力具有更大的影响。同时 。

中国神农架地区的植被制图及植物群落物种多样性

在野外调查、资料搜集的基础上 ,辅以全球定位系统 (GPS)、GIS软件及 TM影像数据 ,绘制了该地区 1∶ 2 0万的植被类型图。制图结果表明 :1)制图区总面积 3476 .6 7km2 ,共计 5 0 4个斑块。 2 )神农架地区林地面积 2 ,6 0 7.4 5 km2 ,占该地区总面积的 75 % ;山地灌丛及亚高山灌丛总面积 35 8.6 2 km2 ,占总面积的 10 .3% ;草甸面积 15 6 .84 km2 ,占 4 .5 1%。 3)自然植被划分为8个植被型 ,4 6个群系以及农田 (居民点 )和茶园两种农业土地利用类型。其中针叶、落叶阔叶混交林面积最大 ,为 90 8km2 ,占总面积的 37.88%。 4 )对神农架地区 8个植被型中的 4 6个群系进行的群落物种 Shannon- Wiener多样性指数 (H′)及 Pielou均匀度指数 (J)的测定结果表明 ,1各群落物种多样性总趋势是 :灌木层 >草本层 >乔木层 (个别群落除外 ) 2与天然林相比 ,人工林群落内各层次结构相对简单 ,物种多样性较低。3针叶林 (7个群系 )和针阔叶混交林 (6个群系 )中 ,低海拔人工林群落各层次及高海拔天然林乔木层结构简单 ,伴生种类较少 ,物种多样性低。高海拔天然林群落灌木层和草本层物种多样性相对高 ,H′值一般在 1.2～ 2之间 ,J值在 0 .5～ 1之间。草本层物种多样性变化明显 ,低海拔区域较低。

河西山地绿洲荒漠植物群落多样性研究 Ⅱ放牧扰动下草地多样性的变化特征

对张掖山地绿洲荒漠各草地群落放牧扰动下物种丰富度及物种替代速率 (β多样性 )进行了测度 ,结果表明 :在放牧压力梯度 (轻度、中度、重度和过度 )上 ,山地荒漠草原、山地典型草原、高山草甸草原和盐渍化草甸的物种丰富度呈单峰曲线 ;荒漠草原物种丰富度在过牧压力下最高。在放牧压力下各草地群落 βw和 βt值 (物种替代速率 )由大到小的序列是 :高山草甸草原 >盐渍化草甸 >山地典型草原 >山地荒漠草原 >荒漠草原 ;βc和 βr的测度结果兼有反映草地群落放牧压力梯度上物种替代速率和植物群落物种丰富度的内涵。二者的测度结果为 :山地典型草原>高山草甸草原 >盐渍化草甸 >山地荒漠草原 >荒漠草原。

气候变化对草甸草原土壤氮素矿化作用影响的实验研究

用盖顶 PVC管法 ,将锡林河流域中 146 9m高海拔处的草甸草原原状土柱分别移植到海拔 1187m、96 0 m的低海拔处培养 ,用以研究温度变化对土壤氮素的净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的可能影响。经过一个生长季培养后的测定结果表明 :从高海拔到低海拔 ,实验所选择的 3个地点的年均气温分别为 - 0 .5℃、2 .2℃和 4.4℃ ,受此不同气温的影响 ,移植到这 3个地点的草甸草原土壤氮素的净氨化速率分别为 0 .0 5 mg N.kg- 1 .m- 1 ,0 .13mg N.kg- 1 .m- 1和 1.0 9mg N.kg- 1 .m- 1 ;净硝化速率分别为 0 .0 5 mg N.kg- 1 .m- 1 ,0 .76 mg N.kg- 1 .m- 1和 0 .2 6 mg N.kg- 1 N.m- 1 ;净矿化速率分别为 0 .10 m g N.kg- 1 .m- 1 ,0 .89mg N.kg- 1 .m- 1和 1.35 mg N.kg- 1 .m- 1。

4个常用的气候-植被分类模型对中国植被分布模拟的比较研究

应用KAPPA一致性检验方法,比较研究了4个常用的气候一植被分类模型:Penman模型、Holdridge生命地带系统、Kira模型和Thomthwaite模型对中国植被分布模拟的一致性和适用性。结果表明:这4个常用的气候一植被分类模型对中国植被区划一级分类的植被地理分布模拟效果较好。其中,Holdriage生命地带系统的KAPPA值达到0.57,模拟效果优于其它三者。但对特定地区,如青藏高原的植被地理分布,所有模型均需改进或引入新的影响因子才能较好地模拟二级植被区划的植被地理分布。1)Penman模型对温带草原和青藏高原的植被地理分布模拟的KAPPA值超过0.50,是4个模型中对青藏高原植被地理分布模拟效果最好的。2)Thomthwaite模型对热带雨林、季雨林植被地理分布模拟的KAPPA值达到0.40,可以弥补Holdridge生命地带系统对热带植被地理分布模拟精度的不足。3)Holdridge生命地带系统对中国植被地理分布模拟的效果最佳,但对西部季雨林、雨林区域(52)、西部草原亚区域(63)、青藏高原温性荒漠地带(86)和温性草原地带(84)的模拟程度不理想。4)Kira模型对亚热带常绿阔叶林植被地理分布的模拟效果可与}toldridge生命地带系统相媲美;对低海拔和湿润、半湿润地区植被地理分布的模拟效果尚可。

内蒙古锡林河流域草原群落植物功能群组成沿水热梯度变化的样带研究

用样带法调查了草原群落植物功能群组成沿水热梯度的变化。结果表明 ,随着海拔高度的降低 ,降水量的减少 ,热量和干燥度的增加 ,群落植物生活型功能群组成中 ,多年生杂类草的相对多度逐渐减少 ,而多年生丛生禾草的相对多度逐渐增加 ,多年生丛生禾草对多年生杂类草具有强烈的生态替代作用。在植物生态类群功能群组成中 ,中旱生植物的作用逐渐减弱 ,而旱生植物的作用显著增强。草地的利用方式对群落组成具有重要的影响 ,永久样地和割草场中不耐牧种的相对生物量显著地高于放牧场 ,而放牧场中耐牧种的相对生物量则显著地高于永久样地和割草场。受草地利用强度的影响 ,土壤有机碳及全氮含量对上述植物功能群相对多度的影响呈非线性。在样带梯度上 ,大气降水递减和利用强度增加所引起的群落结构与组成的简单化 ,可能是导致草原群落生产力和稳定性降低的主要因素。

植物氮代谢及其环境调节研究进展

氮代谢是植物的基本生理过程之一 ,也是参与地球化学循环的重要组成部分 .植物氮素同化的主要途径是经过硝酸盐还原为铵后直接参与氨基酸的合成与转化 ,期间硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酰胺合酶 (GOGAT)、天冬酰胺转氨酶 (AspAT)等关键酶参与了催化和调节 .以氨基酸为主要底物在细胞中合成蛋白质 ,再经过对蛋白质的修饰、分类、转运及储存等 ,成为植物有机体的组成部分 ,同时与植物的碳代谢等协调统一 ,共同成为植物生命活动的基本过程 .文中概述了植物氮素同化的途径、几种关键酶的特性和调控机制 ,简述了氮素代谢的信号传导、植物细胞蛋白质的形成、转运、储存和降解过程 .基于水分胁迫等关键生态因子对氮代谢的影响及其调节机制的评述 ,强调了未来需加强研究的

内蒙古地带性针茅植物对CO_2和气候变化的适应性研究进展

收集了1992—2013年关于模拟CO2浓度升高及气候变化(温度升高、降水变化)对内蒙古地带性草原群落的5个建群种针茅植物(贝加尔针茅、本氏针茅、大针茅、克氏针茅、短花针茅)影响的实验研究结果表明,模拟CO2浓度升高、增温和增雨将提高针茅植物的光合作用和株高生长,但CO2处理时间延长会导致光合适应;温度和降雨变化将改变针茅植物的物候进程,但物种之间反应有差异;CO2浓度升高有助于针茅植物生物量增加,增温和干旱则相反,CO2浓度升高对干旱的影响具有补偿作用;干旱和涝渍胁迫将提高针茅植物植株C/N,CO2浓度升高将加剧水分胁迫下针茅植物植株C/N的增加效应,导致牧草品质下降。由于当前在适应性指标、针茅植物对气候变化协同作用的适应机理及其敏感性研究等方面存在的不足,导致目前无法全面比较各针茅植物对CO2和温度、降水变化的响应差异及其敏感性,因而无法预测未来在全球变化背景下,这几种针茅植物的动态变化及其在地理分布上的迁移替代规律。为科学应对气候变化,未来应加强内蒙古地带性针茅植物的适应性指标、针茅植物对多因子协同作用的适应机理及敏感性研究。

中国气候变化的植物信号和生态证据

全球平均气温上升、降水格局变化、极端天气事件发生的频率和强度增大等气候变化现象已经对陆地生态系统产生了影响,物种、群落和生态系统响应于气候变化而发生的改变,可以作为气候变化的间接生物学和生态学证据,对未来气候变化的影响评价有重要的价值,尤其是对减缓和适应全球气候变化的"地球系统科学"研究以及可持续生态系统管理与发展对策的制订,具有重要的意义。在国际气候变化的生物学证据研究的大背景下,总结了中国陆地生态系统响应过去气候变化的植物学信号和生态学证据:(1)物种水平:气候变暖导致中国33°N以北大部分地区植物春季物候期包括萌芽、展叶、开花期等显著提前,植被生长季延长;(2)群落水平:群落物种组成和分布发生改变,主要表现在长白山等高山群落交错带物种组成和林线位置的变化以及青藏高原高寒草甸的退化;(3)生态系统水平:全国总体植被盖度增加,植被活动加强,生产力增加;北方和西部地区农业植被的耕作制度、种植结构、耕种面积和产量发生变化,东北地区水稻种植面积和产量增加,但全国大部分地区农作物产量和温度呈负相关,这将威胁到未来的粮食安全。

中国全球变化样带的设置与研究

为研究中国全球变化与陆地生态系统（ＧＣＴＥ）关系及过去全球变化（ＰＡＧＥＳ）需要，我国全球变化样带（ＣＥＮＴ）将分别按经向（Ｅ１１０—１２０°）和纬向（Ｎ４０°）设置。第一样带（ＣＥＮＴＩ）系中国东部森林生态系统样带，是沿着热量梯度，在东亚季风控制下的各个森林地带的生态系列。第二样带（ＣＥＮＴＺ）系中国北温带森林－草原－荒漠生态系统样带，是沿着湿度梯度，由大陆性气候向海洋性气候过渡的生态系列。在样带上进行生物地球化学过程、能量交换、植被结构与动态、气候－植被关系、土地利用格局、模型测试和遥感校验等研究。