内蒙古高原植物气孔性状的空间变异及其适应机制

气孔是植物与大气进行水气交换的阀门,调节着植物的蒸腾与光合作用。因此,气孔性状的变异影响着植物功能,并能够反映植物对环境的适应。目前,内蒙古高原草地植物气孔性状的空间变异及其对环境的响应尚未被探究。于2018年在内蒙古高原草原区沿降水梯度设置了10个受人为干扰较少的天然草地样地,采集每个样地及周围的植物,并对每个物种叶片上、下表皮的气孔性状进行了测量和计算。结果表明:(1)气孔密度(SD)、气孔大小(SS)和气孔相对面积(SRA)的均值分别为262.29个/mm^(2)、378.84μm^(2)和8.10%;下表皮与上表皮的气孔密度比(R.SD)、大小比(R.SS)和相对面积比(R.SRA)的均值分别为1.54、1.04和1.61。(2)由于草地生境开阔,气孔形态性状在不同生活型(草本与木本植物、一二年生与多年生草本)间没有显著差异(P>0.05)。(3)从草甸草原到荒漠草原,叶片SD和SRA减小,SS增大,气孔性状变异的主要驱动因素是年降水。(4)气孔综合指标SRA主要受SD驱动,降低叶片SD是内蒙古高原草地植物提高耐旱性的重要机制之一。(5)植物还可以通过降低气孔比来适应干旱胁迫,下表皮气孔是内蒙古高原植物气孔比降低的主要贡献者。研究结果有助于进一步了解草地植物叶片气孔独特的气候适应机制,还可为生态预测模型提供基础数据。

基于地面观测的陆地生态系统碳储量多源数据整合方法

陆地生态系统有机碳储量通常指一定面积的植被、土壤和凋落物的有机碳存储量总和。准确评估陆地生态系统碳储量现状和变化,对于揭示全球变化对陆地生态系统碳库的影响、指导政府决策者制定气候应对策略和评估现有措施的有效性等具有重要意义。地面观测数据是生态系统碳储量及其变化评估的重要数据源之一,但目前除少数生态站开展了长期地面数据观测外,绝大多数地面观测数据呈现出多源化、相互不匹配、时间不连续等特点;因此,迫切需要发展科学、规范化的多源数据整合方法,将这些多源、分散的地面观测数据整编形成长期系统的地面动态观测数据集,提高数据资源价值。从陆地生态系统碳储量组分及其基本算法着手,系统梳理了植被和土壤碳储量估算中植被不同器官生物量和碳含量、土壤碳含量、土壤容重等关键参数的观测现状,并详细介绍了这些关键参数的科学推导方法。此外,也进一步讨论了多源地面观测碳储量数据整合的方法,并展望了该方法体系未来的发展方向,期待能为后续相关研究提供可借鉴的规范性方法。

中国植物群落生产力由东向西分布格局及其驱动因素

植物群落生产力是表征植物群落光合生产能力的重要参数,是维护生态系统稳定性与可持续发展的基础。研究沿中国东西样带(WETC)的水热梯度对植物群落展开野外调查,并基于调查数据计算植物群落地上生物量(AGB)及地上净初级生产力(ANPP),结合环境因子对我国植物群落生产力的东西分布格局及其驱动因素进行了探讨。中国东西样带(WETC)沿30°N设置,水热梯度明显,具有良好的植被、气候等环境因素的过渡特征。在该样带上,ANPP和AGB均具有明显的经度地带性和垂直地带性分布特征,并且其空间分布特征能够较好地被环境因子所解释;具体关系为:ANPP、AGB和年降水(MAP)、生长季温度(T_(gs))、CO_(2)分压(Pco_(2))呈显著正相关关系,与太阳辐射(SRAD)、风速(WS)、pH为显著负相关关系。由于青藏高原特殊环境的影响,在该样带上除了MAP和T_(gs)外,Pco_(2)也成为影响ANPP和AGB空间分布格局的重要因子,该结论为未来研究高海拔地区群落生产力的响应机制提供了新的启示。综上所述,中国东西样带(WETC)具有良好的样带潜质,未来可能与中国东北样带(NECT)、中国东部南北样带(NSTEC)共同构成我国新的样带调查体系,为全球陆地生态系统与全球变化关系的研究提供一个更加完善的野外平台。

森林生态系统性状的空间格局与影响因素研究进展——基于中国东部样带的整合分析

性状(Trait)或功能性状(Functional trait)是植物、动物和微生物等对外界环境长期适应和进化后所呈现出来的可量度的特征,也是人们认识自然、利用或改造自然的重要途径和技术手段。近几十年来,科学家对植物、动物和微生物功能性状的研究取得了令人瞩目的成就,尤其在物种水平的植物叶片和根性状的研究领域;然而,自然生态系统是复杂的,植物、动物和微生物自身的多种性状间及其不同生物间性状的相互作用是广泛存在的,因此需要跨学科、系统性、集成式地调查和研究。以中国东部南北样带(NSTEC)森林生态系统为对象开展了植物、微生物和土壤性状的综合测定;基于其核心的研究结论并适当整合NSTEC前期的相关研究成果,希望能给性状研究提供新的调查模式和分析思路。沿NSTEC从热带雨林到寒温带针叶林3700km样带选取了9个地带性森林生态系统,在群落结构调查基础上对群落内所有植物种类(总计1177物种)开展了系统性的性状测定(叶-枝-干-根多元素含量,叶片形态性状-气孔性状-解剖性状-叶绿素含量-多元素含量-非结构性碳水化合物、细根形态性状-解剖性状-多元素含量等),测定了土壤微生物群落结构、酶活性、土壤有机质结构与组成、土壤碳氮周转及其温度敏感性等参数。基于上述数据,不仅按传统途径系统性地探讨了植物、微生物和土壤多种性状的纬度变异规律与影响因素;还从不同角度探讨了"如何科学地将器官水平测定性状推导至天然森林群落水平"科学难题,并从多个性状角度建立了自然森林生态系统中性状与功能的定量关系。在此基础上提出"性状网络"和"生态系统性状"概念,以其更好地用于揭示自然界复杂的森林生态系统,为验证和发展生态学理论、探讨多种性状间协同(权衡)的生态系统生产力优化机制提供重要的数据支撑。希望通过解决性状尺度拓展的技术难题,未来将传统性状研究拓展至群落或生态系统水平,并与高速发展的宏观观测手段(遥感观测、通量观测、模型模拟)有机结合,使性状研究更好地服务于区域乃至全球性的生态环境问题。

人为干扰强度对村级景观破碎度的影响

村落具有人类活动所造成的许多景观特征 ,是研究人为干扰对景观破碎度影响的良好场所 .本文运用地表植被的改变状况和主要辅助能的投入为指标 ,按重度干扰强度、中度干扰强度和轻度干扰强度 3个等级把村落分为中心区、过渡区和基质区 ,分析不同研究区的景观破碎度与人为干扰强度的相互关系 .3个研究区域的斑块密度指数分别为 0 .3416、0 .310 9和 0 .0 0 2 8;景观破碎度分别为 0 .0 82 0、0 .0 746和 0 .0 0 0 7.重度干扰和中度干扰比轻度干扰下景观具有明显高的斑块密度指数和破碎化指数 .随着人为干扰强度的增加 ,景观破碎化程度相应增加 ,中度人为干扰使景观破碎度值较高 .

长期封育对不同类型草地碳贮量及其固持速率的影响

基于4个长期封育草地,采用成对取样方法(封育-自由放牧草地)分析了长期封育和自由放牧草地地上生物量、地表凋落物、0—100 cm根系和土壤的碳氮贮量,探讨了长期封育草地的碳固持速率。实验结果表明:长期封育显著提高了草地碳氮贮量;经30a围封处理后,草地碳固持量为1401—2858 gCm-2,平均2126 gCm-2;草地碳固持速率为46.7—129.2 gCm-2 a-1,平均84.2 gCm-2 a-1。长期封育草地氮固持速率为2.8—14.7 g N m-2 a-1,平均7.3 g Nm-2 a-1。封育草地碳和氮固持速率表现为:针茅草地<羊草草地<退化羊草草地<补播黄花苜蓿+羊草草地。长期封育草地0—40 cm土壤碳固持速率相对较高,但下层土壤对草地碳固持的贡献也比较大,因此,未来的相关研究应给予下层土壤更大关注。内蒙古典型草地具有巨大的碳固持潜力,长期封育(或禁牧)是实现其碳固持效应最经济、最有效的途径之一。

扦插玉米秸秆改良松嫩平原次生光碱斑的研究

根据野外实验 ,提出了改良松嫩平原次生光碱斑的新方法 ,即通过扦插玉米秸秆截留植物种子 ,在玉米秸秆分解作用下 ,以玉米秸秆本身及其邻近区域 ,为植物提供生长平台 ,使被截留的植物种子得以顺利定居、生长 ;达到低成本、快速地恢复次生光碱斑植被的目的 .结果表明 ,扦插玉米秸秆可显著提高土壤种子库 ,改良区土壤种子数量为 4 0 2 0 0± 1 773 6粒·m-2 ,次生光碱斑土壤种子库为 1 0 0± 31 6粒·m-2 ,被截留的种子为植被恢复提供了种源 .改良区土壤理化特性得到一定改善 ,但仍具有高pH值、高盐分含量和低有机质含量等特征 .虎尾草能在玉米秸秆周围存活 ,每个玉米秸秆周围可生长 3 9± 2 2株 ,产量可达 6 8 6 4± 38 72 g·m-2 .该方法投入少、成本低、技术简单 ,在次生光碱斑呈斑块状、且面积相对较小的区域 。

内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力

放牧是典型草地最重要的利用方式,弄清放牧对草地碳固速率的影响,将为我国内蒙古地区草地碳汇管理提供重要的科学依据。通过在平坦草地和斜坡草地设置相同的放牧梯度实验(放牧强度0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0羊/hm2),探讨了放牧和地形对草地土壤碳固持速率的影响。实验结果表明:轻度放牧草地表现为碳固持,重度放草地表现为碳流失;对放牧草地而言,存在碳源/碳汇的转化阈值(或放牧强度),且坡地阈值低于平地。为了实现草地碳增汇目的,平坦草地的放牧强度应低于4.5羊/hm2(放牧期6—9月),斜坡草地应低于3羊/hm2。地形因素(平地VS斜坡)使准确评估放牧草地土壤的碳固持速率变得更加复杂。总之,内蒙古地区放牧草地具有较大的碳固持潜力,通过控制放牧强度是实现其碳固持潜力的重要途径之一。

土壤有机质分解的温度敏感性:培养与测定模式

土壤有机质分解的温度敏感性(Q_(10))不仅是生态学和土壤学研究的核心科学问题之一,也是全球变化生态学研究的热点领域。国内外学者对Q_(10)的影响因素或机制开展了大量卓有成效的研究工作,并有不少相关的综述或展望;然而,迄今为止有关培养与测定模式的探讨却非常少。鉴于培养和测定模式对研究结果的重要性,在简要描述Q_(10)定义、基本理论和计算方法的基础上,重点比较了当前Q_(10)研究的不同培养和测定模式及其优缺点。结合最新研究进展,重点介绍了新发展的连续变温培养+连续自动测试模式,并简要阐述了新模式的应用前景。通过探讨,希望能为国内从事Q_(10)研究的学者提供一定的经验与借鉴;同时,希望能引起青年科研人员重视研究方法、技术和仪器的研发,更好更快地推动原创性研究。

松嫩草地次生光碱斑种子流及其生态恢复意义

通过陷井法 ,对松嫩草地次生光碱斑的表面种子流、土壤种子库动态进行了分析 ,调查发现次生光碱斑种子流数量巨大 ,种类相当丰富 ;次生光碱斑的表面种子流月份间差异极显著 ,6月份最小 ,10月份最大。次生光碱斑的土壤种子库很小 ,种类单一 ,原有的土壤种子库严重流失 ;与典型羊草群落相比 ,土壤种子库在种类和数量上均有很大差异。次生光碱斑的土壤种子库很小 ,尤其在 5、6月 ,造成次生光碱斑种子极度缺乏 ,是次生光碱斑植物自然恢复进程极其缓慢的重要原因之一。根据种子流的生理 -生态特征和数量特征 ,它对次生光碱斑的植被恢复具有重要意义 ,是潜在种源。

植物性状研究的机遇与挑战:从器官到群落

植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional trait)通常是指植物对外界环境长期适应与进化后所表现出的可量度、且与生产力优化或环境适应等密切相关的属性。近几十年来,植物性状研究在性状-生产力、性状-养分、性状间相互关系、性状-群落结构维持等方面取得了卓越成就。然而,由于大多数性状调查都是以植物群落内优势种或亚优势种为对象,使其在探讨群落尺度的性状-功能关系、性状数据如何用于改进或优化模型、性状数据如何与遥感连接等问题时,存在空间尺度和量纲不匹配的极大挑战。为了破解上述难题,亟需发展新的、基于单位土地面积的群落性状(Community trait)概念体系、数据源和计算方法等,推动植物性状数据与快速发展的宏观生态学新技术(遥感、模型和通量观测等)相结合,既拓展了植物性状研究范畴,又可推动其更好地服务于区域生态环境问题的解决。所定义的群落性状(如叶片氮含量、磷含量、比叶面积、气孔密度、叶绿素含量等),是在充分考虑群落内所有物种的性状实测数据,再结合比叶面积、生物量异速生长方程和群落结构数据等,推导而成的基于单位土地面积的群落性状。受测试方法的影响,传统的直接算术平均法或相对生物量加权平均法所获得的群落水平的植物性状(如叶片氮含量g/kg或%),虽然可以有效地探讨群落结构维持机制,由于无法实现对群落性状在量纲上向单位土地面积转换,使它很难与模型和遥感数据相匹配。基于单位土地面积的群落性状,可在空间尺度匹配(或量纲匹配)的前提下实现个体水平测定的植物性状数据与生态模型和遥感观测相联系,更好地探讨区域尺度下自然生态系统结构和功能的关系及其对全球变化的响应与适应。同时,它也可更好地建立群落水平的性状-功能的定量关系(非物种水平),为更好地探讨自然群落结构维持机制和生产力优化机制提供了新思路。

植物源VOCs及其对陆地生态系统碳循环的贡献

综述了近20a来国内外关于植物源VOCs的研究进展。分析了植物源VOCs主要组成成分、生理-生态基础,以及影响植物VOCs释放速率的主要因素。重点探讨了植物源VOCs对陆地生态系统碳循环的潜在重要性,提出一些值得关注的问题。

生态系统质量评估方法——理想参照系和关键指标

良好的生态系统质量是社会可持续发展的重要基础,也是国家生态文明建设的重要目标之一。目前,我国在生态系统质量评估体系建设方面取得了很好的进展,但由于缺乏科学的评估标准和统一的指标体系,不同区域间评估结果的可比性差或同一区域不同时期间评估结果难以比较,难以开展区域和国家尺度的集成研究,同时也难以满足快速评估关键区域或国家尺度生态系统质量的需求。为了有效克服上述困难与挑战,迫切需要构建一套科学的、经济可行的、简单快速的、且适用于区域或国家尺度的生态系统质量评估体系。以国内生态系统质量评估现状为基础,通过梳理现有的评估体系,提出了“理想参照系”的概念体系,旨在进一步完善评估体系的基本框架;同时,较详细地阐述了理想参照系中阈值的确定方法。此外,从科学、直观、快速、经济可行等角度出发,建议重新思考生态系统质量评估的关键指标(如生产力、土壤有机质、植物多样性和景观破碎度)。新构建的“理想参照系+关键指标”的新型生态系统质量评估体系,理论上可满足新时期区域或国家生态系统质量快速评估的需求,但许多技术细节仍待于进一步完善;由于新评估体系能量化生态系统质量的恢复潜力与发展阶段,它可为更合理配置资源、提高保护成效等提供科学依据。

乡村生态学的研究体系与研究趋向探讨

结合村落生态系统的特点和现代生态学研究的热点问题 ,从基础理论研究和应用研究方面把乡村生态学的研究体系划分为村落生态系统研究、村落生物环境研究和村落系统生态研究三个部分 ,并对乡村生态学在现阶段的研究趋向做了深入探讨 ,把乡村生态学研究分为八个研究方向 .

火烧对长期封育草地土壤碳固持效应的影响

火烧是内蒙古典型草原的自然现象,对长期封育草地碳固持效应具有潜在的重要影响。基于野外控制火烧实验(未火烧、1a火烧1次、2a火烧1次、4a火烧1次),采用土壤和土壤粒级组分相结合的指标体系,分析了火烧以及火烧频率对长期封育草地土壤碳贮量的影响。结果表明:火烧会降低长期封育草地0—30 cm土壤碳贮量;其中,频繁火烧将显著降低草地土壤碳贮量,而4a 1次的火烧对土壤碳贮量影响较小。火烧对0—10 cm土壤碳贮量影响明显,而对10—30 cm土层影响较小。此外,火烧对长期封育草地土壤砂粒和粉粒碳氮贮量影响较大、对粘粒碳氮贮量影响较小。火烧后表层土壤砂粒和粉粒C∶N比下降,表层土壤有机质的稳定性有所提高。与自由放牧草地相比,连续遭受火烧处理的长期封育草地仍具有较高的碳贮量。总之,火烧会一定程度降低长期封育草地的碳贮量,但并不会彻底改变其显著的碳固持效应。

松嫩草地羊草克隆构型特征在不同种群密度下的可塑性

对不同密度羊草(Leymuschinensis)种群的克隆构型特征进行了调查,比较在资源水平相对一致时,羊草克隆构型特征,如根茎节间长度、间隔子长度、分枝距离和分枝角度,对种群密度变化的可塑性.结果表明:随着种群密度增加,羊草根茎节间长度和间隔子长度逐渐减小,分枝角度增大,且分枝角度在不同密度间差异显著.分枝角度的频率分布格局在不同密度间也存在显著差异,种群密度高时,羊草根茎具有更多的大分枝角.此外,羊草根茎节间长度、间隔子长度和分枝角度与其种群密度具有较强的冥函数关系.羊草根茎克隆特征在不同密度间具有较强的可塑性,当种群密度低时,羊草克隆特征更趋于“游击型”;随着种群密度的增加,其“游击型”特征减弱.

极端干旱干扰下松嫩草原土壤含水量与植物的反映

自然干旱是一种干扰。本文研究了极端干旱干扰松嫩草原土壤含水量和植物的反映。结果表明 :极端自然干旱下 ,羊草地上生物量、株高与植物根系集中分布土层的含水量呈显著线性相关 ,相关系数分别为 0 .98和 0 .94;不同生境羊草群落、不同植物群落间土壤含水量和干旱深度差异明显。最后 ,提出了评价自然干旱干扰强度的指标

播种虎尾草对松嫩草地次生光碱斑治理的初步研究

采用扦插玉米秸秆+播种虎尾草、翻耙+扦插玉米秸秆+播种虎尾草对松嫩草地次生光碱斑进行改良实验。结果表明,2种处理区虎尾草均生长良好,并能顺利繁殖,地上生物量分别达到111.9±48.8和176.8±56.9 g/m2。另外,玉米秸秆本身成为虎尾草生长的载体,是改良实验成功的重要因素。实验达到预期效果,即低成本、快速地使次生光碱斑恢复植被,加快其植被恢复进程。

放牧对松嫩平原农牧交错区防护林下草地的影响

针对当前防护林草地已成为松嫩平原农牧交错区牲畜主要放牧场的实际情况 ,分析了不同放牧强度对防护林草地的影响 .结果表明 ,未放牧防护林草地严重退化 ,与极度放牧防护林草地最为相似 .未放牧和极度放牧均抑制了防护林草地的生长 ,轻度放牧和中度放牧却促进了防护林草地的生长 ,草地产量和质量均明显提高 ,并合理地利用了杨树叶资源 .未放牧防护林草地质量指数仅为 15 5 1,属严重退化草地范畴 ;轻度放牧草地质量指数为 86 4 ,随着放牧强度的增加 ,草地质量逐渐下降 .因此 ,应提倡轻度放牧、中度放牧 ,防止未放牧和极度放牧现象出现 ,促进防护林草地生长 ,并充分利用杨树叶资源增加畜牧业牧草的来源 .

人为干扰强度对村级景观结构特征的影响

以研究点与村落中心间的距离作为人为干扰强度的划分指标 ,把村落按重度人为干扰、中度人为干扰和轻度人为干扰 3个等级分为中心区、过渡区和基质区 ,分析不同人为干扰强度与村级景观特征的相互关系。结果表明 :随着人为干扰强度的增强 ,多样性指数、相对丰富度指数和均匀度指数均相应增大 ,在中度人为干扰强度区 ,上述 3种指数均最大 ,但优势度指数最小。随着干扰强度的增强 ,与人们生活密切相关的景观类型的分形维数减小 。