毛乌素沙地油蒿光系统II多时间尺度的环境响应特征

中国西北荒漠地区极端天气事件频发,探究荒漠植物适应环境波动的调节过程和机制,可帮助预测未来气候变化背景下荒漠生态系统群落的演替和发展。该研究选取宁夏盐池毛乌素沙地优势物种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,进行叶绿素荧光的长期原位连续观测。运用小波分析方法探究油蒿光系统Ⅱ(Photosystem Ⅱ,PSⅡ)能量分配参数与光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)、空气温度、饱和水汽压差(Vapor Pressure Difference,VPD)和土壤含水率(Soil Water Content,SWC)在多时间尺度上的动态格局。结果表明:日尺度下,PSII能量分配参数滞后PAR 43 min,分别滞后空气温度、VPD和SWC 3.3、4.6和10.72 h(P<0.05),油蒿可能通过叶黄素循环等热耗散机制和改变气孔导度等途径调节PSⅡ能量分配。在季节尺度下,PSII能量分配参数分别滞后于空气温度、VPD和PAR 7.2、8.8和14.7 d,滞后于SWC长达21.6 d(P<0.05),油蒿可能通过提高PSII修复能力、增加特定蛋白数量和叶绿素浓度等方式调节PSII能量分配。油蒿PSII能量分配参数和最大光化学效率的波动符合其物候期规律,最大光化学效率和实际光化学效率在7和8月降低,调节性热耗散和非调节性热耗散增高。5和9月,非调节性热耗散增高且伴随最大光化学效率低值出现。研究认为,不同时间尺度PSⅡ能量分配调控机制存在差异,油蒿通过修复损伤最大光化学效率维持在0.78附近使PSⅡ生理状态恢复正常生理水平,对水分亏缺、极端温度和高辐射有一定适应能力。该研究可为农作物生长实时监测与保护农业生态平衡提供科学参考。     

降雨减少对油松人工林凋落叶分解的影响

  目的  凋落物分解是森林生态系统物质循环和能量流动的重要环节。探究降雨减少对油松人工林凋落叶分解的影响，有助于理解油松人工林碳（C）氮（N）循环对降雨减少的响应，可为气候变化情景下人工林生态系统功能预测与评估提供科学支撑。  方法  以北京八达岭林场油松人工林为研究对象，采用野外控制实验，通过设置3个减雨水平（100%减雨、50%减雨和对照），对比分析不同处理下油松人工林凋落叶分解过程中的质量损失和C、N动态。  结果  布设分解袋5个月后（2018年5—10月），100%减雨处理下的油松凋落叶未见质量损失，甚至出现微弱的物质积累；50%减雨处理下的凋落叶质量残留率、C残留率和N残留率分别为75.75%、49.31%和71.00%；对照下分别为73.18%、51.92%和75.50%。凋落叶质量和C、N残留率在50%减雨处理和对照间差异不显著。50%减雨处理和对照下的年分解速率k分别为0.64和0.92。油松凋落叶月分解速率与土壤含水量之间呈显著正相关。50%减雨处理和对照下的油松凋落叶N元素呈现出先富集（6月）后释放（7—10月）的动态。  结论  在北京油松人工林中，降雨减少对油松凋落叶分解的影响依赖于降雨减少的程度，在轻度和中度干旱下其分解速率仅略微下降，且C、N动态基本维持不变；而严重干旱下其分解速率和C、N周转均受到强烈制约。      

宁夏盐池油蒿叶片水分利用效率的生长季动态变化及对环境因子的响应

  目的  探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿叶片的水分利用效率季节动态及其对环境因子的响应机制，为生态系统过程建模提供重要的生理生态参数。  方法  本研究于2018年5—9月，使用 LI-6400XT便携式光合仪，测定了油蒿叶片的气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（E），并计算得出来叶片水分利用效率（WUE），分析了WUE与土壤含水量（SWC）、叶片表面饱和水汽压差（VPD_l）、光合有效辐射（PAR）及叶片表面温度（T_l）的关系。  结果  油蒿叶片的g_s、P_n、E和WUE对SWC、VPD_l、PAR和T_l具有一定的响应关系。当SWC ≤ 0.08 m3/m3时，g_s、E、P_n、和WUE对VPD_l的响应更为敏感；SWC > 0.08 m3/m3时，g_s、P_n、E和WUE对PAR与T_l的响应更为敏感。  结论  本研究结果进一步证明，油蒿在干旱条件下通过气孔的调节来适应环境变化，环境因子通过影响g_s，进而影响植物的P_n和E，从而使WUE发生改变，且WUE在干旱时较低，表明土壤干旱胁迫制约油蒿叶片光合作用，从而使叶片水分利用效率受到抑制。因此，得出如下结论:油蒿通过水分资源保存策略来适应干旱环境。      

冬小麦不同播种方式对比试验

稻茬冬小麦不同播种方式试验于2009-2010年在江苏省农业科技综合展示基地(宿迁点)进行,共设计7种不同的播种方式.结果表明,播种方式和气象条件对冬小麦田间出苗率、生长发育进程、群体动态、穗数、每穗粒数、千粒重、抗逆性和产量均有较大影响.浅旋后播种的田间出苗率明显高于板茬播种和稻田套播,其中浅旋机械均匀撒播田间出苗最高;稻茬浅旋机械均匀撒播各生育阶段群体茎蘖总数和穗数均最多;稻田套播麦冬前抗冻性较强,浅旋后播种比板茬播种和稻田套播更能抗御干旱灾害;稻茬浅旋机条播每穗粒数最多,稻田套播千粒重最大,稻茬浅旋机条播产量最高,稻田套播产量最低,浅旋后播种的最终产量比稻田套播和板茬播种高.机械均匀撒播基本实现了冬小麦均匀播种、播量可控的目标,有利于培育冬前壮苗、构建合理的群体结构,充分利用了温、光、热等自然资源,可在稻茬冬小麦播种中大力推广.     

沙柳光合速率动态变化及其主要环境因子

【目的】了解沙柳(Salix psammophila)净光合速率(Pn)的日动态和生长季节动态规律,探索影响其光合作用的主要环境因子。【方法】使用Li-6400便携式光合测定系统,测定沙柳叶片光合参数及环境因子变化;使用土壤温湿度探头(TDT)测定土壤温湿度。【结果】①沙柳净光合速率日变化类型及峰值出现时间受环境因素影响。试验中表现为单峰型,峰值出现在8:30-10:30;净光合速率季节变化表现为:8月下旬-9月中旬>6月下旬-7月上旬>7月中旬-8月中旬;②蒸腾速率(Tr)日变化为单峰曲线,在10:30-14:30之间出现峰值,但峰值不明显,属"非蒸腾午休型"的水分生态类型;③环境影响因子直接通径系数大小为:VWCsoil>RH>Tsoil>Par>Tair>CO2,间接通径系数之和大小为:Tsoil>Tair>VWCsoil>RH>CO2>Par,VWCsoil、RH是影响其光合作用的主要因子。【结论】沙柳净光合日变化为单峰曲线,在高光强、高温、干旱等恶劣环境下沙柳日变化类型会发生变化,峰值会提前。水分是沙柳光合作用的主要环境影响因子。     

毛乌素沙地油蒿群落叶面积指数动态及模拟

目的本研究以毛乌素沙地灌木油蒿群落为研究对象,研究如何快速、准确、连续地获取油蒿群落LAI,获取长期连续的LAI数据对研究生态系统过程与环境变化间的相互关系具有重要意义。方法本文采用原位连续监测和野外试验的方法,于2013和2014年每年4—10月使用LAI-2000冠层分析仪定期测定油蒿群落LAI,同时利用太阳辐射传感器和光量子传感器测得的辐射数据计算地面观测NDVI(NDVI_ground)并获取同期遥感MODIS NDVI(NDVI_MODIS)。用LAI数据分析油蒿叶面积群落指数的季节动态,并与归一化积温、NDVI_ground和NDVI_MODIS分别建立经验模型,得到最优油蒿群落LAI模拟模型。结果油蒿群落LAI在整个生长季内的变化与物候具有一致性,整体上随时间呈现单峰型变化趋势,4—8月末油蒿持续生长,LAI稳定增大,8月份达到峰值,2013年为1.09m2/m2,2014年为1.33m2/m2。9月初至9月中旬油蒿冠层结构趋于稳定,LAI变化较小;9月下旬油蒿叶片开始枯黄掉落,LAI迅速下降。经验证,利用NDVI_ground模拟荒漠地区油蒿群落LAI效果最优(R2=0.76, P < 0.01)。结论在荒漠地区简单测量NDVI并使用本文研究模型,可以快速、无破坏地获取长期连续可靠的LAI数据,研究结果对理解和预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应具有重要意义。      

毛乌素沙地油蒿灌丛生态系统的土壤呼吸特征

【目的】探究毛乌素沙地半干旱区典型油蒿灌丛生态系统土壤呼吸速率特征,揭示土壤温湿度对土壤呼吸速率的影响,以期为预估半干旱区土壤碳排放提供科学依据。【方法】在宁夏盐池选取典型油蒿群落,采用切根法剖分土壤呼吸组分,于2014年4—10月利用自动气室法对切根处理与对照样地的土壤呼吸速率进行连续观测,采用指数方程拟合土壤呼吸组分对土壤温度的响应,并运用线性回归分析温度响应函数残差(观测值/预测值)与土壤含水率间的关系。【结果】在日尺度、自养呼吸速率最大值出现时间(11:00)早于土壤温度最大值出现时间(15:00),而异养呼吸速率最大值出现时间基本与土壤温度最大值出现时间一致;在生长季中期(6—8月),土壤总呼吸速率,自养呼吸速率和异养呼吸速率的温度敏感性(Q10)分别为1.51,1.40和1.88;自养呼吸速率对温度的响应受水分的影响,当土壤含水率小于8%时,土壤温度仅能解释自养呼吸速率季节变异的36%(Q10=1.10),自养呼吸速率的温度响应函数残差随土壤含水率升高而增加(R2=0.59,P0.05);当土壤含水率大于8%时,自养呼吸速率随土壤温度升高呈指数增加(R2=0.75,Q10=1.88),自养呼吸速率的温度响应函数残差与土壤含水率无显著关系;与自养呼吸速率不同,异养呼吸速率对温度的响应受水分的影响较小,在不同土壤水分条件下均随土壤温度升高呈指数增加(R20.65);自养呼吸贡献率(自养呼吸速率/土壤总呼吸速率)在日尺度上存在中午降低的现象;在季节尺度,RA/RT呈现出明显的季节性波动,在5—8月平均为54%,9—10月平均为69%。【结论】在日尺度,自养呼吸速率受土壤温度的影响较小,而异养呼吸速率主要受土壤温度调节;在季节尺度,异养呼吸速率主要受土壤温度调节,其Q10高于自养呼吸速率;而自养呼吸速率对温度的响应受水分的调节,其Q10随土壤含水率升高而增大;自养呼吸贡献率在日尺度与季节尺度的动态变化很可能来源于呼吸组分对环境因子的差异响应。     

北京百花山华北落叶松群落主要木本植物的叶性状变异及适应策略

【目的】探讨华北落叶松群落叶性状间的权衡及叶化学性状、结构性状与光合性状间的关系,为林业经营管理优化造林树种的选择和配置提供科学支撑。【方法】以北京百花山落叶松群落木本植物包括优势种华北落叶松、3种落叶阔叶乔木(白蜡、黄檗和五角枫)、2种灌木(胡枝子和绣线菊)为研究对象,于2021年7—8月测定分析叶片的8个光合性状：最大净光合速率(P_nmax)、饱和光强(I_sat)、暗呼吸速率(R_d)、饱和胞间CO₂浓度(C_isat)、最大羧化速率(V_cmax)、最大电子传递速率(J_max)、水分利用效率(WUE)和光合氮利用效率(PNUE),2个化学性状：碳氮比(C∶N)、氮磷比(N∶P),3个结构性状：叶厚(LT)、比叶面积(SLA)、叶组织密度(LTD)。利用单因素方差分析、斯皮尔曼相关性分析、主成分分析和线性回归等方法,分析叶性状之间的权衡及化学性状和结构性状对光合性状的影响。【结果】1)种间变异最大的性状为PNUE和SLA,其为反映光合速...     

毛乌素沙地油蒿枯落物分解对增温的响应

目的明确油蒿枯落物分解速率对增温的响应，有助于理解和预测气候变化背景下毛乌素沙地典型灌丛生态系统的碳循环和养分循环。方法应用开顶箱模拟增温，以自然状态为对照，结合分解袋法，研究增温对毛乌素沙地油蒿枯落物分解的影响。结果模拟增温降低了枯落物分解速率。（1）自2017年5月起至2017年10月实验结束时，增温处理下，油蒿枝条和叶片枯落物质量残余率分别为91.07%和71.73%，而对照处理下，分别为86.08%和60.74%；（2）不同时段不同处理条件下不同种类的枯落物分解速率不同，各影响因子之间存在交互作用；（3）Olson负指数模型结果表明，在模拟增温条件下，油蒿枝、叶枯落物的分解系数k均显著低于对照处理；（4）增温对枯落物细菌多样性和群落结构没有影响。结论增温可能减缓干旱半干旱区植物枯落物分解，并且温度对枯落物分解的抑制作用与分解时间和枯落物类型有关。