全球气候变化的背景下,干旱事件的发生频率、强度和持续时间不断增加,增加了森林生态系统面临的风险,探讨森林对干旱胁迫响应的规律与特征是生态学领域研究的热点.以干旱的定量表达为切入点,总结和归纳了评估森林对干旱响应的常见指标、评估方法和应用案例,特别是梳理了各种属性(如林龄、冠层高度等)的森林对干旱胁迫响应的差异性.基于当前研究进展和问题,提出在未来研究中,亟待发展多尺度综合解析各种属性森林对干旱胁迫响应差异的驱动机制研究;各种属性森林生态系统稳态转换临界点的探测;森林对干旱的响应规律在森林管理和模型优化的实践应用.

植物功能性状之间的关系是反映植物在资源获取和资源保守策略之间权衡的有力指标.喀斯特是全球最脆弱的陆地生态系统之一,其中的植被长期遭受干旱的胁迫,对极端天气和极端降水高度敏感.在降雨极端化的背景下,喀斯特地区植物生态策略的变化还不得而知.以西南喀斯特弃耕地演替初期群落中12种草本植物为对象,通过保持年降水量不变,人为控制单次降水量以及降水频率,以自然降雨为对照组(CK),设置中雨频率增强处理组(T10),大雨频率增强处理组(T25)和暴雨频率增强处理组(T50)3个处理组.模拟在全球变化导致的降雨极端化情境下,研究植物根茎叶功能性状的响应特征及经济型谱之间的关系.主要结果如下:(1)根茎叶的功能性状对降雨极端化的响应不同,其中根的理论导水率随着降雨极端化增强而增加,而茎和叶的理论导水率仅在T25增加,根茎叶三种器官中对降雨极端化最敏感的是茎;(2)根茎叶各器官均有自身稳定的"快-慢"经济型谱.降雨极端化仅T50的植物会选择介于资源获取和资源保守策略之间稳定的经济型谱;(3)不同植物器官之间的经济型谱的协调并不一致,其中茎根经济型谱之间的相关系数在三个处理组中均变大,而叶根经济型谱之间的相关系数仅在T25变大,叶茎经济型谱之间的相关系数仅在T10变大.总之,喀斯特弃耕地演替初期群落中草本植物的根茎叶有自身稳定的经济型谱,降雨极端化导致了以根茎叶经济型谱所反映的植物地上和地下资源保存和获取策略的解耦;本研究中的植物最容易发生功能性状变异的器官是茎.本研究提高了对植物不同器官各功能性状之间关系和植物地上与地下部分关联性的理解,揭示了植物不同器官的"快-慢"植物经济型谱以及由此反映的植物适应能力的差异和功能策略的多样性,促进了对植物资源获取与环境响应策略的深入认识,为预测未来气候变化背景下喀斯特弃耕地草本植物的适应趋势和响应策略提供了新见解.

在全球气候变化的影响下,干旱和半干旱地区的降水格局呈现出降雨强度增加、降雨频率减少但降雨总量不变的趋势.大气氮沉降作为另一个全球气候变化的重要因子,沉降速率逐年加剧,显著影响生态功能及过程.线虫是陆地生态系统中最主要的土壤生物,参与多种地下生态过程.线虫群落的多样性尤其是功能、系统发育多样性如何对降水格局的改变做出响应,以及氮沉降如何调节这些响应,目前仍不清楚.本研究利用中国科学院植物研究所多伦恢复生态学试验研究站长期模拟降水格局改变及氮沉降添加试验平台,开展了5个降雨强度(2 mm、5 mm、10 mm、20 mm、40mm)处理和氮添加(10gN·m-2·yr-1)对土壤线虫分类、功能和系统发育多样性的影响研究.结果表明,降水强度较强但频率较低可以提高线虫的分类α多样性、功能α多样性、系统发育α多样性;同时降低了分类β多样性和系统发育β多样性.然而,氮添加降低了中高强度降水处理下线虫的分类α多样性、功能α多样性、系统发育α多样性,同时提高了分类β多样性、功能β多样性和系统发育β多样性.土壤含水量和土壤微生物量碳含量是影响线虫功能及系统发育多样性的主要因素.本研究结果表明,由于全球气候变化,未来几十年降雨强度的增加可能有利于干旱和半干旱生态系统中的土壤线虫功能多样性和系统发育多样性.然而,在氮沉降严重的地区,这种正效应可能会被氮沉降导致的土壤环境的恶化所抵消.

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木.鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活和死亡的生理机制,了解树木在未来气候下的适应机制,提高预测树木对干旱反应的准确性.在常用植物功能性状的基础上,重点纳入与植物水分运输能力及耐旱性相关的水力学性状,系统总结了:1)植物木质部水分运输的物理机制;2)植物应对干旱胁迫的水力响应过程:3)干旱胁迫下木本植物水分利用对策;以及 4)干旱胁迫下木本植物衰退/死亡机理.最后,提出3 个尚待解决的主要问题:1)加强纳入水力性状阐明植物对干旱胁迫的响应和调节机制;2)加强从全株植物的角度考虑植物不同组织性状间的关系;3)深入探究树木干旱致死机理.

随着极端气候事件频率和强度的增加,植被物候正在发生深刻的变化.然而,植被枯黄期(EGS)对极端气候的响应机制目前尚未厘清,特别是对于干旱半干旱地区的草地而言.因此,聚焦我国温带草地,基于1982—2015年全球监测与模型研究工作组归一化植被指数(GIMMS NDVI3g)长时间序列数据提取草地物候参数,并分析其时空变化规律;运用随机森林模型等方法探究温带草地EGS对极端气候变化的响应特征.结果表明:(1)全区多年平均EGS主要发生于270—290儒略日(DOY),59.8％的区域呈延迟趋势,其中显著延迟(P<0.05)的区域分布在新疆天山、阿尔泰山一带和准噶尔盆地西部、黄土高原北部、呼伦贝尔高原的西部和东北小兴安岭.(2)EGS与极端气温暖极值(日最低气温的最大值、日最高气温的最大值、暖夜日数、暖昼日数)之间均以广泛的正相关关系为主;相比之下,极端降水事件与EGS之间的关系相对比较复杂,这与各草地类型自身的生理策略和所处环境密切相关.(3)整体而言,持续干旱日数、气温日较差和暖夜日数对全域草地EGS动态变化具有极大的重要性.就不同草地类型而言,温带草甸草原主要受到气温日较差的影响,温带山地草甸和温带沼泽化草甸EGS变化主要受日最高气温的最大值的影响,日最低气温的最大值和暖夜日数分别对温带草丛和温带荒漠草原的影响最大;持续湿润日数和持续干旱日数则分别对生长在水分限制地区的温带盐生草甸和温带典型草原的EGS产生强烈作用.

在日益加剧的气候变化和土地开垦、放牧等人类活动干扰下,具有多稳态特征的干旱区生态系统可能会经历从相对健康状态到退化状态的稳态转换,导致生态系统的功能下降.早期预警信号的识别是生态系统稳态转换研究的热点,也是管理实践中防止生态系统退化的关键环节.以往预警信号研究聚焦于通用信号如自相关性、方差等统计学指标,然而这些指标对于具有特定机制的干旱区生态系统可能并不适用.基于干旱区景观格局特征所发展起来的空间指标为生态系统稳态转换提供了独特的空间视角,对于理解干旱区生态系统退化过程和机理具有科学意义和实践价值.介绍了干旱区生态系统稳态转换现象及其转换机制;聚焦景观生态学的指标和方法,从空间视角总结基于干旱区景观格局特征的关键预警指标(植被覆盖度、植被斑块形态、植被斑块大小频率分布和水文连通性等),重点剖析这些关键指标的概念、量化方法、识别特征及其实践应用;最后针对指标的优势和局限性对未来的研究方向进行展望,包括发掘潜在景观指标,加强干旱区生态系统变化的多种驱动要素的相互作用机制研究,开展多时空尺度的实证研究,构建生态系统稳态转换预警信号的整体分析框架,以及加强指标阈值的量化研究等方面.

目的 分析气候变化条件下,干旱对人群健康影响领域研究热点.方法 对PubMed数据库中发表的有关干旱与健康的国外文献进行分析,统计各主题词出现的频次,选择累积频次超过25％的主题词作为高频主题词.利用BICOMS统计不同的高频主题词在同一篇文献中出现的频率,利用SPSS统计软件对主题词矩阵做聚类分析,通过分析各类的文献内容,得到该研究领域的研究热点.结果 共检索出有关干旱与健康论文1 067篇,得到高频主题词44个,2000年以后该领域的研究论文数量增多明显,澳大利亚开展的干旱与健康研究比较多,通过这些高频主题词聚类得到了三个研究热点.结论 目前国外对干旱与健康的研究热点主要集中在对营养方面的影响、对传染病流行方面的影响以及干旱与精神压力相关研究.

为了明确黄耆属裂萼亚属内部类群的关系,该研究采用光学显微镜和扫描电镜,观察了黄耆属裂萼亚属6个组6种植物的叶表皮特征.结果表明:(1)在光学显微镜下,裂萼亚属6种植物的表皮毛密度、长度、臂长比以及气孔频率都存在较大差异:除莲山黄耆和地八角上表皮无毛外,其他种上下表皮都有毛分布并且下表皮毛密度较大;表皮毛臂长比在1.22～2.15之间;表皮毛的长度为104.7～902.0 μm,同一个种的同一叶片上表皮毛长度差异在200～400 μm之间,但上下表皮毛长度没有明显差别,其中短序组地八角的表皮毛长度最短(195.5 μm),剑叶组鸡峰山黄耆的表皮毛长度最长(781.6 μm).(2)在光学显微镜下,裂萼亚属6种植物的表皮细胞形状和垂周壁式样也各不相同,其中灰叶黄耆和地八角垂周壁平直,莲山黄耆和鸡峰山黄耆为明显的波状,而斜茎黄耆和糙叶黄耆的垂周壁介于两者之间,相对应的表皮细胞形状分别为:多边形、不规则形和近多边形,这些特征可以作为物种鉴别的依据.(3)扫描电镜下,裂萼亚属6种植物的微形态特征基本一致,表皮毛均呈圆柱状,表面具有棱状条纹或乳头状突起,其中地八角的棱状条纹最为明显,其他各种之间的毛表面特征差异不明显;表皮细胞的蜡质层纹饰均为薄片状,气孔器外拱盖边缘平滑或微波状,其中地八角的气孔器周围角质层有明显的“T”型加厚.(4)比较不同环境下 6种植物的气孔频率和密度发现,采自水边的地八角气孔频率最大,且上下表皮气孔频率一致,而采自黄土高原干旱地区鸡峰山黄耆的气孔频率却最小,与前人研究结果不一致.

特殊的地理位置和气候类型决定了陕西省是旱灾多发区和重发区,利用遥感技术进行高效的农业干旱监测和旱情影响分析显得十分必要.本文以植被状态指数(VCI)作为农业生长季节干旱监测指标,探讨了VCI在陕西省农业干旱监测中的适用性以及与降水的相关性,并利用VCI对陕西省2002年3月-2016年5月农业干旱进行识别与时空分布特征研究.结果表明:VCI指数在监测陕西省农业干旱方面具有一定的优势;月尺度VCI与降水量并未表现出很好的相关性,表明降水只是影响植被覆盖度和长势的因素之一;VCI相对于降水变化存在一定时间的滞后性,其中关中和陕南地区约为1个月,陕北地区小于1个月;近15年来,陕西省全域性农业干旱事件多发生在3月,其次为10月和11月,连续性农业干旱多发生在春季或秋季,其总体干旱状况有所减轻;秋季农业干旱面积占比最大,频率最高;夏季农业干旱面积占比最小,频率最低;春季农业干旱面积处于夏季和秋季之间;空间分布上,陕北大部分区域易发生春旱和秋旱,关中和陕南仅局部地区发生春旱和秋旱,农业干旱频率总体上呈现北高南低的态势.

我国饮水问题比较突出,近年来因气候变化导致的极端天气事件发生的频率和强度有所增加,其可通过水源、水处理过程、供水系统、居民饮用水行为等环节影响水质和水量,加剧居民饮水安全和健康问题.在全球气候变化背景下,简述了其对各国不同地区饮水安全、水相关疾病及其适应性管理3方面的研究进展,分析了气候变化对饮水安全与居民健康的相互关系.指出影响饮水安全及其健康问题的主要气象因素有气温、降水量和蒸发量;同时,在干旱期或暴雨期,降水量比温度更易对水质、水量和健康产生负面影响,但不同微生物种类、季节和水源类型、居民饮水行为及社会因素会因气候变化的相互作用而使影响更为复杂.建议:需建立气候变化与饮水安全和居民健康影响的相互关系模型,在此基础上制定有效的水质风险评估和管理对策,对缓解气候变化导致的缺水地区居民饮水安全和健康问题起至关重要作用.