在全球气候变化背景下,干旱诱导木质部栓塞被认为是驱动树木死亡的主要因素.因此,分析木质部栓塞抗性(用导水率损失50％的水势(P50)表示)的内在解剖决定因素对于理解其结构与功能间的机制具有重要意义,为气候变化背景下植被恢复树种选择提供理论依据.该研究测定广西弄岗喀斯特森林内12个主要常绿树种的木质部导管直径、导管组指数、组分占比、纹孔形态和纹孔膜超微结构,同时结合木质部储水特征(如木材密度和饱和含水量),综合分析干旱诱导木质部栓塞抗性与其解剖结构以及储水特征之间的关系.结果显示:(1)Ps0与导管直径、密度、导管组指数以及组分占比间的相关性均不显著;(2)P50与纹孔形态特征以及纹孔膜厚度和纹孔腔深度等特征间的相关性均不显著;(3)P50与木材密度显著负相关,与饱和含水量边缘显著正相关,即木材密度较大、饱和含水量较低的树种表现出较强的栓塞抗性.研究结果表明,运用单一的解剖结构来评估栓塞抗性是不全面的;此外,木质部水分存储能力与栓塞抗性之间的权衡关系对于深入理解喀斯特植物耐旱性的内在结构机制以及多元化的水分利用策略具有重要的生态学意义.

三峡库区消落带适生草本与木本植物对环境胁迫的响应是生态系统结构与功能演变的重要机制.然而,目前对消落带胁迫环境下草本和木本植物的响应特征及是否存在类群差异尚不清楚.该研究基于meta分析,探讨了三峡消落带典型环境胁迫(水淹、干旱胁迫)对适生草本和木本植物生理生态特征的影响,从物种和生活型的角度揭示了消落带适生植物类群对水淹、干旱胁迫的响应规律.结果表明:(1)草本植物和木本植物在环境胁迫下均表现出明显的生长发育抑制以及生理生化策略的适应性响应,主要表现在各组织器官生物量、光合速率的下降,丙二醛和脯氨酸含量的增加,以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性增强.(2)水淹胁迫对草本植物生物量负效应最强,干旱胁迫次之;水淹胁迫对木本植物总叶绿素含量和光合速率负效应最大,干旱胁迫次之,表现出环境胁迫作用的生活型效应;但草本与木本植物的总叶绿素含量均对水淹胁迫响应最敏感,而木本植物对干旱胁迫表现出一定的内稳态.木本植物在生理生化方面对水淹胁迫的响应比草本植物更显著,且主要体现在气孔导度、丙二醛含量、脯氨酸含量和过氧化物酶活性方面的响应与草本植物存在差异;而草本植物对干旱胁迫的响应比木本植物更显著,主要表现为总叶绿素含量、水分利用效率、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性方面的响应与木本植物存在差异.(3)草本和木本植物对不同环境胁迫的形态响应具有组织特异性差异.草本植物主要以根部、茎部和叶片形态的变化适应水淹和干旱胁迫,木本植物则主要以根部形态的变化为主.

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数.结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活.结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势.在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化.

快速获取土壤含水率(SMC)和土壤有机质(SOM)含量对于盐碱农田土壤的改良利用至关重要.本研究基于河套平原农田土壤野外高光谱反射率和土壤属性实测数据,对原始光谱反射率(Ref)进行标准正态变量(SNV)转换后,采用竞争性自适应重加权采样算法(CARS)筛选敏感波段,然后分别以Ref、Ref-SNV和Ref-SNV+土壤协变量(SC)及数字高程模型(DEM)作为建模输入变量的策略Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ,基于随机森林(RF)和轻梯度提升机(LightGBM)建立SMC和SOM估算模型,并对模型精度进行验证和对比.结果表明:经CARS筛选后,SMC和SOM敏感波段压缩至全波段的3.3％以下,有效优化波段选择,减少了冗余光谱信息.与LightGBM模型相比,RF模型在SMC和SOM估算中精度更高,输入变量策略Ⅲ优于Ⅱ和Ⅰ,辅助变量的引入有效提升了模型的估算能力.综合分析,基于策略Ⅲ-RF的SMC估算模型验证决定系数(Rp2)、均方根误差(RMSE)和相对分析误差(RPD)分别为0.63、3.16和2.01,基于策略Ⅲ-RF的SOM估算模型Rp2、RMSE和RPD分别为0.93、1.15和3.52,策略Ⅲ-RF模型是估算土壤水分和土壤有机质的有效方法.研究结论可为盐碱农田土壤水分和有机质含量快速估算提供新方法.

乌兰布和沙漠东北段的防护林是保护东部河套平原农业生产的重要生态屏障,由于对人工造林研究缺乏重视,许多防护林体系中的林分有一定的衰退趋势.研究乡土树种人工栽培后的生态适应性,是指导人工防护林建设和可持续经营的重要举措.为了深入探究乌兰布和沙漠乡土树种人工栽培后的生态适应性,本文以 3种乡 土树种沙冬青(Ammopiptathus mongolicus)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon)和蒙古扁桃(Prunus mongoli-ca)为研究对象,通过测定功能性叶片表皮形态、解剖结构、生理指标,结合当地气象数据,阐释3种植物对沙漠环境的适应机制.结果表明:3种植物分别以不同方式适应沙漠环境.沙冬青通过增大叶面积来增加受光面积、提高光合效率,利用密集的表皮毛和发达的角质层强化叶片机械防御能力,降低强光灼伤及水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.蒙古扁桃叶片簇生,通过增加叶片数量增加受光面积、提高光合效率,通过卷曲叶片躲避强光灼伤,通过特化气孔位置(将气孔全部分布于叶片下表面),利用发达的维管束、丰富的黏液细胞和晶体结构来降低水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.霸王叶片呈圆柱状条形结构,通过降低风阻,降低叶片遭受风沙流危害的概率,通过生理代谢调节提高叶片抗氧化物酶活性和渗透调节物质含量,维持细胞水分和活性氧代谢平衡.这些发现揭示了 3种植物在应对荒漠环境时所采取的不同的适应策略,为乌兰布和沙漠东北部乡土树种的引种驯化提供了新思路.

生存与繁殖对生物体维持和延续种群数量稳定至关重要.表皮碳氢化合物具有维持昆虫水分平衡和信息通讯的双重功能,目前对于昆虫在不同气候条件下如何权衡防脱水与保持化学信号可靠性的潜在冲突尚不清楚.本文以寄生于鸡嗉子榕(Ficus semicordata)雄花期果内的传粉榕小蜂窝榕小蜂(Ceratosolen gravelyi)为研究对象,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)解析雨季、雾凉季和干热季中雌、雄成虫表皮碳氢化合物的种类及含量,运用非度量多维尺度排序、相似性分析、置换多元方差分析和随机森林等方法分析了窝榕小蜂表皮碳氢化合物对不同季节变化的响应机制.结果表明:(1)窝榕小蜂表皮碳氢化合物由34种C7-C44的化合物组成,包括正链烷烃、甲基烷烃、烯烃和甲基烯烃;其中角鲨烯(squalene)、2-甲基二十八烷(2-Me-C28)、正三十四烷(n-C34)、正三十六烷(n-C36)和正四十四烷(n-C44)为主要成分(＞5％).(2)不同性别窝榕小蜂表皮碳氢化合物的组成及含量存在显著差异,正四十二烷(n-C42)、17-三十五烯(17-C35∶1)、1-二十九烯(C29∶1)、2-Me-C28和角鲨烯是造成两性差异的重要贡献量化合物.(3)雌、雄成虫表皮碳氢化合物均具有明显的季节变化:在干热季中,雌蜂正链烷烃(n-C34、n-C36和n-C44)的比例及碳氢化合物的总绝对含量增加,2-Me-C28和角鲨烯的比例降低;雄蜂甲基烯烃的比例增加,正链烷烃和甲基烷烃的比例降低,碳氢化合物总绝对含量无明显变化.本研究发现窝榕小蜂表皮碳氢化合物具有明显的性二型和强烈的季节可塑性,2-Me-C28和角鲨烯可作为雄蜂配偶识别时的候选性信息素;雌、雄成虫在适应高温和/或干燥的气候条件时存在差异化响应,表明窝榕小蜂两性表皮碳氢化合物在不同季节变化中采取不同的适应性策略.本研究揭示了榕小蜂应对不同气候环境的化学适应机制,为研究昆虫双重性状和理解生态适应与物种形成之间的功能联系奠定了化学基础.

玉龙雪山及周边地区是典型的季风海洋性冰川区,是研究冰川变化、地-气能量交换、植被群落演替以及生态系统碳水耦合的最重要的区域.水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水-碳循环及其与气候因子之间响应关系的重要参数.本研究利用MODIS卫星遥感总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)产品和 自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer drought severity index,scPDSI)分析了2000-2020年玉龙雪山及周边地区植被WUE空间变化特征,研究了该区GPP、ET、WUE与scPDSI的相关性,探讨了该区不同地貌植被对水分利用及胁迫的适应策略.结果表明:2000-2020 年,研究区植被 WUE 平均值为 2.44 g C·m-2·mm-1,GPP 平均值为 1365.0 g C·m-2,ET 平均值为559.6 mm;WUE平均值最高区域分布在大起伏中山,为2.88 g C·m-2·mm-1;最低区域为大起伏极高山,为1.23 g C·m-2·mm-1.玉龙雪山地势起伏大,植被空间分布具有显著垂直地带性特征,植被WUE在3500 m以下区域随海拔上升而增加,3500 m以上则随海拔上升而减少.2000-2020年,研究区逐月WUE呈现增加—减少—增加趋势,不同地貌类型造就了植被WUE变化速率具有显著的差异性特征.玉龙雪山以及周边大起伏高山的植被WUE呈增长趋势,而中海拔平原呈减少趋势.研究区内植被WUE对干旱胁迫响应具有明显的季节性特征,WUE与scPDSI的多年逐月相关性呈现负相关—正相关—负相关—正相关的变化趋势.7月玉龙雪山WUE与scPDSI呈显著正相关,而5月则表现为显著负相关;玉龙雪山周边地区植被WUE与scPDSI在12月—次年6月呈负相关,在7-8月呈正相关.

为比较干旱荒漠区城市绿化灌木和荒漠乡土灌木在夏季热浪期的受损差异和其对高温和热浪冲击响应机理的不同,在新疆北疆 2022 年夏季热浪期末期,测定了 9 种荒漠乡土灌木和 8 种城市绿化灌木的 4 种水分相关功能性状(水力、叶片、光合和碳经济性状),同时调查植株受损程度.调查结果表明,荒漠乡土灌木接近 74%的个体在夏季热浪中未受损伤,但有 56%的城市绿化灌木个体受损;水力和叶片性状方面,荒漠灌木的枝叶水势、干物质含量和导管直径的平均值低于城市绿化植物,而枝比导率、准稳态导水率、胡伯尔值、比叶面积、导管密度呈相反态势.在碳经济和光合性状方面,荒漠乡土灌木的可溶性碳含量和水分利用效率高于城市绿化灌木(P＜0.05),但气孔导度成相反模式(P＜0.05),而淀粉和结构性碳含量、蒸腾速率无显著差异(P＞0.05);荒漠乡土灌木的性状整合度(G=0.39)高于城市绿化植物(G=0.20),且前者的关键节点个数,以及其与其他性状显著关联的个数均高于后者.结果表明,2022 年夏季热浪引起荒漠乡土灌木的受损程度低于城市绿化灌木;荒漠植物在水力性状和性状整合方面存在优势,其水分吸收、运输和减少蒸腾失水的能力要强于城市绿化灌木,热浪影响下更易存活;相对城市绿化灌木,荒漠灌木可以协调功能性状间的关系,采取更多样化的适应机理将降低夏季热浪的负面影响.本研究可为干旱地区城市绿化灌木筛选以及区域生态保护政策制定提供科学参考.

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.

[目的]四翅滨藜是荒漠化防治区广泛引种的优质旱生灌木,平茬是其主要抚育管理措施,揭示其平茬后恢复过程中的适应性和补偿生长机制,可为四翅滨藜发展成荒漠区优质饲料提供理论支撑.[方法]以人工种植的5年生四翅滨藜植株为研究对象,在平茬处理(留茬高度10 cm)后,测定四翅滨藜恢复过程中的株高、冠幅、光合反应、叶片水势、叶片导水率和水分利用效率,并探讨功能性状间的关系.[结果](1)四翅滨藜平茬后的株高、冠幅和地上生物量经过1个生长季后能恢复至平茬前状态;(2)平茬植株的叶水势、叶导水率、水分利用效率、光合参数均高于对照植株;(3)线性拟合分析显示,平茬植株的正午叶水势和气孔导度与生长速率呈显著正相关.[结论]四翅滨藜平茬后具有良好的补偿生长能力;平茬植株在恢复生长前期表现出较高的补偿生长能力和典型的获取性策略,后期随着水力状况降低又转向保守性策略;平茬植株会将更多的生物量和资源分配到枝、叶等地上组织的生长,后期的资源分配又转向促进地下部分生长.