定量探讨影响因子对景观格局的驱动机理,有助于厘清山区景观格局演变过程以及发展方向.基于地貌差异的景观格局转型研究框架,从"全域-典型地貌区"的视角探究1990-2020年三峡库区腹地奉节县不同地貌下景观格局的时空演变规律,归纳其转型模式.利用二元Logistic回归模型探讨不同地貌区影响因子与景观格局的相关性,以阐释其驱动机理.结果表明:①近30年间耕地与草地缩减,林地、果园以及撂荒地增长,景观破碎度增加.其中,河谷丘陵区耕地大幅缩减,果园迅速扩张;低山区耕地缩减速度减缓,耕地撂荒现象明显;中山区林地恢复性增长.河谷丘陵区趋于经济导向性,而低山区与中山区趋于生态导向性.②研究区景观格局表现为传统农业型、农业主导型以及生态主导型Ⅰ向生态经济型、生态主导型Ⅱ以及生态型转变.根据不同地貌景观格局转型特点,归纳总结为"河谷丘陵-生态经济型"、"低山-生态主导型Ⅱ"、"中山-生态型"3种转型模式.③影响因子对研究区景观格局的解释作用具有差异性.从全域来看,农业型与生态型景观格局主要受人为干扰因素的影响,生态经济型景观格局主要受地形因素的影响,自然景观格局主要受水热条件的影响;从不同地貌区来看,地形是影响河谷丘陵区景观格局的主导因素,随着地貌梯度的增加,地形对低山区与中山区景观格局的解释作用减弱,人为干扰对其解释作用增强,山地景观格局受到人为干扰与地形的共同影响.研究结果揭示了基于地貌差异的景观格局演变的独特性规律,对三峡库区生态经济建设以及山区土地资源的合理规划具有重要意义.

坡向和海拔作为重要的地形因子决定着林木立地条件的水热分配,为揭示川西地区升温突变前后制约岷江冷杉(Abies fargesii var.faxoniana)径向生长的气候因子变化及其在坡向和海拔上的响应格局,通过树木年轮学方法构建了 4个坡向(NE、N、NW和W)的3个海拔梯度(≥3650 m)共12个岷江冷杉的标准年表,采用皮尔逊相关分析和回归分析的方法分析了升温突变前后(1980年)限制岷江冷杉径向生长主要气候因子的变化及径向生长的变化趋势.结果表明:升温前,生长季(7月)低温和降水、前一年冬季(10-11月)最高温和平均温制约岷江冷杉的生长,而当年春季(3月)温度的升高和生长季前(5月)较多的降水不利于其生长.升温后,4个坡向的林线、东北坡中海拔,西坡中、低海拔岷江冷杉的径向生长与大部分月温度表现为正相关关系,且上述样点树木径向生长明显加速.1980年升温前,制约不同样点岷江冷杉径向生长的气候因子具有一致性——坡向和海拔对其径向生长与温度相关关系的干扰和影响较小.增温促进了各坡向林线岷江冷杉的径向生长,且偏阳坡在更大的海拔范围内对增温表现出正反馈.研究对未来气候变化背景下川西不同坡向岷江冷杉生长和分布的预测具有重要意义.

叶片温度是植物能量交换和生理过程发生的重要微环境参数.叶片热力性状能够在一定程度上调控叶片温度,避免极端温度对叶片的伤害.但目前针对叶片热力性状的研究还很少.该研究选择云南省从热带到温带具有明显水热梯度的4种典型植被类型:干热河谷植被、热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带针阔混交林,对其冠层优势树种的叶片热力性状进行了系统地研究.这些性状包括了可能影响叶片温度的形态、光学、材料特性、解剖和生理的23个性状.研究结果表明:干热河谷植被的植物主要依靠蒸腾降温,叶片薄,叶寿命短,主要为"快速投资-收益"型植物;热带雨林植物叶片大,蒸腾速率不高,不利于降温,较厚的叶片、较高的含水量能在一定程度上缓解高温,采取"慢速投资-收益"策略;亚热带常绿阔叶林很少发生极端温度,叶片没有明显的热适应性状,叶片厚,叶寿命长,采取"慢速投资-收益"策略;温带针阔混交林植被的叶片小而厚,多成簇状生长,有一定保温作用.温带针阔混交林的冠层常绿植物光合速率较低,偏"慢速投资-收益"型;而落叶植物的光合速率较高,偏"快速投资-收益"型.该研究系统地研究了热力性状与植物适应策略沿水热梯度的变化,为深入认识植物对环境适应策略提供了理论基础.

基于地理格局对西双版纳热带雨林的干湿度梯度效应和生态化学计量学的研究思路,结合野外试验监测和室内分析,对西双版纳热带雨林土壤-植物系统元素化学计量特征对海拔和干湿度效应响应进行了研究探讨,结果发现:西双版纳热带雨林土壤和叶片碳氮磷化学计量特征均不同程度的受到海拔和干湿季影响.季雨林与山地雨林的水热梯度受海拔梯度重要影响,随海拔梯度升高,土壤含水率变化显著,且含水率在干湿季均对土壤有机碳(SOC)存在显著影响(P＜0.01),雨季其对土壤全氮(STN)和土壤全磷(STP)的影响要显著于干季;叶片全磷(TP)随含水率的增大而升高,而叶片全氮(TN)在干季会随含水率的升高而增大,雨季含水率升高到一定程度时会抑制TN含量的增加并出现单峰现象;而土壤C/P与海拔和干季土壤含水率的极显著相关性(P＜0.01)及干季叶片C/N与叶片含水率的显著相关关系(P＜0.05)说明,干季水分匮乏条件下,土壤含水率影响土壤P的矿化度和植物对P的吸收利用水平,而且叶片C/N对反馈植物水分含量具有明显指示作用.因此,水热梯度是土壤-叶片系统碳氮磷生态化学计量特征变化的重要驱动因素.此外,全球变化区域响应方面,多雨高温可能会削弱季雨林叶片C的同化能力,且叶N含量降低,但受氮沉降的影响,对C/N的影响尚无法确定;由于P循环对其他元素的耦合作用,雨林土壤-叶片系统的元素循环周期将会被缩短,但干季山地雨林植物生态系统P的限制作用有可能会减弱.

以祁连山西水林区青海云杉典型林分为研究对象,按照青海云杉分布界限海拔2500-3300 m,采用梯度格局法,研究祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度沿海拔梯度的空间分布特征,以期为准确估算祁连山青海云杉林碳储量变化影响因素提供科学依据.结果表明:(1)青海云杉林生物量平均值为115.83 t/hm2,碳密度平均值为60.23 t/hm2.生物量整体随海拔梯度增加表现为先增加后波动降低的趋势,在海拔2800 m处达到最高值(197.10 t/hm2),海拔3300 m处达到最低值(7.66t/hm2),且不同海拔梯度间差异显著.林分各器官生物量分配格局在各海拔处均表现为干＞根＞枝＞叶.(2)土壤有机碳含量平均值为54.80g/kg,变化范围为31.49-76.96g/kg.随着土壤层次的增加,除海拔3200 m和3300 m的土壤有机碳含量未表现出规律变化外,其他海拔梯度则均呈现出逐渐降低趋势.土壤有机碳密度在海拔2900 m最高,为245.40 t/hm2,在海拔2700 m处最低,为130.24 t/hm2;海拔2500-2700m表现为平缓降低趋势,在2800 m处急剧上升,且海拔2800-3200 m呈现无显著性轻度波动变化,在海拔3300 m又急剧降低.(3)青海云杉林生态系统平均总碳密度为255.15 t/hm2,乔木层和土壤层占总碳密度的比例分别为23.61％和76.39％,且不同海拔梯度间存在极显著差异.土壤有机碳密度与海拔、年均降水量、土壤有机碳含量、土壤全氮呈显著正相关,与年夏季平均气温呈显著负相关;乔木层碳密度与年夏季气温、林分密度、胸高断面积呈显著正相关,与海拔和土壤全氮呈显著负相关.(4)祁连山青海云杉林乔木层和土壤层碳密度均随海拔梯度变化受水热条件组合的改变而呈现规律变化,以中部海拔区段2800-3200 m碳密度较高.

目的 对水热-等离子喷涂钽复合处理得到的钛钽生物梯度材料进行细胞毒性的评价.方法 用经过水热-等离子喷涂钽复合处理后的纯钛试件配制成10％、50％、100％不同浓度的浸提液作为实验组,并用含10％胎牛血清、1％双抗的RPMI1640完全培养基作为阴性对照组,用含0.64％苯酚的完全培养基作为阳性对照组,分别用其体外培养小鼠成纤维细胞L929,培养1 d、3 d、5 d后置于倒置相差显微镜下观察细胞形态;用MTT法检测各实验组和对照组的吸光度值,间接表示各组内活细胞数量,按照6级毒性分级法对各实验组进行细胞毒性的评级.结果 培养期各实验组细胞与阴性对照组比较均形态正常,呈长梭形或多边形,胞核卵圆形,且随着培养时间增加细胞数目增长迅速,贴壁良好;阳性对照组出现细胞凋亡,细胞数目大量减少,可见细胞皱缩为不规则形或细胞碎片,不见明显细胞核.各浓度实验组的吸光度值明显大于阴性对照组和阳性对照组,差异均有统计学意义(P<0.05),且各浓度实验组的相对增殖度(RGR)值均大于100％,细胞毒性评级均为0级.结论 经水热-等离子喷涂钽复合处理后制备出的钛钽梯度材料无细胞毒性,此新型生物梯度材料具备在体内应用的生物安全基础.

生态化学计量学是研究有机体所需碳(C)、氮(N)、磷(P)等营养元素之间多重平衡关系的科学.本研究以天山雪岭云杉林为研究对象,分析土壤C、N、P化学计量的特征及其与温度和降水的关系,并利用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)技术分析了土壤C、N、P化学计量特征与理化因子的关系.结果表明,0-10 cm层C、N、P含量的变化范围分别是44.6-143.4、0.190-0.940、0.086-0.286 g/kg,10-30 m层C、N、P含量分别介于23.0-131.0、0.122-0.589、0.032-0.178 g/kg之间,30-80cm层三者的变化范围分别为14.5-67.0、0.149-0.397、0.062-0.169 g/kg.0-10 cm层C、N、P含量与年均温度存在显著的相关关系,0-10 cm和10-30 cm层P含量与年降水量之间的相关性显著;0-10 cm层C∶P比与年均温度之间存在显著线性关系,0-10 cm与10-30 cm层N∶P比均随年均温度和年降水量的增大而增大.冗余分析结果表明,在0-30 cm层中,土壤含水量和容重是土壤C、N、P化学计量特征的主要驱动因子,土壤含水量与C∶P和N∶P值成正相关关系,容重与N∶P值成负相关关系;在30-80 cm层中,土壤含水量和土壤粘粒含量是土壤C、N、P化学计量特征的主要驱动因子,土壤含水量与N和P值成正比,容重与C、C∶N、C∶P和N∶P成正比,与N和P成反比;电导率和pH对土壤C、N、P化学计量特征的影响并未达到显著程度,可能是研究区土壤的电导率和pH的差异较小.

为了探索苔藓在地下森林中的多样性特征,采用梯度划分法,对贵州猴耳天坑(深度 280 m,坑口直径 300 m)地下森林进行实地调查研究.结果表明:(1 )猴耳天坑地下森林共有苔藓植物 7 1 种,包含 5 种不同生长基质苔藓,其中树附生苔藓物种最为丰富有41 种,其余基质苔藓物种数量依次为:土附生＞石面生＞腐木生＞叶附生.(2)地下森林苔藓生活型共计 10 种,喜阴暗潮湿环境的生活型种类达 88%,而适应于强光干旱环境的生活型种类仅 12%.(3)对地下森林不同梯度苔藓植物物种丰富度指数分析表明,坡中最高(8.461 7),依次是坡底(7.502 0)和坡顶(6.978 5),而苔藓植物Pielou均匀度指数的大小依次为:坡顶(0.945 4)＞坡底(0.907 2)＞坡中(0.844 5).(4)β多样性指数分析表明,地下森林不同梯度群落间的相异性都介于(0.75～1.00)之间,底部与顶部的相异系数高达0.960 8.(5)地下森林因其独特的地形地貌和水热条件,不仅各个梯度群落间异质性较高,而且各个群落间相异性也都较高,结构分异明显,生境复杂.(6)RDA 分析表明,光照、湿度和温度是影响天坑地下森林苔藓物种分布的主要因子,其中光照度影响最大.(7)坑内与坑外物种多样性的对比研究表明,天坑地下森林苔藓植物物种多样性高,是喀斯特石漠化地区物种的天然避难所.

温度和湿度是驱动土壤有机碳矿化的主要环境因子,其驱动作用又会随着培养时间而发生改变.以山西太岳山地区的油松林(Pinus tabulaeformis Carrière,PF)、辽东栎林(Quercus wutaishansea Mary,QF)和油松辽东栎混交林(MF)3种森林类型为研究对象,把其土壤放在水分含量为30％、60％、90％和温度为5℃、10℃、20℃、30℃的水热条件下进行培养,用CO2自动测量系统按照不同的时间间隔测定土壤有机碳矿化速率,整个矿化周期为387 d.结果显示,土壤有机碳累积矿化量以辽东栎林的相对较高,最高值出现在20℃和90％水热条件下培养的辽东栎林,为18.58 μg/g,最低值出现在30℃和30％含水量的油松林,为3.95 g/g.在前75d培养时间内,累积碳矿化量随着水热梯度的提高而增加,而在从181-387 d的培养期内,累积碳矿化量则随着温度的升高而降低.温度对瞬时矿化速率的影响也随着培养时间呈现出了类似的变化规律.土壤有机碳矿化的温度敏感性以辽东栎林土壤在5℃和90％湿度培养时最高,为2.35;以在20 c℃和湿度60％培养的混交林土壤最低,为0.58.温度敏感系数值(Q10)随着培养时间的延长和温度梯度的增加呈现下降的趋势.综上所述,在太岳山地区,同样的培养条件下,以辽东栎林的土壤碳矿化量最高;在培养前期,水热互作对土壤有机碳矿化有正的驱动作用,而在培养后期,温度对土壤有机碳矿化的调控作用明显减弱.

为探究阿拉善荒漠灌丛群落的构建机制,该研究选取净亲缘关系指数(NRI)作为谱系结构指数,在对阿拉善荒漠灌丛群落野外调查的基础上,以群落物种组成为基础数据,计算各样地群落的NRI,并分析NRI在经纬度梯度上的变化趋势及其与土壤因子和水热因子的关系.结果 表明:(1)阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构在阿拉善高原东南部以发散状态为主,在阿拉善高原西部和北部地区以聚集状态为主.(2)阿拉善荒漠灌丛群落的NRI随经度的升高而减小,随纬度的升高而增大.(3)阿拉善荒漠土壤质地、土壤容重、土壤pH值和土壤有机碳含量与其群落谱系结构均无显著相关性;在降水因子和温度因子中,与群落谱系结构相关系数最大的分别为年降水量和年温度变化范围(最暖月最高温与最冷月最低温的差值),其中:年降水量与NRI呈显著负相关关系,年温度变化范围与NRI呈显著正相关关系,且最暖月最高温和最冷月最低温与NRI均有显著相关性,推测年温度变化范围对阿拉善灌丛群落谱系结构的影响是通过最暖月最高温和最冷月最低温起作用的.研究发现,阿拉善高原东南部区域的荒漠灌丛群落构成主要受竞争排斥的作用,其西部和北部地区的群落构成主要受环境过滤的影响;阿拉善荒漠灌丛群落的谱系结构主要受年降水量和极端温度的影响.