2021年因海南热带雨林国家公园的建立,园内部分人工林停止经营进入次生自然演替状态,使其林下植物较往年更为丰盛,亟待研究.为了摸清人工林的次生自然演替状态及其对环境的适应策略,在海南热带雨林公园橡胶林中设置390个10 m×10 m的样方,在对海南岛公园内植被分布进行全面调查的基础上,研究该区域林下植物组成以及植物群落特征与环境因子的关系.结果表明,(1)维管束植物共有123科455属808种,其中蕨类植物共有21科31属62种、裸子植物3科3属4种、被子植物有99科421属742种(含单子叶植物15科69属120种、双子叶植物84科352属622种);(2)通过对研究区域的植物物种多样性指数与环境因子之间进行RDA分析,共解释橡胶林下物种多样性指数的18.5％.通过蒙特卡罗随机置换检验,有9个环境因素对橡胶林下物种多样性的解释量达到显著水平(P＜0.05),为最干季度平均温度、最湿季度平均温度、平均气温日较差,而混交、胸径、海拔、年降水量和最干季度降水量、最暖季度降水量.研究表明,林下植物的多样性受多种环境因素的相互作用影响.其中,温度和降水是综合影响林下植物多样性的关键因素,高温、高湿和干旱等因素对橡胶林下植物多样性产生不利影响.此外,海拔的水热条件也是影响林下植物多样性的重要因素.同时,人工林的状态,如胸径、混交也对林下植物多样性产生重要影响.

生态干旱监测对区域生态系统水资源状况评估和保护十分重要.本研究以内蒙古为研究区,使用核归一化植被指数(kNDVI)改进温度植被干旱指数(TVDI),构建了一种新的生态干旱指数——核温度植被干旱指数(kTVDI),基于此,利用分段线性回归模型、Sen趋势分析(Theil-Sen median)、曼-肯德尔检验(Mann-Kendall)和赫斯特指数(Hurst)等方法分析2000-2022年间内蒙古生态干旱的时空分布特征和未来变化趋势.结果表明:相较于TVDI,kTVDI的生态干旱监测能力更强;2000-2022年间,内蒙古植被生长季kTVDI呈下降趋势,但变化不显著,在2016年发生突变,突变后的湿润趋势更为明显;研究期间,内蒙古23.6％地区的生态干旱呈加剧趋势,46.5％地区的生态干旱缓解;未来,生态干旱在内蒙古东部地区存在加剧、在中西部地区存在缓解的可能.

目的:为了指导阜康抽水蓄能电站工程区的生态重建,促进野生草本植物的原地保育.方法:本文选取麻叶荨麻(Urtica cannabina)、白屈菜(Chelidonium majus)、菊叶香藜(Dysphania schraderiana)、骆驼蓬(Peganum harma-la)、秃疮花(Dicranostigma leptopodum)和天仙子(Hyoscyamus niger)这6种在当地分布较广的野生草本植物为研究对象,分别调查其种子的萌芽及休眠特性,探究了种子萌发的最适温度,比较了冷藏与浸泡、模拟干旱及高温处理对种子解除休眠作用的影响.结果:除麻叶荨麻和菊叶香藜外,其他4种草本植物均存在不同程度的休眠.冷藏有助于天仙子和白屈菜的种子解除休眠,特别是与浸泡处理相结合后,其萌发率和发芽指数均得到明显提高.在浓度为6 mg/mL的PEG模拟干旱下,重度休眠的天仙子和骆驼蓬的萌发能力得到明显提升,而且45℃高温浸泡处理将进一步提升其萌发能力.经过上述方法的组合处理后,阜康抽水蓄能电站工程区的这6种野生草本植物种子的萌发能力均达到90%左右.结论:本研究为工程扰动区植被的恢复与重建、原地保育及维持生态系统稳定等奠定了基础.

气候变化和大规模的生态恢复使中国北方旱区植被发生了显著变化,量化气候变化和人类活动对植被动态的相对贡献,对于旱区生态系统管理和应对未来气候变化具有重要意义.目前,中国北方旱区植被变化影响因素的时间动态(2000年大规模生态恢复工程实施前后)和空间异质性(沿干旱梯度)仍需进一步的定量研究.基于多源数据,采用趋势分析、偏相关分析和随机森林模型等方法,分析了 1981-2018年中国北方旱区气候和植被的时空变化规律,量化了 2000年前后气候变化和人类活动对植被动态的相对贡献并分析其在干旱梯度上的空间差异性.结果表明:(1)1981-2018年期间,中国北方旱区的叶面积指数(LAI)平均增加速率为(0.0037±0.0443)a-1,且增加速率沿干旱梯度增大.2000年前仅10.46％(P＜0.05)的地区显著变绿,而2000年后达到36.84％,且植被变绿主要归因于非树木植被.(2)2000年后降水对植被变绿的正效应在不同干旱梯度均增加,而在半干旱区和亚湿润干旱区,温度对植被变绿由正向促进转为负向抑制,而辐射在干旱区由负效应转向正效应.(3)2000年前后,气候变化均主导着植被的动态,贡献率分别为96.07％和73.72％,人类活动的贡献在2000年后进一步增强(从3.93％增加到26.28％),且沿着干旱梯度而增加,其中人类活动对植被变绿的贡献在半干旱地区增加最显著(+0.0289 m2m-2a-1,P＜0.05).研究结果可为未来气候变化下中国北方旱区的植被恢复和可持续发展提供科学依据.

根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律.研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生长衰退现象;而延安以南刺槐样点(延安、富县、宜君、永寿)年轮指数近期趋于上升,树木无生长衰退现象.气候响应结果表明,刺槐年表对气候响应均以延安样点最为敏感,表现年表与温度的负相关关系,以及年表与降雨和干旱指数的正相关关系,而延安以北和以南刺槐样点对气候响应敏感性均较低.黄土高原中部延安地区地处森林草原过渡带,刺槐生长对外界环境变化最为敏感,年表中气候信号也较强;延安以南地区地处森林植被带,气候条件较为适宜刺槐林生长,因而年表中气候信号较弱;延安以北地区地处草原植被带,气候条件比较恶劣,刺槐生长对干旱气候已有一定适应性特征,因而年表中气候信号也较弱.

植物多样性是植物群落维持生态系统稳定的基础.虽然荒漠草原植被稀少,但其在防风固沙等方面仍发挥着不可替代的生态服务功能,然而对荒漠植物多样性如何响应长期极端降水量变化尚缺乏深入理解.该研究依托2014年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化(减少50％、减少30％、自然、增加30％和增加50％)的野外实验样地,研究了2020年5-10月植物生物量和物种多样性的变化特征,分析了二者与土壤性质的关系.随着生长季推移,植物群落生物量、Patrick丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数呈先增加后降低的时间动态,Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数无明显的变化规律.与自然降水量相比,降水量减少对植物生物量和多样性影响较小,尤其是降水量减少30％的处理下;多数情况下,降水量增加刺激了苦豆子(Sophora alopecuroides)、短花针茅(Stipa breviflora)、白草(Pennisetum centasiaticum)等物种生长,提高了植物生物量,但亦未明显改变植物多样性(尤其是降水量增加30％的处理下).对植物生物量影响显著的土壤因子包括脲酶活性、温度、含水量、pH、磷酸酶活性和蔗糖酶活性,对植物多样性影响显著的土壤因子包括含水量、电导率和脲酶活性.该研究结果意味着,连续7年降水量变化下,研究区植物对适度甚至极端干旱有强的适应性;降水量适度增加提高了土壤水分有效性,增强了离子移动性,刺激了酶活性,促进了植物生长.然而,降水量持续增加导致植物生物量增加,植物耗水增大,使得生长季后期土壤水分不足,导致部分植物提前完成生命周期.

利用耦合了陆面模式的大气环流模式,结合青藏高原植被退化的范围和程度,通过在模式中修改高原地区(27°-40°N,75°-100°E)的叶面积指数的方法,探讨了植被退化以后对高原及其附近地区上空大气环流的影响.结果表明,该模式对高原地表温度场具有很强的模拟能力,并且能够很好地模拟出青藏高原及附近地区夏季位势高度场的平均特征及南亚高压的位置和强度,但南亚高压中心强度偏大且略微西退.在青藏高原植被出现退化以后,高原整体地表土壤温度和地表2m空气温度升高,感热通量增加、潜热通量减小,进而改变了高原地区的波文比.地表感热增加导致高原及附近地区500 hPa高度场降低和200 hPa高度场升高,并在200hPa上存在强大的反气旋性环流异常,导致南亚高压增强和北扩东伸.植被退化造成的青藏高原感热增加导致了高原南部上升运动增强和北部上升运动减弱,同时又引起高原以北地区下沉气流的影响范围扩大,而下沉气流的强度减弱,其结果有助于高原以北的干旱范围扩大,而干旱程度却得到缓解.

湿地水文条件对湿地生态系统结构和功能起着关键作用.借助卫星遥感技术,以干旱区疏勒河中下游沼泽湿地为研究对象,基于Landsat8 OLI遥感影像的温度植被干旱指数(TVDI)、垂直干旱指数(PDI)和归一化干旱监测指数(NPDI)3种干旱监测方法,结合野外湿地实测土壤水分数据进行比较和验证.结果表明:(1)TVDI、PDI和NPDI3种干旱指数在不同土层中均与土壤实测水分呈显著负相关(P＜0.01),且NPDI指数与表层土壤水分的拟合效果最好.不同土层中,3种干旱指数与土壤水分的拟合优度大小均为NPDI＞TVDI＞PDI;(2)研究区同一湿地类型不同土层的土壤水分存在显著差异(P＜0.05),且不同湿地类型的土壤水分总体上表现为随着土壤深度的增加呈递增态势;(3)研究区同一土层不同湿地类型的土壤水分差异显著(P＜0.05),且不同土层中土壤水分的大小均为:沼泽化草甸＞草本沼泽＞季节性咸水沼泽＞内陆盐沼.

基于2000-2014年的MODIS-NDVI与MODIS-LST数据,利用温度植被干旱指数对黄土高原土壤湿度进行了反演,采用时滞互相关法分析了土壤湿度与植被覆盖的年内变化特征及其时空相互关系.结果如下:(1)黄土高原植被生长对土壤湿度变化存在明显的时滞效应,植被生长以及植被物候与土壤湿度变化密切相关.(2)黄土高原土壤湿度对其植被覆盖变化影响强烈区,主要分布在农业与草原生态区北部的丘陵沟壑区,植被生长对土壤湿度响应迟缓;而植被覆盖对土壤湿度变化影响强烈区,分布于西部的高寒地带,响应时间相对最短,其次为农业与草原生态区内河流中上游流域,且土壤湿度对植被覆盖的响应较快,自东向西、自北向南响应逐渐加快.(3)从植被类型来看,Ⅰ类植被的植被覆盖与土壤湿度负相关性较强,植被生长对土壤湿度变化的响应程度依次减弱,响应速度较慢且依次加快.Ⅱ类植被的植被覆盖与土壤湿度的相关性很弱,滞后时间接近于0天,反映出植被覆盖与土壤湿度同步变化.土壤湿度变化滞后于Ⅲ类植被(旱生/沙生植被)的植被覆盖变化,植被覆盖正向影响土壤湿度变化的强度依次增加,但时间效应依次延长.Ⅳ类植被(高山/高寒植被)生长对土壤湿度变化的正向影响程度最强,而且响应速度较快.(4)黄土高原植被生长与土壤水分的年内变化具有密切的关系,土壤水分年内变化的峰值和谷值与植被物候期非常吻合,因此土壤水分的年内变化可作为植被物候特征提取的一种重要依据.

生理调控是小麦应对干旱胁迫的主要途径,解析小麦抗旱相关生理性状的遗传基础,发掘利用分子标记将为小麦抗旱性的高效改良提供有力支撑.本研究以加倍单倍体(DH)群体(旱选10号×鲁麦14)的150个株系为材料,利用小麦660K SNP芯片及SSR标记构建高密度遗传图谱,解析不同水分环境下孕穗期及灌浆中期小麦冠层温度(CT)、叶绿素含量(SPAD value)和植被覆盖指数(NDVI)的遗传基础.遗传图谱覆盖小麦21条染色体,分为30个连锁群,总长度4082.44 cM,标记间平均距离为2.20 cM.共检测到抗旱相关生理性状QTL 86个,分布于除3D以外的20条染色体上.冠层温度、叶绿素含量和植被覆盖指数的QTL数目分别为30、40和34个;17个QTL具有一因多效性,其中4个QTL与冠层温度和植被覆盖指数相关,8个QTL与冠层温度和叶绿素含量相关,7个QTL与叶绿素含量和植被覆盖指数相关,位于4D染色体的QPT52与3种性状均相关.本研究为小麦抗旱基因挖掘及分子育种提供了参考信息和技术支撑.