Vaganov-Shashkin(VS)和VS-Lite模型是当前国际上应用最广泛的树木年轮宽度生理过程模型,它们能够揭示树轮宽度变化与外界气候要素之间的内在响应机制.VS模型主要用于气候重建、木质部物候预测和形成层细胞活动的模拟,VS-Lite模型则主要用于预测生长趋势.本文收集2005-2023年发表的VS和VS-Lite模型的相关文献,综述了两个模型的基本原理、参数设置和发展历史,及其在树木年轮气候学、木质部物候学和森林生态学等领域的研究进展.最后,总结了目前模型存在的问题,提出未来研究需要进一步优化模型参数调整方法,关注多种环境因素对树木生理过程的影响,并加强与其他植被生态模型的对比研究,以提高模拟结果的可信度.

根据2022年8月(夏季)和2023年2月(冬季)枸杞岛贻贝筏式养殖区现场调查数据,对两类端足目生物(钩虾、麦秆虫)资源密度分布特征、空间生态位及其与环境因子的关系进行系统分析.结果显示:(1)夏季钩虾平均丰度(6.65±3.17)×104 ind./m2小于麦秆虫平均丰度(27.51±21.50)×104 ind./m2,其中,钩虾主要分布于养殖区近岸侧,麦秆虫主要分布于养殖区离岸侧.钩虾平均质量密度(69.07±37.13)g/m2小于麦秆虫平均质量密度(752.22±707.03)g/m2,钩虾、麦秆虫质量密度均呈现自养殖区中心至外围逐渐增大趋势,两参数最小值均出现于GQ3站位;冬季钩虾平均丰度(0.24±0.17)×104 ind./m2略大于麦秆虫平均丰度(0.02±0.04)×104 ind./m2,与夏季相似,钩虾主要分布于养殖区近岸侧,麦秆虫主要分布于养殖区离岸侧,但分布区域逐渐向养殖区中部移动.钩虾平均质量密度(10.92±13.07)g/m2大于麦秆虫平均质量密度(1.27±2.57)g/m2,不同于夏季,冬季钩虾、麦秆虫质量密度大致呈现自养殖区中部至外围逐渐减小趋势.(2)两类端足目生物两季空间生态位宽度范围为0.78-2.08,其中,夏季钩虾空间生态位宽度值最高(2.08),冬季麦秆虫空间生态位宽度值(0.78)最低,原因可能是钩虾生理结构更为完善,游泳能力与资源利用能力更强;两类端足目生物空间生态位重叠范围为0.37-0.72,夏季重叠值(0.72)高于冬季(0.37),可能是由于夏季钩虾、麦秆虫丰度高,且拥有相似的栖息环境与摄食习性,两者具有较强的竞争关系.(3)两类端足目生物与环境因子相关性分析结果表明:温度、pH、氨氮与硝酸盐是影响钩虾、麦秆虫分布特征的主要因子.研究旨在为贻贝筏式养殖区多营养层级养殖模式构建和现代化海洋牧场建设提供一定参考资料.

电子传递速率光响应模型是研究植物光合生理和生态学的重要工具,可为量化原初反应光能的吸收和传递对光的响应提供理论依据.该文综述了目前常用的电子传递速率光响应模型的数学特征,分析了不同模型的优势及其在实际应用中的潜在问题,并在此基础上对这些模型可能的发展趋势进行了展望.原初反应包括光能的吸收、光合色素分子的激发和退激发(包括光化学反应、荧光发射和热耗散)、激子共振传递以及光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心发生电荷分离产生电子传递速率等一系列复杂的物理和生化反应过程.电子传递速率光响应经验模型和半机理模型因不涉及或只涉及部分原初反应过程而难以解释藻类和高等植物的PSⅡ动力学下调、光适应和光保护等现象.电子传递速率光响应机理模型综合考虑了光合色素分子的物理参数(如本征光能吸收截面(σik)、分子处于最低激发态的平均寿命(τmin)、分子的能级简并度和处于激发态的光合色素分子数(Nk))在整个原初反应过程中的重要作用,不仅可以获得藻类和高等植物叶片的最大电子传递速率以及对应的饱和光强等光合参数,还可以获得σik和τmin等重要的物理参数,以及有效光能吸收截面(σ'ik)和Nk对光的响应规律等.将环境因子(如温度、CO2浓度等)耦合到已有的电子传递速率光响应机理模型中,并明确其与植物的σ'ik和Nk等参数间的关系,可能是今后光合电子传递速率光响应机理模型的发展方向.

多枝柽柳作为干旱荒漠区重要的防风固沙灌木,其长期与风沙作用过程中形成了柽柳灌丛沙堆,在维持区域生态环境稳定及遏制沙漠蔓延方面发挥着重要作用.以古尔班通古特沙漠西南缘地区不同发育阶段沙堆上生长的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,以空间序列代替时间序列的方法模拟沙堆堆积发育过程,揭示多枝柽柳生理特征对沙堆不同堆积发育阶段的响应及适应机制.结果表明:(1)在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳叶片相对含水量(RWC)及自由水/束缚水(Vs/Va)均呈先上升后下降的变化,其中,在增长阶段沙堆上最高,衰退阶段沙堆上最低,水分饱和亏(WSD)则呈相反趋势;组织含水量(TWC)呈逐渐上升的变化,清晨水势(ΨPD)及正午水势(ΨMD)呈逐渐降低的变化.(2)在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳的光合有效辐射(PAR)、叶片温度(TL)、光合电子传递速率(ETR)以及调节性能量耗散[Y(NPQ)]日变化均呈先上升后下降的变化,衰退阶段沙堆上多枝柽柳各参数的日均值最大;各发育阶段沙堆上多枝柽柳的非调节性能量耗散[Y(NO)]日变化均呈先下降后上升的变化,实际光化学效率[Y(Ⅱ)]日变化均呈"N"型,且Y(Ⅱ)日均值大小依次为增长阶段沙堆(0.489)＞稳定阶段沙堆(0.463)＞雏形阶段沙堆(0.455)＞衰退阶段沙堆(0.439).(3)气温(TEMP)和PAR与叶片Y(Ⅱ)均呈显著负相关,与ETR均呈显著正相关;Y(Ⅱ)与ETR、Y(NO)与Y(NPQ)均呈现显著负相关;PAR、TEMP是影响不同堆积阶段沙堆上多枝柽柳生理特性的主要环境因子.综合分析表明,在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳可通过调节光合作用和水分利用之间的协同关系来响应微环境的变化,从而减少其脱水风险以实现最大程度资源利用.

[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.

为探讨红树植物光适应的生理生态机制,通过遮荫控制试验对无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、卤蕨(Acrostichum aureum)、银叶树(Heritiera littoralis)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)等8种红树植物的1 a生幼苗在不同生长光强(自然光强的100%、45%、30%、10%)下的叶绿素荧光参数进行了研究.结果表明,8 种红树植物在遮荫后光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统II实际光化学效率(ΦPSII)总体呈上升趋势,而电子传递速率(ETR)则显著下降.无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在全光照下表现出比其他3种植物更高的Fv/Fm,同时桐花树和银叶树的ΦPSII和ETR也显著高于木榄、老鼠簕和卤蕨.因此,无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿在高光辐射下具有更高的光能利用率,同时桐花树和银叶树能更好地利用高光并耗散过剩光能,适宜作为中上层树种或在郁闭度较低的林下种植.而木榄、老鼠簕和卤蕨在高光辐射下ΦPSII值均不足 0.2,ETR也仅为无瓣海桑等阳生物种的20%～33%,更适宜在光照条件较弱的林下种植.

羰基硫(COS)是大气中的长周期痕量气体,其分子结构、对流层大气混合比的昼夜和季节动态类似于二氧化碳(CO2).植物光合作用及其水解过程中,受扩散通路导度和酶活性影响,气孔的COS与CO2吸收紧密相关,同时,植物自养呼吸并不释放COS.最新研究中,采用植被COS通量直接指示生态系统总初级生产力(GPP).综述了植被COS通量与光合作用中碳固定过程的关联机制,以及采用涡度相关观测、整合大气COS监测和生态系统过程模型等方法开展植被COS通量与GPP研究的最新进展,探讨了关键生态过程和参数,发现方法存在以下瓶颈:(1)生理过程、尺度效应和解析效应影响了COS与CO2的叶片相对吸收率,(2)观测与模拟手段有待进一步耦合,(3)全球COS观测密度限制了方法验证,(4)硫循环过程影响了多区域模拟精度.方法发展的前沿领域包括:(1)开展重点地区植被COS通量观测,(2)提高COS卫星柱浓度的覆盖范围,(3)完善生态系统过程模型的COS吸收机理.展望未来研究关注的科学问题是:对于亚热带等尚待开展COS连续观测的区域,采用植被COS通量直接代理GPP的精度和不确定性.

为了准确监测和客观评估稻纵卷叶螟对水稻生长发育和产量形成的危害,利用ASD Field Spec3地物波谱仪和SPAD-502叶绿素仪分别采集控制大田试验(2015年和2019年)和自然大田试验(2020年)在各生育期(拔节期、孕穗期、灌浆期、成熟期)水稻的冠层高光谱数据和SPAD值,调查采集样点的虫量和水稻卷叶率,对比分析两种试验中稻纵卷叶螟的虫害发生特征、水稻冠层光谱特征和水稻生理生态参数特征,建立基于高光谱参数的水稻受稻纵卷叶螟危害的生理生态参数估算模型.结果表明,(1)两种试验的水稻SPAD值和冠层的红边至近红外波段的反射率均随着稻纵卷叶螟虫害程度的加重而降低,而可见光波段的反射率则相反;(2)自然大田试验的SPAD值和红光至近红外波段的冠层反射率在水稻生长发育前期要显著低于控制大田试验,而到了后期则反而要略高于控制大田试验;(3)综合分析筛选出自然大田试验和控制大田试验中的多个虫害特征参数和植被指数分别构建出了 SPAD的单因子和多因子估算模型,各模型均达到了较好的估算效果,在单因子模型中EVI的二项式函数模拟效果最好,而多因子线性回归估测模型的模拟效果优于所有的单因子模型;(4)通过2021年对这些模型的应用检验发现:这些模型中基于虫量、卷叶率、OSAVI、EVI和DVI的单因子估算模型的SPAD估算值与实测值拟合度很高,其Rv2均超过了0.8,达到了比较理想的估算效果,这为稻纵卷叶螟危害下的水稻SPAD值估测提供了一种精度较高且可行的估算方法.

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据.生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径.利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了 1986-2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和蒸散(Evapotranspiration,ET).结果表明:(1)参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;(2)基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;(3)宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986-2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m-2 a-1,但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势.

光合作用对光的响应模型是研究植物在不同环境条件下光合特性的有力数学工具,可为定量描述植物光合速率对光合有效辐射的响应提供理论依据.本文基于植物光合作用对光响应经验模型的常用数学表达式特征,综述了这些模型的优势及其在实际应用中可能遇到的问题.在此基础上探讨了光合作用对光响应机理模型在描述植物的原初光反应以及光合生理生态方面的优势,并对该模型的发展进行了展望.光合作用主要由原初反应、同化力形成和碳同化构成,任何一个过程的变化均可直接影响植物的光化学效率和碳同化能力.原初反应主要涉及光能吸收、激子共振传递、量子能级跃迁和退激发等与光能吸收传递相联系的、纯粹的物理过程.光合作用对光响应经验模型难以解释植物的非光化学淬灭(NPQ)随光强的增加一直非线性增加,也难以回答植物的捕光色素分子吸收过量的光能且不能及时地用于光化学反应时,单线态叶绿素分子的寿命将延长等现象.与此同时,光合作用对光响应机理模型拟合得到的参数不仅可以反映植物的原初光反应特征,还可以描述植物捕光色素分子的物理特性,如处于激发态的捕光色素分子数(Nk)、捕光色素分子的有效光能吸收截面(σik')对光的响应规律以及捕光色素分子处于激发态的最小平均寿命(τmin)等.如何将环境因子(如温度、CO2浓度等)耦合到光合作用对光响应机理模型中,并明确其与捕光色素分子物理参数Nk、σik'和τmin的依赖关系,可能是未来需要解决的问题.