Local warming about 1.3 degrees C in alpine meadow has no effect on root vole (Microtus oeconomus L.) population during winter

The influence of air and soil warming on root vole (Microtus oeconomus L.) population was studied in winter period in top open chambers (OTC) (0.8-1.8 m(2) warmed by conical fiberglass material and situated in alpine meadow (3250 m) at Qinghai-Tibet Plateau, China. The OTCs were distributed on an area of 30 x 30 m of experimental warming site; another site of the same area was a control one. The root vole population was investigated on two pairs of sites in "low-grazing" and "high-grazing" (by sheep) parts of the meadow; mark-recapture method was used. The winter-season averaged air and soil temperature inside of the chambers were 1.3 degrees C higher than the temperature outside the chambers. The warming in the chambers had no statistically significant effect on root vole numbers, on average body mass of individual, and on average body mass of males and females. In conclusion, as small as 1.3 degrees C warming of soil and air introduced locally and on small (several m(2)) scale, in the alpine meadow habitat in winter period, has possibly no effect on root vole numbers and biomass.

Experimental warming causes large and rapid species loss, dampened by simulated grazing, on the Tibetan Plateau

We investigated the independent and combined effects of experimental warming and grazing on plant species diversity on the north-eastern Tibetan Plateau, a region highly vulnerable to ongoing climate and land use changes. Experimental warming caused a 26-36% decrease in species richness, a response that was generally dampened by experimental grazing. Higher species losses occurred at the drier sites where N was less available. Moreover, we observed an indirect effect of climate change on species richness as mediated by plant-plant interactions. Heat stress and warming-induced litter accumulation are potential explanations for the species' responses to experimental warming. This is the first reported experimental evidence that climate warming could cause dramatic declines in plant species diversity in high elevation ecosystems over short time frames and supports model predictions of species losses with anthropogenic climate change.

迎风紧致格式与热流计算

该文在朱庆勇、马延文(1998)一文的基础上给出了利用迎风紧致格式求解NS方程.它是UCGVC格式在粘性流计算中的推广.对于方程中的无粘部分利用Steger-Warming的通量分裂技术将流通向量分裂成两部分,在此基础上据风向构造逼近于无粘项的三阶迎风紧致格式.对方程中的粘性部分采用通常的二阶中心差分格式.该文利用对Burgers方程的特征分析,研究了为正确模拟边界层内的流动特征对网格雷诺数的限制条件.通过对超声速粘性球头绕流的数值模拟表明:迎风紧致格式能在较大的网格雷诺数的条件下计算热流值,结果是令人满意的.

Parallel Fully-Implicit Computation of MHD Acceleration Experiments

A three-dimensional MHD solver is described in the paper. The solver simulates reacting flows with nonequilibrium between translational-rotational, vibrational and electron translational modes. The conservation equations are discretized with implicit time marching and the second-order modified Steger-Warming scheme, and the resulted linear system is solved iteratively with Newton-Krylov-Schwarz method that is implemented by PETSc package. The results of convergence tests are plotted, which show good scalability and convergence around twice faster when compared with the DPLR method. Then five test runs are conducted simulating the experiments done at the NASA Ames MHD channel, and the calculated pressures, temperatures, electrical conductivity, back EMF, load factors and flow accelerations are shown to agree with the experimental data. Our computation shows that the electrical conductivity distribution is not uniform in the powered section of the MHD channel, and that it is important to include Joule heating in order to calculate the correct conductivity and the MHD acceleration.

横断山区的翠雀属植物:分类学和细胞学

翠雀属Delphinium L.是毛茛科中的一个大属，全世界有300－400 余种，广布于北半球温带地区。我国是世界上记载翠雀属植物种类最多的国家，尤以西南横断山区种类最为丰富。 通过文献查阅、标本室研究和野外考察，本文对我国特别是横断山区翠雀属植物的主要形态性状在居群间和居群内的变异式样进行了初步分析，认为根的形态、叶的分裂程度、植株尤其是花序轴和花梗被毛与否以及毛被类型、小苞片的形状和位置、退化雄蕊的颜色、上萼片的形状、心皮数目和种子形态特征是比较可靠的分类性状。但性状之间的相关性往往较小，即使是通常比较稳定的分类性状有时也表现出不同程度的变异，因此同一性状对于不同等级分类群的划分和在不同分类群中的分类价值常不一样。在具体的分类处理中，应具体情况具体分析，尽可能利用较多的分类学性状或性状组合。 根据上述对我国翠雀属植物主要形态性状变异式样的理解，本文主要对我国西南横断山区及其邻近一些地区的翠雀属植物进行了力所能及的分类修订：将42 种和22 变种降为异名，提出2 新组合(毛梗黑水翠雀D. potaninii var. mollipes　(W. T. Wang) Q. Yuan & Q. E. Yang 和腺毛康定翠雀D. tatsienense var. pseudomosoynense (W. T. Wang) Q. E. Yang & Q. Yuan)，澄清了直距翠雀D. tenii Lévl. 的名实问题和Munz 等学者对我国翠雀属植物标本的鉴定错误以及由此引起的我国有关翠雀属植物的地理分布的混乱; 另有两种( 硕片翠雀D. grandilimbum W. T. Wang & M. J. Warnock 和永宁翠雀D. yongningense W. T. Wang & M. J. Warnock)因未见到模式标本，故暂存疑。本文讨论到的我国翠雀属植物共有87 种、10 变种。 为了在染色体水平上了解横断山区翠雀属植物的物种形成和分化，同时增加对整个翠雀族tribe Delphineae Warming 植物染色体进化的理解，本文报道了我国主要采自该地区的乌头属Aconitum L. 30 种、1 变种共40 个居群和翠雀属 48 种、3 变种共87 个居群的染色体数目，分析了30 种、1 变种乌头属植物和 46 种、3 变种翠雀属植物的核型，发现46 种、3 变种翠雀属植物为二倍体(2n = 2x=16)，1 种(黄毛翠雀D. chrysotrichum Finet & Gagnep.)为四倍体(2n = 4x =32)，1种(螺距翠雀D. spirocentrum Hand.-Mazz.)有二倍体和四倍体两种细胞型，3 种(宽距翠雀D. beesianum W. W. Smith、裂瓣翠雀D. mosoynense Franch.和康定翠雀 D. tatsienense Franch.)的个别居群有B 染色体出现。这表明横断山区翠雀属植物的物种形成主要在二倍体水平上进行。可能由于核型直向选择（karyotypic orthoselection）的结果，我国翠雀属植物的核型就整体情况而言在属内相当一致，属内核型分化不如乌头属中明显，外部形态上显得最为原始的种类如短距翠雀 D. forrestii Diels 和毛翠雀D. trichophorum Franch.的核型与其他多年生种类的核型相比并无明显区别。尽管如此，翠雀属植物的核型在属内仍表现出一定程度的分化：在多年生种类中，大理翠雀群(D. taliense group)的种类的染色体内部不对称性(intrachromosomal asymmetry) 程度较高, 但染色体之间的不对称性 (interchromosomal asymmetry)程度偏低;一年生种类与多年生种类相比，我国唯一的一年生种还亮草D. anthriscifolium Hance 染色体之间不对称性最高，该种染色体内部不对称性程度在翠雀族中也偏高，因此就其核型的整体不对称性程度而言，在翠雀属乃至整个翠雀族中最高，而地中海分布的一年生种类的染色体内部不对称性明显增强, 但染色体之间的不对称性在翠雀族中最低。这种核型分化的系统学和生物地理学意义尚不清楚，以后需进一步研究。与乌头属相比，翠雀属植物的染色体通常较小，核型中st 染色体明显增多（可达6 对），核型的整体不对称性程度逐渐增强; 虽然乌头属牛扁亚属Aconitum subgen. Lycoctonum (DC.) Peterm.的二倍体种类也一般具有较多的st 染色体（4 对），但这些st 染色体比乌头亚属Aconitum L. subgen. Aconitum和露蕊乌头亚属Aconitum subgen. Gymnaconitum (Stapf) Rapaics 植物核型中相对应的m 或 sm 染色体以及翠雀属和飞燕草属Consolida (DC.) S. F. Gray 植物中相对应的st 或偶尔出现的sm 染色体要大。特别应当注意的是牛扁亚属中外部形态上显得最为原始的展喙乌头A. novoluridum Munz 的核型具有较多而且较大的sm 染色体，所以我们认为展喙乌头的核型保留了较多的原始性质，那些核型中具有较多st 染色体的牛扁亚属植物应当是该亚属中在核型上已比较特化的种类。这一结果不支持前人提出的乌头属植物的核型有从st 染色体进化到m 或sm 染色体的趋势的观点。就整个翠雀族而言，从现有资料看，其核型的进化趋势应当为：(1) 染色体从大进化到小, 从m 或sm 染色体进化到st 染色体;(2) 核型的整体不对称性程度逐渐增强，即核型的二型性从多年生的牛扁亚属植物到翠雀属植物的一年生的还亮草亚属Delphinium subgen. Delphinium 而愈趋明显。翠雀族植物核型的进化方向与整个毛茛科核型的进化方向看来是一致的，即都向核型不对称性增强的方向进化。

长白山自然保护区北坡森林结构、植物多样性与碳储量40余年的变化

长白山自然保护区始建于1960年，位于北坡的红松针阔叶混交林森林生态系统是我国东北地区典型温带地带性森林植被之一，面临着全球气候变化和人类干扰的双重影响。 本研究以间隔43年的野外调查数据为基础，对1963年和2006年的长白山自然保护区北坡海拔800~1700m的森林植物群落进行对比分析，得到该区域的森林结构、植物多样性与碳储量的变化特点，讨论森林动态变化与人类活动、气候变化的关系，评价长白山自然保护区的保护效果： 对长白山北坡森林沿海拔梯度的森林结构和植物多样性的分析表明：群落的整体空间格局保存完好，植物种类变化不大，乔木层的建群种的种类基本不变，植物多样性与海拔高度呈负相关关系;林下层植物多样性受小环境影响，与海拔高度无明显相关。 以红松（Pinus koraiensis）针阔混交林、红松针叶混交林和云冷杉暗针叶林三种类型为单元分别研究各森林类型的多样性变化：α多样测度选择物种丰富度、Shannon-Wiener和Pielou均匀度指数，较好体现了样地内发生的多样性变化，灌木层和草本层多样性明显下降，一些稀有种和药用物种消失，红松等原优势物种有衰退趋势，阔叶树比例增大;β多样性测度选取Cody指数，体现出海拔梯度上的植被空间格局细节变化，演替层特别是阔叶树的物种更替变化有向高海拔移动的趋势。 对森林生态系统各层次碳储量进行估算：乔木层和灌木层采用维量法，对灌木层自建生长回归方程;草本层、枯枝落叶层采取收获法;植物细根采取根钻法;土壤采取土壤深度加权法。碳密度估算结果都与前人研究结果相似。各类型植被碳库总碳密度都达到170 t/hm2，远远高于国内平均森林植被碳库密度值44.9 t/hm2。 乔木层43年来的碳储量变化都无显著性差异，但仍表现出：阔叶树种碳储量上升，特别在高海拔类型这种变化更加明显;针叶树种碳储量在暗针叶林内大幅下降;树干的碳库分配比例都有所减少，表明植被碳库正存在向不稳定性方向发展的趋势。针阔混交林和暗针叶林的土壤碳储量，与植被碳库出现相反的变化趋势，整体碳库保持在一个相对平衡的状态。 推测造成这种变化的原因是：禁止砍伐等保护措施的实施，基本保存了乔木层垂直分布格局，而气候变暖使阔叶树种比例大幅增加，采集松籽等人类生产及旅游活动对林下层植被影响破坏较大。提议加强保护区内管理力度和规划，以减缓长白山北坡森林群落的不稳定变化趋势。

暖温带地区典型森林群落叶面积指数、生产力和树木年轮特征的分析

以辽东栎(Quercus liaotungensis)为主的落叶阔叶林、华北落叶松林(Larix principisrupprechtii)和油松(Pinus tabulaeformis)林是我国暖温带地区具有代表性的森林群落类型。本研究：1）应用国内外流行的半球图方法，通过对这三种森林群落叶面积指数和林冠开阔度的测定和综合比较，分析了叶面积指数和林冠开阔度的季节动态，揭示了暖温带地区不同类型森林群落叶面积指数和林冠开阔度的特征;2）基于野外调查的样地资料，利用维量分析法估算了中国科学院北京森林生态系统定位研究站三种森林群落乔木层的生物量和生产力，并揭示生产力和叶面积指数之间的相关关系;3）利用油松森林群落和落叶松森林群落采集树芯作为研究对象，用树木年轮学方法，建立相应的年表，联系气候资料进行相关分析，揭示树木生长的限制因子。 研究结果表明：1）落叶阔叶林(优势种为：辽东栎、棘皮桦(Betula dahurica)、五角枫(Acer mono))和华北落叶松林两种落叶森林群落的叶面积指数值均随生长季的到来而呈现增长的趋势，最大值出现在8月;林冠开阔度值随着生长季的到来而下降，最大值出现在11月。落叶阔叶林的叶面积指数和林冠开阔度的季节动态较之华北落叶松林明显。油松是常绿树种，其群落叶面积指数和林冠开阔度的变化程度均不明显，但林冠开阔度的变化趋势也是与叶面积指数的变化趋势相反。通过计算得出叶面积指数和林冠开阔度相关显著，并且呈现指数回归的关系。2） 油松、落叶松、落叶阔叶林三种森林群落乔木层的生物量和生产力分别为93.59 t•hm-2、119.36 t•hm-2 、169.94 t•hm-2和4.02 t•hm-2•a-1、5.58 t•hm-2•a-1、7.04 t•hm-2•a-1;三种森林群落乔木层生产力和叶面积指数回归曲线分析显示，生产力和叶面积指数呈现线性正相关关系。3）油松和落叶松生长与气候因子相关分析结果显示，两种群落树木的生长受当地降水和气温的影响，油松与5月份的温度显著负相关，落叶松与2月份和5月份的降水显著正相关。 以上研究结果为以遥感途径获取暖温带地区叶面积指数提供了地面校正依据，为研究该地区利用LAI估算生产力以及利用遥感途径得到的NDVI测定生产力、研究气候因子对树木年轮宽度形成的影响，以及进一步对该地区林分、景观和区域尺度上碳、水、通量等方面的模拟提供了基础数据。

内蒙古多伦草原土壤微生物多样性对全球变化的响应

气候变暖和氮沉降是全球变化现象中最为重要和广为关注的两个方面，它们给陆地生态系统带来了深刻的影响。目前，已有众多研究就二者对地上植被的影响展开了大量工作;而作为陆地生态系统的另一重要生命组分，土壤微生物群落对二者的响应与适应机制还不明了，还需要相关工作的不断补充和完善。本文正是在温带典型草原通过设置增温、施氮等模拟控制实验，探讨增温、施氮及其交互效应对草原生态系统土壤微生物群落多样性和功能多样性的影响，使我们对该地区土壤微生物群落的响应与适应有了一个初步的了解，有助于全面分析和评估气候变化对温带典型草原生态系统的影响。 目前，全球变暖表现出时间上的不均衡性，即夜间增温的幅度要大于白天增温的幅度，而且这种现象在欧亚大陆尤为普遍。这种气候变暖的不均衡性是否会给草原生态系统土壤微生物群落带来显著的影响是我们所关注的问题之一。在第二章中，于多伦典型草原设置了对照、白天增温、夜间增温和全天增温处理，处理时间起始于2006 年5 月，并通过磷脂脂肪酸和BIOLOG 分析方法分别对土壤微生物的群落多样性和碳源利用能力（即功能多样性）进行分析。结果表明，不同增温处理对土壤微生物群落组成的影响均不显著，而夜间增温对土壤细菌群落的碳源利用能力具有显著的促进作用。这说明土壤微生物群落结构对短期增温处理的响应要滞后于功能的响应，而功能上的响应又首先出现在细菌群落，并且这种响应表现为白天增温和夜间增温的非加和效应。 气候变暖往往与降雨的变化相伴而生，而水分又是半干旱典型草原重要限制因子，因此探讨降雨的变化对土壤微生物的影响有助于更深入的了解土壤微生物对气候变暖的响应。在第三章中，分别设置了对照、增温、夏季增雨及增温×夏季增雨处理，处理时间起始于2005 年4 月，并同样分析了土壤微生物的群落组成和功能多样性。结果表明，增温和夏季增雨对土壤微生物群落结构和功能的影响具有明显的一致性，二者均降低了革兰氏阴性菌的相对含量，并且促进了细菌群落的碳源利用能力。增温和增雨在影响细菌群落结构（即，革兰氏阴性菌与阳性菌之比）上具有一定程度的交互效应。 陆地生态系统生产力普遍受到土壤氮素的限制，由于人类活动的干扰，尤其是农业生产和化石燃料燃烧，使土壤氮素含量增加，改变土壤理化环境和地上植物群落，这将直接或间接地影响土壤微生物群落结构和功能。就已有的研究结果来看施氮究竟如何影响土壤微生物群落尚无定论。第四章主要是针对相关研究结果上的分歧，在2003 年设置的0-64 g N m-2 yr-1 的指数施氮梯度实验上进行土壤理化因子、微生物量、净氮矿化和微生物碳源利用能力的分析。结果表明，土壤微生物群落对施氮的响应存在一个介于16 和32 g N m-2y-1 最优施氮量，即低于最优施氮量施氮处理表现为对土壤微生物的促进作用，而过高的施氮量则表现为抑制作用。这一结果说明施氮量是影响土壤微生物对施氮处理做出响应的重要方面之一，有助于解释目前相关研究中出现的结果分歧。 第五章的研究则是考虑了地形和火烧这两个草原生态系统普遍存在的干扰因素，比较分析二者与施氮处理对土壤微生物群落结构的影响。实验设置在多伦典型草原一个坡度为15﹪的南向阳坡，坡上坡下分别设置对照、施氮和火烧处理，处理的起始时间为2005 年4 月。结果表明，土壤微生物群落结构存在地形上的显著差异，表现为坡下以细菌类群占优势，而坡上真菌类群的相对优势较大;火烧对土壤微生物群落结构的影响显著，并表现出明显的地形上的差异，即坡下微生物对火烧的响应敏感性要高于坡上;而短期的施氮处理对土壤微生物群落结构的影响不显著。第六章的研究主要是针对增温、施氮和增温×施氮处理对土壤微生物群落结构和功能的影响，处理时间起始于2006 年5 月。结果表明，土壤微生物群落结构和功能年际变化显著;增温和施氮对土壤微生物的影响均不显著，但增温复合施氮处理中的土壤微生物群落结构表现出一定的响应趋势。

增温与土地利用变化对青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量影响的研究

随着青藏高原气候变暖进程及放牧压力与开垦面积的逐年加大，非常有必要评价青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量对气候变暖、放牧（包括粪尿斑）和开垦的响应和反馈。与此同时，我们进行了粪尿斑及开垦对土壤理化性质影响研究。本研究对于青藏高原高寒草甸C、N循环关键过程对全球变化响应的认识具有重要意义。 本文通过2年（2006-2007）增温（白天+1.2℃，晚上+1.7℃）与放牧耦合试验，在生长季观测了增温与放牧对高寒草甸生态系统温室气体通量的影响。研究初步表明，增温试验显著增加10 cm土壤温度1℃左右；在放牧频度相对较高的2007年，放牧也显著增加了土壤温度1℃左右。总体上，增温对土壤湿度的影响不显著。 增温可以促进土壤对CH4的吸收，而放牧对CH4通量影响不大或起到一定程度抑制作用。在较低放牧频度的2006年，放牧显著降低了植物-土壤系统CO2总释放量，增温促进了CO2的释放。而在放牧频度相对较高的2007年生长季，没有发现增温及放牧对土壤-植被系统CO2释放显著的影响。2006年放牧后，增温促进了高寒草甸土壤N2O的释放；2007年，增温不放牧小区N2O总通量较对照增加了24.6%，同时放牧处理也促进了N2O释放。基于土壤温度和土壤湿度的线性回归模型可以解释55%-89%的CH4通量变异，而土壤湿度较土壤温度对CH4通量影响更大。土壤温度是影响CO2和N2O通量的主要因子，通过拟合的指数型曲线，土壤温度可以分别解释43%-63%CO2通量变异与65%-81%N2O通量变异。 在2005年与2006年夏季放牧期间，对牦牛粪尿斑处理对高寒草甸CH4、CO2和N2O通量进行了观测。牛粪小区2年观测期内CH4平均通量为687 μg m-2 h-1，而尿斑和对照土壤吸收CH4（平均通量分别为-34 μg m-2 h-1和-39 μg m-2 h-1）。牛粪小区CO2在2005年和2006年观测期内累积释放量较对照分别增加了35.8%和49.7%，而牛尿小区与对照累积释放量差异不显著。牛尿与牛粪小区N2O累积释放量显著高于对照，在2005年牛尿与牛粪小区N2O累积释放量较对照分别增加了3.7和3.5倍，而在2006年分别增加了2.1和1.8倍。因此，在估算放牧高寒草甸生态系统N2O释放时，来自牛粪斑释放量是不能被忽略的。但在中等放牧强度下（1.45头ha-1 y-1），有粪尿斑覆盖的高寒草甸在观测期内全球变暖潜势较相同面积没有粪尿斑覆盖的草甸仅增加了1%。土壤水分孔隙度（WFPS）可以解释牛尿小区35%和对照小区36%CH4通量变异。土壤温度是控制CO2释放的主要因子之一，它可以解释所有处理40-75% CO2的变异。牛尿处理（34%）、牛粪处理（48%）及对照（56%）N2O时间变异则同时受土壤温度和WFPS的驱动。在观测期内，牛尿可以显著提高土壤的pH值。粪尿斑对土壤微生物量碳氮没有产生显著性影响，但在一定时段内能显著增加土壤无机氮含量。 通过在青藏高原高寒草甸开展的人工草地试验，初步探讨了不同土地利用方式（种植燕麦、开垦后闲置及自然恢复）对CO2、CH4和N2O通量，以及土壤无机氮和微生物量氮的影响。燕麦地、自然恢复草地及开垦闲置地与天然草地相比，吸收CH4的能力均表现为增强（CH4的吸收总量分别增加了31.9%、57.2%和71.0%）。由于燕麦地生物量低于天然草地与恢复草地，造成了燕麦地土壤-植被CO2释放量低于天然草地和恢复草地。而闲置地几乎没有植被覆盖，其CO2释放量显著低于天然草地。草地恢复8年后，CO2释放基本恢复到天然草地的水平。闲置地N2O总通量显著高于天然草地，较天然草地增加了60.5%。观测期内燕麦地与天然草地相比，N2O总通量增加了24.3%，但没有达到显著性水平。开垦及种植燕麦，增加了土壤硝态氮的含量，而自然恢复地、燕麦地、天然草地和闲置地在观测期内土壤铵态氮平均含量没有观察到显著性差异。燕麦地土壤微生物量氮平均含量最低（119.7 mg N kg-1），而自然恢复草地、天然草地和闲置地土壤微生物量氮差异不大。

内蒙古典型草原的群落物种组成对割草、施肥、増雨以及加热的响应

随着温室气体的大量排放、土地利用方式的改变以及气温的逐步升高，全球变化对自然生态系统的影响也日益加强，全球变化背景下植物群落物种组成的改变能够引起整个生态系统功能的变化。本论文的研究以内蒙古多伦县十三里滩全球变化多因子实验基地为依托，研究割草、施肥、増雨以及红外加热对内蒙古温带典型草原群落物种组成的影响。本研究采用传统的植物调查方法，比较样方中所有物种和功能型的变化，最终揭示植物群落结构对上述四个处理的响应状况。 研究结果表明：氮素作为中国北方典型草原生产力的重要限制因子，增加了禾草优势物种克氏针茅和冰草的盖度，提高了禾草植物盖度和群落总盖度。施磷提高了群落中豆科植物的盖度。 种群水平上，割草提高了乳白花黄芪、苔草和冷蒿等矮小植物盖度；群落水平上，提高了群落总盖度，增加了群落的物种数。但是仅仅在施氮处理下，割草显著地影响了种群和群落水平的指标。 除了氮以外，土壤水分含量也是草原生态系统的限制因素之一。虽然不同增雨方式之间对群落的影响无显著差异，但是增雨都显著地增加了群落中禾草植物和群落的总盖度。在氮肥处理样地，增雨对禾草植物的正效应更加显著。增雨单独对群落的物种丰富度没有显著的影响。 加热减少了土壤水分含量，降低了群落物种数和群落的总盖度。加热提高了群落中非禾草杂类草的比例，降低了群落中禾草植物的比例。 总之，土壤水分和活性氮含量左右了草原植物群落的物种组成。全球变化的四个主要驱动因子正是通过影响生态系统中水分和氮的有效含量来影响群落结构。施氮和增雨降低了土壤水分和氮含量的限制，割草、加热增强了土壤水分和氮的限制。基于四个驱动因子对草原生态系统相反的作用和影响，有必要进行长期的控制实验，充分了解全球变化下，内蒙古典型草原群落物种组成的变化规律。

冬小麦对二氧化碳、臭氧和温度升高的生理生态响应

CO2浓度升高和气候变暖已成为不可逆转的现实，而具有强氧化性的臭氧浓度升高也被认为是全球变化的重要组成部分，已经或将对植被生长产生严重威胁。冬小麦（Triticum aestivum L.）生长发育期内受到环境变化的影响相对较大。小麦是对臭氧最为敏感的作物之一，华北地区冬小麦灌浆期容易发生臭氧污染。本研究以冬小麦为试材，研究了CO2浓度加倍和2oC增温对中国北方不同年代推出的冬小麦品种幼苗生长的效应；研究了不同小麦品种对花后短期臭氧胁迫的反应；分别研究了干旱、增温与臭氧污染对冬小麦旗叶光合和产量的交互影响。研究结果如下： 1) CO2浓度加倍和温度升高加快冬小麦幼苗的生长速率。CO2浓度加倍主要是促进了幼苗的分蘖(+1.54分蘖)，而增温加快了发育进程(主茎叶片数比对照多1叶)。不同品种对CO2浓度加倍和增温的响应存在着差异，但与育种年代没有显著相关关系。从20个品种的总体情况来看，CO2浓度加倍和2.0℃增温对冬小麦幼苗的生长具有叠加效应。生长较慢的冬小麦品种对CO2浓度加倍的反应越大。 2) CO2浓度加倍显著提高了小麦新展开叶的净光合速率（Psat），显著降低了气孔导度（gs）和蒸腾速率（E），从而显著提高了瞬时水分利用效率（ITE），但不同小麦品种对CO2浓度加倍的反应与其育种年代没有明显的相关性；增温对冬小麦叶片Psat的效应不显著，但显著降低了gs，而E显著增大，从而导致ITE显著降低，其中，Psat对增温的反应与品种育种年代呈显著正相关（R=0.525, p<0.05），并与叶片比叶面积（SLA）显著正相关（R=0.45, p<0.001）。CO2浓度加倍和增温同时处理时对Psat、gs和ITE的效应显著大于CO2浓度加倍处理。 3) 冬小麦灌浆初期，短时间的臭氧胁迫对旗叶的同化能力带来了显著的负效应，而且光合性能最大的叶片中部受到的抑制最为严重。同化能力的下降导致最终产量的降低。然而，不同品种对臭氧的敏感性存在着很大差异。臭氧对具有较高收获指数和产量的当代品种-烟农19的效应（-19%，p<0.01）明显大于产量较低的老品种-农大311（-8%，p<0.05），主要表现在叶片可见伤害程度较大，旗叶净光合速率受到的负效应较大，籽粒重量以及穗粒数均显著降低。 4) 短期高浓度臭氧胁迫对处于中度干旱胁迫下的小麦植株产生了可见伤害（<20%），但伤害程度明显低于处于土壤含水量较高的植株(>30%)。短期臭氧处理显著降低了处于较高土壤含水量下的小麦旗叶Psat（-36%），干旱胁迫也显著降低了旗叶Psat（-34%），但臭氧仅使处于中度干旱胁迫下的植株旗叶Psat进一步降低了7.8%。gs的变化趋势与Psat的变化基本一致。臭氧处理结束并复水后，干旱处理植株的Psat与对照基本相同，而臭氧处理过的植株均明显低于对照，其中臭氧处理期间处于良好土壤含水量条件下的植株旗叶Psat显著低于对照，并且随着植株的衰老，其下降的速度明显快于其它处理，表明衰老速度加快。而中度干旱胁迫可减轻臭氧对小麦产量的危害程度。 5) 正常供水条件下，短期臭氧处理结束2天后，小麦旗叶Psat与对照植株的值接近，然而随着时间的延长，Psat下降的速度明显快于对照。臭氧处理结束后，植株若遭受干旱胁迫，旗叶Psat显著低于对照。虽然gs的变化趋势与Psat基本一致，但臭氧处理后光合的降低主要是由非气孔限制因素引起的。旗叶光合能力下降、叶片提前衰老，是臭氧处理导致产量显著降低的主要原因。穗粒数没有显著变化，而千粒重却显著降低。而臭氧处理后若遇干旱胁迫，旗叶的光合能力以及光合有效期进一步减少，导致不育小花数增多，因此籽粒产量进一步减少。 6) 灌浆期臭氧浓度升高显著降低了小麦叶片的光合能力，导致产量显著降低；2oC升温加快了植株的衰老，然而并没有对产量性状产生显著效应；温度和臭氧两因子对旗叶的气体交换参数具有交互效应，但对各产量性状均没有交互效应发生。 综合以上研究结果，不同品种对环境变化的响应存在着显著差异，意味着可以通过育种途径来减轻未来环境变化对农业生产的负面影响；灌浆期臭氧胁迫显著降低冬小麦的产量，环境因子可影响臭氧胁迫效应，但之间的交互作用比较复杂，有待进一步深入研究，以保证未来全球变化环境下的粮食安全。

城市增温效应及其受地理、气候和城市化发展的影响

城市增温的原因包括全球变暖和城市热岛效应两个方面，二者对城市环境、社会经济和市民健康均有相当程度的影响。本文的研究目的是：(1)通过比较处于不同气候带上同样规模城市的气温变化趋势和速率差异，探讨地理位置对城市增温现象的影响；(2)通过分析近期人类活动和城市发展规模与城市增温现象的相关性，搞清楚城市化发展过程中显著影响热岛效应的因素。了解城市增温的地理分异规律及其受城市化发展的影响，对全面认识城市增温现象、积极寻求应对城市增温所造成的环境危害的策略具有重要的科学和实践意义。 本文按照经纬度在全国范围内选取6个特大城市：济南、西安、兰州、广州、上海和北京为研究对象，按城市所处地理位置分为代表水分梯度的同纬度经向分布城市，近海到内陆依次为济南、西安和兰州，以及代表温度梯度的纬向分布城市，低纬度到高纬度依次为广州、上海和北京，借助统计学方法，对各城市分别进行了年均气温比较分析，并对近期人类活动对不同城市增温效应的影响进行了分析。结果表明： 1．各城市气温均呈上升趋势，其中年均最低气温上升幅度最大，年均气温上升幅度次之，年均最高温度上升幅度最小；温度普遍升高的前提下高纬度地区温度升幅较大，内陆地区增温比近海地区大，即城市增温幅度与水分梯度和温度梯度呈负相关关系；不同城市在不同年代冷暖变化的强度和峰谷相位不尽一致，北京、西安和广州从上世纪50年代到70年代气温整体趋势变冷，其他城市缓慢升温，进入80年代后6个城市均进入加速增温阶段。 2．城市热岛效应对最低气温影响最明显，即城市最低气温与参照站差值增长趋势最为显著，其次为年均温，市区最高气温与参照站差值增长趋势最缓慢；自1978年改革开放以来，6个城市年均最低气温和年均温城乡差值均达到极显著水平，兰州最高，达0.69℃/lOa和0.49℃/lOa;从近海到内陆随着年降水量减少，3个城市（依次为济南、西安和兰州）热岛效应依次增加，从高纬度到底纬度随着温度升高（北京、上海和广州），城市热岛效应有减小趋势。 3．不同城市增温均表现出与人口（包括市辖区年末总人口、市辖区人口密度）、市辖区地区生产总值、年末实有道路面积、建成区面积和第二产业占GDP比重等代表城市发展因素的指标呈显著正相关，与绿地有关的因素，包括园林绿地面积和年末耕地面积呈显著负相关，而同样的因素对同一个城市不同气候参数的影响也不相同，最低气温对增温因子的敏感度高于其他气温参数，而对降低增温效应因子的敏感度小于其他气候参数，同样的因素对不同城市气候参数也有不同效应。 本项研究的结果证实了城市增温是一个比较复杂的过程，其中即反映了全球气候变化的大背景，也受到了影响水热环境的地理因素的制约，同时又与城市化发展的进程密切相关。

Exogenous carbon acquisition of photosynthesis in Porphyra haitanensis (Bangiales, Rhodophyta) under emersed state

The photosynthetic performances of Porphyra haitanensis thalli were investigated in order to understand its mechanisms for exogenous carbon acquisition during emersion at low tide. The emersed photosynthesis was studied by altering the pH value in the water film on the thalli surface, treating them with carbonic anhydarase inhibitors (acetazolamide and 6-ethoxyzolamide), adjusting the CO2 concentrations in the air, and comparing the theoretical maximum CO2 supply rates within the adherent water film with the observed photosynthetic CO2 uptake rates. It was found that the principal exogenous inorganic carbon source for the photosynthesis of P. haitanensis during emersion was atmospheric CO2. The driving force of CO2 flux across the water film was the CO2 concentration gradient within it. Carbonic anhydrase accelerated both extracellular and intracellular CO2 transport. The emersed photosynthesis of P. haitanensis was limited by the present atmospheric CO2 level, and would be enhanced by atmospheric CO2 rise that would trigger global warming.

Parallel Fully-Implicit Computation of Magnetohydrodynamics Acceleration Experiments

A three-dimensional MHD solver is described in the paper. The solver simulates reacting flows with nonequilibrium between translational-rotational, vibrational and electron translational modes. The conservation equations are discretized with implicit time marching and the second-order modified Steger-Warming scheme, and the resulted linear system is solved iteratively with Newton-Krylov-Schwarz method that is implemented by PETS,: package. The results of convergence tests arc plotted, which show good scalability and convergence around twice faster when compared with the DPLR method. Then five test runs are conducted simulating the experiments done at the NASA Ames MHD channel, and the calculated pressures, temperatures, electrical conductivity, back EMF, load factors and flow accelerations are shown to agree with the experimental data. Our computation shows that the electrical conductivity distribution is not uniform in the powered section of the MHD channel, and that it is important to include Joule heating in order to calculate the correct conductivity and the MHD acceleration.

水分亏缺和凋落物水浸液对云杉幼苗生长和种子萌发的影响

在人类活动导致全球变暖的前提下，由于全球气温的升高，地表水分加速向空中蒸发。从20世纪70年代至今，地球上严重干旱地区的面积几乎扩大了一倍。这一增长的一半可归因于气温升高而不是降雨量下降，因为实际上同期全球平均降水量还略有增长。干旱对陆地植物和农林生态系统产生深远影响，并已成为全球变化研究的一个重要方面。位于青藏高原东部的川西亚高山针叶林是研究气候变暖对陆地生态系统影响的重要森林类型。森林采伐迹地、人工林下和林窗环境作为目前该区人工造林和森林更新的重要生境，其截然不同的光环境对亚高山针叶林更新和森林动态有非常重要的影响。凋落物产生的化感物质可通过影响种子萌发和早期幼苗的定居而影响种群的建立和更新，而人工林和自然林物种以及更新速度的差异性也都受凋落物的影响。 云杉是川西亚高山针叶林群落的重要树种之一,在维持亚高山森林的景观格局和区域生态安全方面具有十分重要的作用，其自然更新能力及其影响机制一直是研究的热点问题。本试验以云杉种子和2年生幼苗为研究对象，从萌发、根尖形态、幼苗生长、光合作用、渗透调节和抗氧化能力等方面研究了不同光环境下水分亏缺和凋落物水浸液对云杉种子和幼苗生长的影响。旨在从更新的角度探讨亚高山针叶林自然更新的过程，其研究成果可在一定程度上为川西亚高山针叶林更新提供科学依据，同时也可为林业生产管理提供科学指导。主要研究结论如下： 水分亏缺在生长形态、光合作用、抗氧化能力、活性氧化对云杉幼苗都有显著影响。总体表现为，水分亏缺导致了云杉幼苗的高度、地径、单株总生物量降低，增加了地下部分的生长；水分亏缺显著降低了云杉叶片中相对含水量、光合色素、叶氮含量，净光合速率和最大量子产量(Fv/Fm)，提高了幼苗叶片中膜脂过氧化产物（MDA）的含量；水分亏缺提高了幼苗叶片中过氧化氢(H2O2)含量，超氧荫离子（O2-）生成速率以及脯氨酸和抗氧化系统的活性（ASA, SOD, CAT, POD, APX和GR）。从这些结果可知，植物在遭受水分亏缺导致的伤害时，其自身会形成防御策略，并通过改变形态和生理方面的特性以减轻害。但是，这种自我保护机制依然不能抵抗严重水分亏缺对植物的伤害。 模拟林下低光照条件显著增加单株植物的地上部分生长，尤其是其叶片的比叶面积（叶面积/叶干重），同时其光合色素含量和叶片相对含水量也显著增加，这些改变直接导致植株光合速率和生物量的增加。同时，与高光照水平相比，低光照幼苗的膜脂过氧化产物（MDA）和活性氧物质均较低，显示出低光照比高光照水平对植物的更低的氧化伤害。尽管低光照也导致大部分抗氧化酶活性降低，但这正显示出植物遭受低的氧化伤害，更印证了前面的结论。 凋落物水浸液影响了云杉种子的萌发和根系的生长，更在形态、光合作用、抗氧化能力、活性氧物质以及叶氮水平上显著影响了云杉幼苗，其中，以人工纯林凋落物的影响更有强烈。具体表现在，种子萌发速率和萌发种子幼根的长度表现为对照>自然林处理>人工纯林；凋落物水浸液抑制种子分生区和伸长区的生长，人工林处理更降低了根毛区的生长，使根吸水分和养分困难。对2年生幼苗的影响主要表现在叶绿素含量、光合速率以及叶氮含量的降低；膜脂过氧化产物、活性氧物质和抗氧化酶系统的显著增加。同样的，人工纯林处理对云杉幼苗的影响显著于自然林处理。 在自然生态系统中，由于全球变暖气温升高导致的水分亏缺和森林凋落物都存在森林的砍伐迹地，林窗和林下环境中。我们的研究表明，与迹地或林窗强光照比较，林下的低光照环境由于为植物的生长营造了较为湿润的微环境，因此水分亏缺在林下对云杉幼苗造成的影响微弱。这可以从植物的形态、光合速率以及生物量积累，过氧化伤害和抗氧化酶系统表现出来。另一方面，凋落物水浸液在模拟林下低光照环境对植物的伤害也微弱于强光照环境，这与强光照环境高的水分散失导致环境水分亏缺有关；而人工纯林处理对云杉幼苗的伤害比对照和自然林处理显示出强烈的抑制作用。 Under the pre-condition of global warming resulted from intensive human activities, water in the earth’s surface rapidly evaporates due to the increase of global air temperature. From 1970s up to now, the area of serious drought in the world is almost twice as ever. This increase might be due to the increasing air temperature and not decreasing rainfall because global average rainfall in the corresponding period slightly is incremental. Drought will have profound impacts on terrestrial and agriculture-forest system and has also become the important issue of global change research. The subalpine coniferous forests in the eastern Qinghai-Tibet Plateau provide a natural laboratory for the studying the effects of global warming on terrestrial ecosystems. The light environment significantly differs among cutting blanks, forest gap and understory, which is particularly important for plant regeneration and forest dynamics in the subalpine coniferous forests. Picea asperata is one of the keystone species of subalpine coniferouis forests in western China, and it is very important in preserving landscape structure and regional ecological security of subalpine forests. The natural regeneration capacities and influence mechanism of Picea asperata are always the hot topics. In the present study, the short-term effects of two light levels (100% of full sunlight and 15% of full sunlight), two watering regimes (100% of field capacity and 30% of field capacity), two litter aqueous extracts (primitive forest and plantation aqueous extracts) on the seed germination, early growth and physiological traits of Picea asperata were determined in the laboratory and natural greenhouse. The present study was undertaken so as to give a better understanding of the regeneration progress affected by water deficit, low light and litter aqueous extracts. Our results could provide insights into the effects of climate warming on community composition and regeneration behavior for the subalpine coniferous forest ecosystem processes, and provide scientific direction for the forest production and management. Water deficit had significant effects on growth, morphological, physiological and biochemical traits of Picea asperata seedlings. Water deficit resulted in the decrease in height, basal diameter, total biomass and increase in under-ground development; water deficit significantly reduced the needle relative water content, photosynthetic pigments, needle nitrogen concentration, net photosynthetic rate and the maximum potential quantum yield of photosynthesis (Fv/Fm), and increased the degree of lipid peroxidation (MDA) in Picea asperata seedlings; water deficit also increased the rate of superoxide radical (O2-) production, hydrogen peroxide (H2O2) content, free proline content and the activities of antioxidant systems (ASA, SOD, POD, CAT, APX and GR) in Picea asperata seedlings. These results indicated that some protective mechanism was formed when plants suffered from drought stress, but the protection could not counteract the harm resulting from the serious drought stress on them. Low light in the understory significantly increased seedling above-ground development, especially the species leaf area (SLA), and photosynthetic pigments and relative needle content. These changes resulted in the increase in net photosynthetic rate and total biomass. Moreover, the lower MDA content and active oxygen species (AOS) (H2O2 and O2-) in low light seedlings suggested that low light had weaker oxidative damage as compared to high light. Lower antioxidant enzymes activities in low light seedlings indicated the weaker oxidative damage on Picea asperata seedlings than high light seedlings, which was correlative with the changes in MDA and AOS. Litter aqueous extracts affected seed germination and root system of Picea asperata seedlings. Significant changes in growth, photosynthesis, antioxidant activities, active oxygen species and leaf nitrogen concentration were also found in Picea asperata seedlings, and plantation treatment showed the stronger effects on these traits than those in control and primitive forest treatment. The present results indicated that seed germination and radicle length parameters in control were superior to those in primitive forest treatment, and those of primitive forest treatment were superior to plantation treatment; litter aqueous extracts inhibited the meristematic and elongation zone, and plantation treatment caused a decrease in root hairs so as to be difficult in absorbing water and nutrient in root system. On the other hand, litter aqueous extracts significantly decreased chlorophyll content, net photosynthetic rate and leaf nitrogen concentration of Picea asperata seedlings; MDA, AOS and antioxidant system activities were significantly increased in Picea asperata seedlings. Similarly, plantation treatment had more significant effect on Picea asperata seedlings as compared to primitive forest treatment. In the nature ecosystem, water deficit resulted from elevating air temperature and litter aqueous extract may probably coexist in the cutting blank, forest gap and understory. Our present study showed that water deficit had weaker effects on low light seedlings in the understory as compared to high light seedlings in the cutting blank and forest gap. The fact was confirmed from seedlings growth, gas exchange and biomass accumulation, peroxidation and antioxidant systems. This might be due to that low light-reduced leaf and air temperatures, vapour-pressure deficit, and the oxidative stresses can aggravate the impact of drought under higher light. On the other hand, litter aqueous extracts in the low light had weaker effects on the Picea asperata seedlings than those at high light level, which might be correlative to the water evapotranspiration under high light. Moreover, plantation litter aqueous extracts showed stronger inhibition for seed germination and seedling growth than control and primitive forest treatments.