Effect of storage time and cryoprotectant concentrations on the fertilization rate and hatching rate of cryopreserved sperm in red seabream (Pagrus major Temminck & Schlegel, 1843)

This study examined the effects of storage time and cryoprotectant concentrations on the post-thaw sperm of red seabream, Pagrus major. Sperm treated with 12%, 15%, 18% and 21% DMSO were cryopreserved for 10, 30, 60 and 360 days, and fertilization and hatching rates were analysed. For all groups, there were no differences in the fertilization rates and hatching rates between sperm cryopreserved for < 60 days and fresh sperm (98.8 +/- 0.8%, 96.4 +/- 1.3%). However, for sperm cryopreserved for 360 days, both fertilization rates (88.6 +/- 3.0% to 7.0 +/- 1.9%) and hatching rates (79.4 +/- 7.2% to 3.3 +/- 0.8%) decreased drastically. Furthermore, the cryoprotectant concentrations affected sperm quality significantly (P < 0.05). When cryopreserved for 360 days, sperm treated with 15% DMSO obtained the best results compared with other concentrations. We suggest that 15% DMSO may be an effective cryoprotectant for long-term sperm cryopreservation of red seabream.

Cultivation of the brown alga Hizikia fusiformis (Harvey) Okamura: controlled fertilization and early development of seedlings in raceway tanks in ambient light and temperature

Commercial cultivation of the dioecious brown macroalga Hizikia fusiformis (Harvey) Okamura in East Asia depends on the supply of young seedlings from regenerated holdfasts or from wild population. Recent development of synchronized release of male and female gametes in tumble culture provides a possibility of mass production of young seedlings via sexual reproduction. In this paper, we demonstrate that controlled fertilization can be efficiently realized in ambient light and temperature in a specially designed raceway tank in which the sperm-containing water has been recirculated. The effective fertilization time of eggs by sperm was found to be within six hours. Fast growth and development of the young seedlings relied on the presence of water currents. Velocity tests demonstrated that young seedlings of 2-3 mm in length could withstand a water current of 190 cm s(-1) stop without detachment. Culture experiments at 24 h postfertilization showed that elongation of both the seedlings and their rhizoids were not hampered by high irradiance up to 600 mu mol photons m(-2) stop s(-1) stop. However, growth was slightly retarded if cultured at a temperature of 16 degrees C compared to other culture temperatures of 22, 25 and 29 degrees C. No seedling detachment was observed after transfer of the young seedlings to raft cultivation in the sea after one and 1.5 months post-fertilization, indicating the feasibility of obtaining large quantity of seedlings in such a system.

Oceanic iron fertilization: one of strategies for sequestration atmospheric CO2

Carbon cycle is connected with the most important environmental issue of Global Change. As one of the major carbon reservoirs, oceans play an important part in the carbon cycle. In recent years, iron seems to give us a good news that oceanic iron fertilization could stimulate biological productivity as CO2 sink of human-produced CO2. Oceanic iron fertilization experiments have verified that adding iron into high nutrient low chlorophyll (HNLC) seawaters can increase phytoplankton production and export organic carbon, and hence increase carbon sink of anthropogenic CO2, to reduce global warming. In sixty days, the export organic carbon could reach 10 000 times for adding iron by model prediction and in situ experiment, i.e. the atmospheric CO2 uptake and inorganic carbon drawdown in upper seawaters also have the same magnitude. Therefore, oceanic iron fertilization is one of the strategies for increasing carbon sink of anthropogenic CO2. The paper is focused on the iron fertilization, especially in situ ocean iron experiments in order that the future research is more efficient.

Ocean urea fertilization for carbon credits poses high ecological risks

The proposed plan for enrichment of the Sulu Sea, Philippines, a region of rich marine biodiversity, with thousands of tonnes of urea in order to stimulate algal blooms and sequester carbon is flawed for multiple reasons. Urea is preferentially used as a nitrogen source by some cyanobacteria and dinoflagellates, many of which are neutrally or positively buoyant. Biological pumps to the deep sea are classically leaky, and the inefficient burial of new biomass makes the estimation of a net loss of carbon from the atmosphere questionable at best. The potential for growth of toxic dinoflagellates is also high, as many grow well on urea and some even increase their toxicity when grown on urea. Many toxic dinoflagellates form cysts which can settle to the sediment and germinate in subsequent years, forming new blooms even without further fertilization. If large-scale blooms do occur, it is likely that they will contribute to hypoxia in the bottom waters upon decomposition. Lastly, urea production requires fossil fuel usage, further limiting the potential for net carbon sequestration. The environmental and economic impacts are potentially great and need to be rigorously assessed. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

白皮松的颈卵器发育、受精作用和愿胚游离核时期发育过程中的超微结构研究

本文主要探讨白皮松颈卵器发育、受精作用及原胚游离核时期发育中的超微结构变化。主要研究结果如下： 一、颈卵器发育 颈细胞 中央细胞早期的颈细胞细胞基质较为电子透明，但其中悬浮有非常丰富的细胞器，表现出活跃的代谢状态。随着发育，颈细胞细胞质变浓稠，细胞器比以前分布密集。当雄性物质进入颈卵器时，颈细胞解体。 套层细胞 中央细胞时期的套层细胞细胞质非常浓厚，其中含有丰富的细胞器，表现出活跃的状态，并且通过丰富的胞间连丝与中央细胞相通。受精前，套层细胞与中央细胞间的胞间连丝关闭。随之，套层细胞细胞质变稀薄，细胞器减少．在2游离核原胚后，套层细胞的质体中开始出现并积累淀粉． 中央细胞 中央细胞顶端育1个大核。随着发育，中央细胞中的液泡迅速减少，细胞质变浓，与此同时，核糖体群、高尔基体等大量出现并增多，小内含物增多。质体全部退化并形成越来越复杂的大内含物，大内含物即蛋白泡。中央细胞的线粒体也随着发育而进一步退化。成熟的中央细胞分裂形成小的腹沟细胞和大的卵细胞． 腹沟细胞 腹沟细胞的细胞核大，细胞质和细胞壁结构比较简单．随着雄性物质进入颈卵器，腹沟细胞解体。 卵细胞 成熟的卵细胞细胞质浓稠，中央有1个大核．与中央细胞相比，卵细胞中的高尔基体大大减少，线粒体更为退化，大内含物结构更为复杂，小内含物由于细胞质结增大而呈现为双层膜包围的细胞质小岛，有的由于内质网包被而成为多层膜小内含物． 二、受精作用 受精时，花粉管将其内含物释放入卵细胞顶端。不久，雄性物质周围出现大量平行于雄性物质向下移动方向的内质网，为下移的功能精子等提供轨道。功能精子从卵细胞顶端移动到中上部与卵核结合是1个迅速的过程，是否有内质网或微管参与还不清楚．到少有雄性质体伴随功能精子一起下移．当精子靠近卵核时，卵核向精子的一侧形成1个凹陷，精子进入此凹陷中．随后，两性核开始融合。雌雄核在融合的同时，同步进行有丝分裂．在有丝分裂中期，两性核融合完成．融合核周围虽有少量父本质体，但无明显新细胞质形成．随着受精，细胞质中的大内含物开始减少，小内含物（尤其是多层膜小内含物）表现增多，有的小内含物中出现电子致密的核心．线粒体为退化不规则状态． 三、原胚游离核时期的发育 合子核完成有丝分裂的结果是形成2个原胚游离核。2个原胚游离核悬浮于合子核分裂时释放的核质——新细胞质中。此时的新细胞质结构简单，含有丰富的核糖体和核膜碎片．当4个原胚游离核向下移动时，大量父本线粒体和少量父本质体向原胚游离核周围聚集并参与到新细胞质中．当4个原胚游离核完全移到颈卵器底部时，新细胞质形成结束．此时的新细胞质中含有少量父本质体和大量退化不规则状态的线粒体等．白皮松的质体为父本遗传，但线粒体为父本遗传还是双亲遗传还有待进一步研究， 随着原胚游离核时期的发育，受精卵细胞质中的大内含物迅速减少，小内含物迅速增多的同时，越来越多的解体．以后，除了周边的薄层细胞质外，其它部位的受精卵细胞质都逐渐解体．与受精颈卵器并存于同一雌配子体的未受精颈卵器的卵细胞质能较长时间保持浓稠的状态而不发生解体．

中麻黄(Ephedra intermedia)胚胎发育及双受精作用在进化上的意义

本文对中麻黄(Ephedra intermedia)的双受精作用进行了较为详细的研究。其主要结果如下： 1．中麻黄约5月中旬传粉，5月下旬受精。中央细胞分裂形成卵核及腹沟核。卵核沿合点端方向移至卵细胞质富含细胞器区，被富含细胞器的细胞质所包围。卵核的受精发生在浓厚卵细胞质区内。精子向卵核靠近，穿过浓厚细胞质区，与卵核建立联系，二核逐渐靠拢。卵核核膜出现凹陷，并逐渐包围精子，最后完成受精。刚受精后的精核卵核的核质并不立即融合，各自保持独立。之后不久，二核完成融合，形成合子。 2．腹沟核刚形成后， 并不退化而是继续发育，并象卵核一样沿合点端方向从其顶端位置向卵细胞基部移动至卵细胞质富含细胞器区。第二个精子向腹沟核移动，靠近，并建立联系，最后完成融合，形成第二个合子。 3．双受精是中麻黄的正常生殖特征。中麻黄的双受精及第二次受精产物的命运具有重要的进化上的意义。 4．两个合子连续二次分裂形成八个游离核，或者叫次生合子。八个游离核进一步发育并细胞化形成具胚性功能的单细胞原胚．或者次生合子进一步分裂增殖形成多余游离核后再进一步发育并细胞化形成具胚性功能的单细原胚或在胚的发育中解体退化，以提供营养．一个胚珠可观察到一至七个发育时期不同的胚成熟胚珠中只有一个成熟胚，双子叶。 5．由游离核发育而来的单细胞原胚在进一步的发育中沿合点端方向向配子体内上移并形成单细胞球形胚。单细胞球形胚分裂形成二细胞胚，即胚原始细胞及胚柄细胞。胚原始细胞先进行一次平周分裂而后进行一次垂周分裂形成四细胞胚。之后胚体进一步分裂发育形成多细胞球形胚。发育至一定时期后，胚柄细胞及次生胚柄分裂、膨大、伸长形成胚柄，胚柄细胞逐渐增多、增长、弯曲疏松，成熟的胚中胚柄系统消失。胚体发育至圆柱状后，中央一层弧行排列的细胞形成根冠原始细胞，之后这些根冠原始细胞不断分裂、发育分化形成成熟胚的各种组织包括胚皮层、髓、原形成层及根冠等等。

杉木生殖生物学特性的研究

本文就杉木大小孢子、雌雄配子体发育、受精作用、新细胞质形成以及细胞质遗传进行较为详细的研究，主要结果如下： 1.2月底小孢子母细胞进入减数分裂，其核相的变化与通常所描述的一致，细胞器集中排列在赤道板附近，其中质体有一重建的过程。当分裂完成时，在四个核之间产生胼胝质壁，细胞器随机分配在四分体中，每个四分孢子含有线粒体、质体、核糖体、高尔基体、脂体、RER和一些液泡。 2.花粉外壁的形成开始于四分体。颗粒状外壁外层和纤维状的原外壁几乎同时产生，具有三层结构的片层状外壁内层的形成晚于外壁外层。初期外壁外层的物质由小孢子和绒毡层共同提供，后期则主要由绒毡层形成的乌氏体所叠加;外壁内层则由小孢子本身分泌的物质形成，在液泡化之前厚度及数目达到最大，片层之间存在广泛的交叉和融合。3月底花粉成熟，花粉壁由颗粒状外层、片层结构的外壁内层和厚的纤维状内壁所组成，在喙处只有一层外壁内层和内壁。各种细胞器的活动在四分体及游离小孢子时期最为活跃。 3.绒毡层的变化与小孢子的发育密切相关，前者具有发生、发展和解体的过程。期间绒毡层分泌的圆球体在结构上有所不同，减数分裂时为中间电子密度深、外围浅的圆球体结构;四分体及游离小孢子时为中间电子密度浅、外围沉积有孢粉素的乌氏体;成熟花粉时为星芒状的乌氏体，它们共同形成花粉的我壁。绒毡层细胞中的细胞器也经历一个变化过程，造粉体的含量在四分体时达到高潮，在小孢子液泡期时基本消耗殆尽并解体;大量的粗糙内质网成零分布在质膜处，并与质膜走向平行。绒毡层解体时出现特殊的现象，具多个由多层膜组成的吞噬泡，并成堆分布，RER和线粒体为最后解体的细胞器。绒毡层外切向面的周绒毡层膜由两层膜组成，其上分布有大量的孢粉素和乌氏体。 4.萌发的花粉管4月底穿过珠心顶端，内含两个不育核和一精原细胞，不育核分布在具有淀粉、脂滴、线粒体和RER的原花粉细胞质中，位于精原细胞之前，这种关系保持到受精前。6月初精原细胞体积迅速增加到最大，相应的细胞质也发生变化，以线粒体为主的细胞质中出现少量质体，线粒体再资分化，细胞质中含有大量的可溶性多糖。 5.受精前，精原细胞分裂产生两个大小和形状相同的精细胞，彼此之间由胞间连丝的横壁联系在一起，并被原花粉细胞质所包被。精细胞中质体和淀粉粒的数量大幅度增加。精核们于细胞的中央，细胞质呈现区域分布的特点，据所含细胞器的差别，人核膜向外，细胞质分为五层，中间两层最为突出，即线粒体层和淀粉层，其间有大量核糖体的存在，线粒体层位于淀粉层的里面。这两层占据精细胞的大部分体积。 6.雌配子体游离核时期持续时间较长，近两个月，而从细胞化到卵细胞成熟则非常迅速，大约只需两周左右的时间。进一步发育，颈卵器中的液泡减少，细胞质变浓。初期少量的质体和淀粉粒被膨大的内质网片段和小泡的融合而与细胞质相隔，并最终退化。小内含物增加，亲锇颗粒出现。 7.成熟的卵细胞中具有大量各种形式的小内含物，细胞质被平行和环形的内质网所分隔。核膜外围有一圈疏松排列的亲锇颗粒，核仁变为多个基本为圆形的小核仁。没有质体的存在，大量脱分化的线粒体和核糖体集中分布在卵核的下部。 8.受精作用主要发生在6.9-6.16日期间，雄性细胞质始终伴随着精核向卵核移动，当两核接近时，朝向精核－面的卵核形成凹陷内，性细胞质覆盖在精核之上并最终包围两性核，而把雌性细胞质排除在外。因此，受精卵周围的胞质主要为由质体、线粒体和核糖体组成的新细胞质，且线粒体和质体的分布形式与精细胞的相同，即线粒体在里层，质体在外层。 9.融合后的合子核随即进行有丝分裂，形成两个原胚游离核，两个游离核同步分裂，并向基部移动，游离核始终分布在新细胞质中。八游离核时形成细胞壁，原胚属标准型。胚细胞中基本不含淀粉粒，具有大量的线粒体、高尔基体、RER和原质体。原胚之上的卵细胞质退化解体。杉木的质体和线粒体均为父本遗传。 10.幼胚的胚性细胞和胚柄细胞具有明显的差别，主要表现在质体的存在形式和高尔基体的数量上。胚性细胞中，原质体分布在核周围，大量的RER、高尔基体和线粒体平行于胚的走向;位于其上的胚柄细胞则含有淀粉粒和特别多的高尔基体。具简单多胚和裂生多胚，胚柄系统发达，7月底出现根原始细胞，8月中旬胚分化完成，具有两个子叶。

水松生殖生物学的研究

本文运用组织化学技术、透射电镜技术，就水松雌雄配子体发育，精卵细胞形成和结构，受精作用以及细胞质遗传等问题进行了较为详细的研究。主要结果如下： 1 绒毡层发育与雄配子体发育，尤其与花粉外壁的形成关系密切。绒毡层组织在小孢子母细胞和减数分裂时期达到发育高峰。四分体阶段和游离小孢子发育前期，绒毡层细胞中内质网、脂体、线粒体非常活跃，参与孢粉素和乌氏体的形成和转移。乌氏体有球形、星芒状两种类型，它们主要参与花粉外壁内层和外壁外层的建成。小孢子发育后期绒毡层细胞开始明显解体。 2 减数分裂阶段，质体、线粒俺等细胞器和造粉体随细胞核和染色体的变化，出现有规律的迁移现象。减数分裂前期，细胞核移到细胞的一侧;各种细胞器和造粉体迁移到细胞的另一侧，并随染色体移向细胞中部而转移到细胞质周缘。减数分裂中期l和后期，各种细胞器和造粉体汇聚在赤道板丙侧分布。说明细胞质中微管系统在起调节作用。 3 花粉壁形成开始于四分体时期。片层状结构的外壁内层随纤维状原外壁的出现雨形成。外壁外层和花粉内壁在小孢子发育中期几乎同时形成。小孢子细胞和绒毡层组织共同参与了外壁内层和外壁外层孢粉素物质的合成、转运。水松成熟花粉由孢粉素组成的外壁外层、片层状结构的外壁内层及有分层状结构的内壁构成。 4 传粉到受精间隔要四个月左右的时间。六月上旬，花粉管和精原细胞抵达颈卵器上部。精原细胞富含淀粉粒、质体、线粒体和异形泡并分区分布。受精前，精原细胞分裂形成两个大小和形状相同豹精细胞。精细胞含有质体、线粒体和异型泡等细胞器。 5 雌配子体游离核持续时间长，从颈卵器原始细胞形成到卵细胞发育成熟所需时间较短。复合颈卵器结构，颈细胞和套层细胞形态结构特殊。中央细胞不经分裂，直接行使卵细胞的功能。 6 成熟卵细胞中除弋量各种形式的内含物外，细胞质被庞大的内质网包围、分割，形成网膜系统。质体、淀粉等细胞器被包含成大内含物。在卵核周围细胞质中没有发现质体和发育完好的线粒体存在。 7 受精作用发生在六月十日左右。雌雄核融合时，朝向精核一面的卵核形成凹陷，精核陷入其中与卵核进一步融合。精卵融合可发生在颈卵器的上部、中部、下部甚至底部。有旋转受精、两个精核同时与一个卵核受精及多卵细胞现象等。 8 新细胞质主要为雄性细胞质成分。合子转移到颈卵器基部分裂，形成原胚游离核。合子、新细胞质和游离核周围淀粉鞘显著。八游离核时期形成细胞壁，新细胞质和淀粉粒转移到原胚细胞中。 9 水松的质体和线粒体为父系遗传。

全球气候变化条件下新疆天山云杉林生长的分析与模拟

气候变化对人类赖以生存的陆地生态系统尤其是森林会产生很大的影响。本论文选择新疆天山东部的伊吾、中部的天池和小渠子、西部的昭苏四个代表性样点，利用BIOME-BGC模型和树木年轮分析方法探讨1961 ~ 2000年间气候变化和大气CO2浓度增高对天山北坡地带性植被天山云杉林（Picea schrenkiana）生长的影响，并利用BIOME-BGC模型预测未来气候变化条件下天山云杉林生产力的可能变化。 利用BIOME-BGC模型模拟了当前气候和CO2浓度条件下四个研究样点净初级生产力（NPP）特征。比较BIOME-BGC模型模拟值与实测NPP、树木年轮指数，结果表明该模型适用于天山北坡天山云杉林的模拟研究。 以BIOME-BGC模型模拟的NPP和树木年轮宽度指数作为生长指标，分析了天山云杉林过去40年的生长特点和趋势。结果表明近40年来天山云杉林生长总体上呈现上升趋势，尤其是自1987年以后，变化幅度更大。天山云杉林的生长对气候变化的反应很敏感，年降水量与当年的NPP呈现显著正相关关系（R=0.774 ~ 0.882，P < 0.001）。年降水量与树木年轮宽度指数也呈现出相似的相关关系，但相关系数相对较小（0.305 ~ 0.544），其中只有昭苏和小渠子样点达到显著水平。在昭苏和伊吾，年平均温度与对应年份的NPP相关关系微弱，相关系数仅分别为0.036和0.159。而天山中部的小渠子和天池年平均温度与对应年份的NPP呈显著负相关关系（相关系数分别为-0.324和-0.322;P <0.05）,这可能是由于温度的升高加剧水分胁迫，导致NPP下降。年平均温度与树木年轮宽度指数的相关关系与NPP的基本一致。同时，年平均温度也表现出比较强的滞后效应,尤其是滞后两年的效应，这可能是由于温度的升高，加速养分循环产生施肥效应，从而间接促进天山云杉林的生长。近40年来，大气CO2浓度的增高对天山云杉林生长具有一定促进作用，NPP升高的幅度为1.85 ~ 4.51%,根据树木年轮估算大气CO2施肥效应β相对比较小,仅为0.133。进一步分析表明大气 CO2浓度主要是通过提高水分利用效率的途径促进天山云杉林生长。 利用RegCM2区域气候模式模拟的大气CO2倍增时（大约2070年）的气候变化情形作为输入参数，应用BIOME-BGC模型预测了在未来气候状况发生改变，而大气CO2浓度没有变化的情况下（C0T1P1），天山云杉林的NPP增长幅度为13.33 ~ 29.11%,其中对东部伊吾NPP的促进作用最大，其次是中部的小渠子和天池，而对西部昭苏NPP的影响最小;结合当前气候条件和大气CO2浓度加倍情形（C1T0P0），模拟结果表明NPP在比较温暖的天山中部和西部将会有所增加，增加幅度为1.17 ~ 8.62%，而在寒冷的东部伊吾，NPP则会下降2.50%, CO2的施肥效应表现出很大的温度依赖性;结合气候变化和大气CO2浓度加倍情形（C1T1P1），模拟结果表明NPP的增加幅度将会上升为26.43 ~ 37.24%，温度、降水和大气CO2浓度对NPP的影响存在较强的交互作用。 研究表明树木年轮真实记录了树木在自然条件下长期的生长特征，是验证生态系统模型比较理想的材料之一。生态系统模型可以从机理上对生态系统的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟。本研究利用生态系统模型与树木年轮方法相结合很好地揭示天山云杉林的生长与全球气候变化之间的相互关系。同时，研究表明未来气候变化有利于天山云杉林的生长，天山云杉林可能会成为一个重要的碳汇而在碳循环研究中倍受关注。

施肥和降水增加对半干旱草地生产力和温室气体排放的影响

人类活动能显著地改变生态系统的属性和功能。这些变化不仅发生在容易观察的局部层面上，如土壤沙化、植被退化等;还能更深刻地影响到微生物控制的温室气体释放，进而影响大尺度上气候的变化。本论文根据2 年田间试验结果报告了人类干扰（草地退耕和施肥）和降水增加30%对中国北部农牧交错区（内蒙古多伦县）半干旱草地生态系统生产力和温室气体排放的影响。 本研究发现氮是影响该区草地和弃耕地生产力的最重要因子，即使低量的氮肥应用(5 g N y-1)也能使该区草地地上净初级生产力（ANPP）增加36-46%。然而氮对草地生产力影响主要集中在地上部分，对地下净初级生产力（BNPP） 影响比较微弱。单独使用磷肥对ANPP 和BNPP 均无显著影响，氮磷混施对ANPP 有显著正交互作用。增加的降水对草地和弃耕地ANPP 和BNPP 有弱的正效应，增加30%降水使草地对照ANPP 增加9-25%，BNPP 增加12%-17%，弃耕地对照ANPP 增加7%-37%，BNPP 增加36%-37% 。草地和弃耕地对照ANPP 并无显著差别，由于高于弃耕地1-3 倍的BNPP，总体上草地比弃耕地有更高的固碳能力。这个结果也说明草地能更有效地把植物地上部分固定的碳转移到地下，这与草地长期发育积累的丰富地下根系和高根冠比物种组成有关。 水肥处理及土地利用方式也深刻改变了温室气体排放。温带草地和弃耕地CO2 排放（系统呼吸：Re）存在显著季节变化，温度、水分和地上生物量是控制这些变化的主要因子。在气候温暖的6-9 月份，生物量和土壤水分是决定系统呼吸季节变化主要因子，而与温度无明显相关。随着氮肥使用，草地和弃耕地呼吸速率加大，其温度敏感系数Q10 也明显升高，这主要与氮肥使用后增加的地上生物量有关。由于水分促进作用和生物量的弱增长，增加的降水也加大了草地和弃耕地CO2 排放。低的地下生物量和有机碳氮并没有导致弃耕地低的CO2 排放，显示了农垦后土壤结构破坏导致的有机碳分解增加不会在农业弃耕后短期内（5-6 年）停止。 除了对生物量的不敏感性外，中国北部半干旱生态系统N2O 排放表现出与CO2 排放类似的变化规律：水分和温度是N2O 季节变化的主导因子;氮肥使用和降水增加都增加了N2O 排放;N2O 排放在草地对照和弃耕地对照之间没有显著差别。更少的根系对无机氮的竞争导致了弃耕地比草地有更高的N2O 释放因子（单位氮添加所引起N2O 释放）。低的土壤水分（<70% WFPS ）和无机氮都是限制反硝化发生的重要条件，因此硝化可能是草地和弃耕地N2O 的最主要来源。半干旱草地生态系统N2O 排放与CO2 排放之间存在着显著线性关系。 中国北部半干旱草地和弃耕地都起着CH4 汇的生态功能。水分是控制CH4 吸收季节变异的主导变量，土壤空隙水含量（WFPS）与CH4 指数递减方程能解释其变异的64%-83% 。增加的降水导致了土壤水分增加，从而引起甲烷氧化菌所需基质（CH4 和O2）扩散受阻，减小了土壤CH4 吸收功能。施肥并没有抑制CH4 吸收，相反由于施肥后植物速生对土壤水的抽干作用，施肥增加了植物速生期时的CH4 吸收。CH4 吸收对农垦引起的土壤微生物生境结构破坏非常敏感，在农业措施停止5-6 年后的弃耕地，CH4 吸收仍比草地低24%。 本研究初步分析了影响中国北部农牧交错区草地生态系统生产力及温室气体排放的自然环境因子和人为因子，给出了它们之间的定性、定量关系，为科学地管理中国北部草地，充分发挥其生态和经济效益功能提供了有效信息。

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。