CO2浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的影响

自工业革命以来，大气的C02浓度以前所未有的速度增加，已经由280μmol mol-1升高到了360μmol mol-l。据预测，到下个世纪中／末期，C02浓度将为目前的二倍。C02浓度升高及其引起的全球气候变化必将影响到植物的生长发育，进而对整个生态系统产生巨大影响。因此，有关C02浓度升高对各类生态系统的影响的研究引起了广泛关注，成为近年来的研究热点。早期的研究多数集中于考察C02浓度升高对植物个体水平生长发育的影响。然而，高C02对植物的效应严重依赖于具体物种和具体环境条件，使得基于由短期盆栽实验获得的研究结果不能够有效地预测自然生态系统的行为。因此，长期、原位处理实验越来越受到重视。由于原位研究的难度较大，目前这方面的研究还不是很多。有限研究结果显示，由于生境条件和种间关系方面的巨大差异，自然生态系统对C02浓度升高的反应迥异。 草原生态系统由于C02浓度控制上比较容易实现，而且其物质循环相对较快，因而一直是C02富集实验研究最多的一类植被，生态系统水平的研究更是如此。然而涉及的区域和草原类型并不多，不足以进行可靠预测。目前，关于C02升高效应，研究比较系统的草原生态系统主要集中在：美国Kansas的高草草原、美国California的一年生草原、瑞士西北部的石灰质草原、美国Colorado的矮草草原和一些牧场。我国总土地面积的40%为草地，类型丰富，然而相关研究不多，尤其是对自然生态系统的原位研究几乎为空白。 为揭示C02浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的效应，我们在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的永久羊草样地开展了两年的C02倍增实验(2001，2002)。在羊草样地选择相对均匀地段设置12个开顶式气室（直径1.8m），每个气室内分成4个小样方(0.5m×0.5m)，其中6个气室在生长季给予加倍C02处理（约600μmol mol-l），另6个气室不补充C02（约300μmol moI-l）。地上部分用收割法取样，分种记录数量、高度和重量等指标，地下部分取样用环刀法。用Li-cor6400光合系统测定群落光合和呼吸速率。野外实验结束后，统一分析植物和土壤样品中的C、N等元素含量。另外，在内蒙古草原站院内设置了两组桶培实验，一组是取自羊草样地的带苗原状土，一组是取自羊草样地的混匀土，种上冰草(Agropyron cristatum)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)的种子。2组桶培实验分别用两个水分梯度和两个C02梯度处理。水分处理分别为：浇水处理——每4天浇lOOOml水，相当于平均降雨量的160%;干旱处理——持续干旱，适时补水以保持植物不萎蔫，共浇水4000ml水。C02处理和取样方法与样地原位实验相同。主要研究结果和结论如下： 1)两年的C02加倍处理没有使羊草草原的生物量、植物种和功能型组成发生显著改变，桶培实验中，浇水处理显著促进了植物生长，原状土植物、种子苗实验的冰草和无芒雀麦对C02加倍处理同样不敏感，而种子苗实验的豆科植物紫花苜蓿在C02加倍处理下生物量显著提高。以上结果显示，由于水分和养分（特别是N）的限制，以及优势植物对C02的相对不敏感，C02浓度升高对羊草草原地上生物量和结构的效应相对不大。 2)羊草草原的根垂直分布在加倍C02条件下发生显著改变，但根生物量对C02加倍处 理相对不敏感。在4次取样中只有一次对C02加倍处理表现出显著变化，根长的变化与根生物量的变化不完全一致，根的比根长在加倍C02条件下增加。根垂直分布的变化趋势与降雨的时间分布相适应，干旱少雨时期C02使下层根量增加，多雨时期C02则使上层根量增加。以上结果显示，根的空间分布比根生物量对C02加倍处理更敏感。水分是根空间分布变化的驱动因子，加倍C02条件下，根空间分布的变化趋势倾向于优化对水分的充分利用。 3)加倍C02处理使羊草草原的群落光合速率显著提高，群落呼吸速率显著降低，因而使群落碳净输入量增加。土壤碳贮量占羊草草原碳总贮量的70%以上，碳总贮量及其组分（包括地上碳贮量、根碳贮量、土壤碳贮量）在两个C02浓度处理之问均没有显著差异。另外，加倍C02处理使羊草草原群落及其优势植物羊草的c：N比增加。以上结果显示，在加倍C02条件下羊草草原的碳净输入量增加，这意味着在未来高 C02条件F，羊草草原将作为碳汇对大气C02起反馈调节作用。其碳贮量对加倍C02 处理的不敏感与许多以前的研究结果相似，一般认为是由于土壤碳贮量本底太大， 掩盖了C02效应，这还有待于更长期原位实验的证实。羊草草原群落c：N比在高C02 浓度下的变化将影响凋落物降解、N素循环和动植物营养关系等，进而对生态系统 功能产生深远影响。

中国东北样带草原段关键种——羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及群落功能群组成和多样性研究

陆地样带是国际地圈——生物圈计划(IGBP)研究中最引入注目的创新之一。目前，国际上已经设立了15条陆地样带，研究内容涉及环境梯度分析、气候变化对植被初级生产力的影响及环境变化、土地利用等与植被变化的对应关系等。沿该陆地样带分布较广的关键种生理适应性等方面对影响其生理功能形态结构的研究较少，特别是茎、叶等组织功能研究较少。 中国东北样带(NECT)是全球陆地样带的重要组成部分，多年来已开展了大量深入系统的研究工作，已成为我国生态学、地学等学科的重要研究平台。本研究以中国东北样带中西段广泛分布的重要关键种——羊草（Leymus chinensis）为研究对象，分析了羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及其与水分利用效率的关系，进而阐述了羊草适应不同生境条件，特别是适应水分变化的机制，为揭示羊草及其种群、群落乃至以羊草为优势种或建群种的草地生态系统在全球变化背景下的发展趋势提供理论依据。 基于2001年7～8月第3次中国东北样带考察资料，采用高精度Olympus显微镜及C同位素分析技术（δ13C判别值），结合在野外取样过程中测定的样地土壤含水量和海拔高度，以及近十年各样地年降水量和年均温度气象资料，分析了羊草茎、叶显微结构和水分利用变化与环境因子的关系，以及以羊草为建群种或共建种的无牧和放牧样地群落生物量、物种多样性和植物功能型组成变化与环境因子的关系。 结果表明：羊草叶片表面及内部主要显微结构特征参数各样地间有不同程度的差异，其中气孔密度与降水量呈线性正相关。代表气孔开张程度的气孔长度和宽度变化与土壤含水量呈线性相关。叶表面角质层厚度与海拔高度变化关系较大，并以上表面角质层厚度变化最为明显，主要受海拔高度升高引起的紫外线照射增强的影响。运动细胞带宽度占叶面积比虽然与各环境因子关系不很密切，但温度变化的影响较突出，这一显微结构调整与气孔变化构成干旱——高温调节机制。叶片表面毛茸的变化也是非常显著的，但与各环境因子关系密切程度均不大，可以肯定的是在土壤水分状况较好的生境下羊草叶片表面毛茸密度及长度明显增加，而一些干旱生境中常表现为毛茸较少、较短，个别样地基本没有发育较好的毛茸。总体上看，羊草叶片对干旱化的形态结构调整以气孔密度和开张程度的变化最大，是羊草叶片调节水分利用效率的重要适应性生态可塑性调整。 与叶片相比，羊草茎横切面结构特征的变化与各环境因子关系的显著性不是很强，但各样地间的差异是比较显著的，许多结构调整可能与土壤养分条件的变化有一定关系，如茎秆粗度变化、基本薄壁组织厚度和中央空腔（髓腔）直径的变化等，但本研究未能涉及这方面内容，有待于进一步研究。 羊草水分利用效率与降水量和土壤含水量呈显著的负相关关系，即随降水量和土壤含水量增大羊草水分利用效率明显降低，蒸腾耗水增大，这一生理变化与显微结构的调整关系密切，特别是气孔密度与气孔宽度在水分较差生境中明显减小，从而有利于适应干旱环境，减少耗水量。表现比较突出的是非地带性林西样地，其降水量处于10个样地的中等偏低水平，但其δ13C判别值较低，达-26.063‰，与降水量较大的长岭、双辽样地几乎相当，并比相邻的林东和克旗样地明显低，其气孔密度、开张程度及叶脉后生导管直径均较高（大），但其土壤水分状况是最好的样地之一，尽管取样时不幸遇到雨天，但从其群落类型——羊草杂类草草甸，并伴生许多中、湿生种类上看，其生境的湿润程度是毋庸置疑的。这一非地带性样地中羊草结构的变化从另一侧面反映了羊草显微结构调整对水分环境的适应。δ13C判别值是一个非常敏感的参数，在分析植物水分利用效率及其相关领域的研究中应深入利用。 群落植物功能群组成与环境因子及群落初级生产力关系研究结果表明，丛生禾草生长型功能群、旱生和中旱生植物水分生态类型功能群具有明显的地带性变化规律，并与群落生物量变化关系密切，变异性较低，占群落生物量比例较大，可考虑作为植物功能型组合对无牧样地植被变化进行评估和预测。在放牧影响下，C4植物光合类型功能群呈现明显的地带性变化，并在群落中所起的作用明显增强，亦可考虑作为评估和预测植被变化的植物功能型组合。无牧样地与放牧样地研究结果均表明，按Raunkiaer划分的地面芽、地下芽、地上芽和一年生植物生活型功能群，其地带性变化不明显，或变异率高，或占群落生物量比例小，不宜作植物功能群组合对植被变化进行评估和预测。

半干旱区典型植物对气候变化与C02浓度升高的响应与适应

1.羊草对土壤水分的响应与适应 羊草生物量随着土壤水分含量的降低逐渐降低，后期的降低幅度远远大于前期。干旱促进鞘分配增加，增加了在处理初期的根的分配，但到后期则使之减少，表明羊草在经历较长期的持续干旱后通过增加根部的比重来提高抗旱性的能力逐渐降低。轻度(LD)、中度干旱(MD)对羊草叶片相对含水量(RWC)、气孔密度、光合参数、荧光猝灭参数和群体日交换速率无显著影响，但严重土壤干旱使它们显著降低。 羊草叶片的可溶性蛋白质以中度干旱的最高，严重干旱(SD)特别是极严重干旱(VD)使之显著降低，游离氨基酸含量(FAA)的变化与之相似。随着土壤水分含量的降低硝酸还原酶(NR)活性逐渐下降，而谷氨酰胺酶合成酶(GS)的活性变化则是LD和MD使之分别增加了25.75%和12.22%，SD和VD则分别减少了8.21%和28.72%，说明了NR的活性变化对土壤干旱较敏感，而GS的活性则对适度的干旱有一定程度的适应性。LD处理没有增加天冬酰胺酶(AE)和内肽酶(EP)两种酶的活性，但MD、SD和VD使两种水解酶的活性显著增加，说明轻度土壤干旱对蛋白质和氨基酸的分解作用有稍降低作用，但随着土壤干旱程度的加剧，又极大地促进了这个分解过程。严重和极严重土壤干旱显著降低了叶片的总核酸含量和RNA的含量，暗示严重程度的土壤水分胁追限制了核酸的合成代谢，加强了其分解代谢，严重土壤干旱还显著增加了丙二醛(MDA)的含量，说明提高了羊草叶片叶肉细胞的膜质过氧化水平。 2.羊草对土壤干旱和复水的响应与适应 羊草受到适当的干旱驯化可促进生长，但过长时间的干旱处理，复水后未能补偿损失的生物量和叶面积。羊草叶片的气孔密度以中度干旱持续期(Mtd)处理的最高，其次是短期干旱持续期( Std)，二者分别比没有经过土壤干旱的处理（对照）增加了14.90%和3.61%，但长期干旱持续期(Ltd)却使之减少了27.19%，气孔指数亦有类似的趋势。复水增加羊草叶片的光合速率、气孔导度、蒸腾速率，近期复水的激发效应明显大于前期，而对夜晚的呼吸作用影响不显著。水分利用率( WUE)的日变化动态呈“M”字型曲线，以Mtd的WUE值的峰值最大，以三次曲线拟合WUE的24小时日进程最佳。叶绿素荧光动力学的分析结果表明，复水，特别是最近的复水可显著改善羊草叶片的PS II性能，增加叶绿素a，b的含量及其比值，提高碳酸酐酶的活性。 羊草含氮量以叶片的最高(4.40%)，根部的最低(1.99%)，枯叶、茎鞘和根茎的含量差异较小(2.26～4.40%)。所有器官的含氨量对土壤水分处理的响应基本一致，以对照处理的最低，Std的最高。各器官的碳氮比都是以对照的最高，而其它土壤水分处理相差不显著，给于一定时间的土壤干旱处理可使羊草获得较强的氨代谢能力。Std的氮素总拥有量最多，和对照相比，绿叶、枯叶、茎鞘、根茎和根分别提高了35.58、26.88、23.49、31.66、40.75%，而Ltd的含氨总量呈下降趋势，说明短时间的土壤水分干旱处理可明显促进羊草各器官和植株的氮素积累，而较长时间的土壤干旱则不利于氮素的积累。羊草各器官氮素绝对量占整株的百分比从大到小依次为：绿叶(42.42-44.00%)、根茎(20.13—23.69%)、根(15.43～17.18%)、枯叶(10.07～11.30%)和茎鞘(7.27～8.67%)，表明叶片的氮素存量占植株的一半以上。Mtd处理增加了叶片的氮素贡献率，减少了茎鞘和根茎的贡献率，有利于加强叶片的光合性能。 以中度干旱持续期(Mtd)处理的叶片可溶性蛋白质含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、RNA含量为最高，但中长期的土壤干旱处理再复水后则显著降低了羊草叶片内肽酶(EP)的活性和MDA的含量，说明给于一定时间的土壤干旱处理可使羊草叶片保持较高的蛋白质代谢水平，降低膜脂过氧化水平。 3.羊草对昼夜温差与土壤水分交互作用响应与适应 昼夜温差减少使单株羊草的生物量降低21.3%，分蘖和根的生物量减少，而鞘的生物量稍增加，显著降低了严重和极严重条件下的生物量。温差缩小降低了分蘖和根的投资比例，减少植株的地下部分生物量，而增加新叶、鞘和分蘖光合产物的比例，表明温差的减少将抑制光台产物向地下部分的转移。温差减少对充足土壤水分和轻度干旱处理的放射性比强影响较小，但减少了其它3种干旱处理的放射性比强。其原因主要是减少了植株鞘、根和根茎的放射性比强，显著增加了饲喂叶和心叶的放射性比强，表明温差的缩小阻止了“源”的光合产物向“库”的转移，降低对分蘖和根的投资，不利于羊草对干旱逆境的适应。 昼夜温差缩小使羊草叶片的气孔密度降低4.01%，而且减少了土壤干旱对气孔密度的影响。较高的昼夜温差和较低的昼夜温差相比，羊草叶片的光合速率和WUE分别增加了7.37%和20.09%;而气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率分别降低了14.03%、2.57%和10.80%。昼夜温差减少降低了土壤干旱的δ13C值，说明可能减少处在干旱条件下的植株WUE，暗示减小昼夜温差不利于增大羊草叶片对土壤水分亏缺的耐性。昼夜温差的缩小主要影响了下午羊草群体的CO2交换速率，增加了对照、LD和MD处理的夜间呼吸速率，降低了尤其是显著降低了在土壤缺水条件下的CO2昼夜净交换量，而在两个昼夜温差条件下都是以LD的最高。 昼夜温差缩小影响氮素含量在羊草各器官中的氮素分配，降低了叶片和茎鞘中的氮素百分比含量，但增加了根茎和根中的氮素含量。在较小的昼夜温差条件下，LD显著增加了叶片的氮素含量，但其它土壤水分处理影响不显著，在较大的昼夜温差条件下，亦是LD显著增加了叶片的氮素含量，但MD也使其显著增加。昼夜温差缩小增加了叶片和茎鞘的碳氮比，降低了根茎和根的碳氮比，使叶片在中度和严重土壤水分胁迫时无变化，降低了响应于土壤水分变化的调节弹性。 昼夜温差缩小使羊草叶片可溶性蛋白质降低了16.14%。LD和MD显著促进叶片可溶性蛋白质含量增加，SD和VD都显著地降低了羊草叶片的可溶性蛋白质含量。昼夜温差缩小有使羊草叶片游离氨基酸降低的趋势，主要是降低土壤干旱条件下的游离氨基酸含量，虽然昼夜温差缩小稍增加了可溶性耱的含量(4.68%)，但使土壤干旱激发效应变得不显著，表明温差的缩小降低了叶片中渗透调节物质的积累，不利于羊草抗旱性的提高。昼夜温差缩小显著降低了羊草叶片的NR、GS和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性，在较小昼夜温差条件下几乎看不出土壤水分降低的激发效应，而在高温差下则明显看出LD的激发效应。昼夜温差减少加强土壤干旱对天冬酰胺酶和内肽酶活性的影响，加强了蛋白质和关键氨基酸的分解作用，提高了叶片的膜脂过氧化水平，不利于羊草对干旱的适应性响应。 在土壤水分充足条件下，昼夜温差缩减对羊草叶片气孔形态的影响不明显，但可以看出温差较大时有较多的星状蜡质覆于气孔表面及其周围，这可能是由于夜间温度升高后植物为了减少水分的散失而采取的一种适应性策略。在本实验条件下，中度和严重土壤水分胁迫使气孔变得更加凹陷，气孔更加坚挺，体现了对土壤干旱的适应性反应。对羊草叶片叶肉细胞超微结构的观察表明，昼夜温差对土壤水分充足时的超微结构影响不显著，但在严重土壤干旱条件下，昼夜温差缩减似乎减少了叶绿体中的淀粉粒，加速了叶绿体和线粒体膜的裂解，表明昼夜温差缩减加大了严重土壤干旱对羊草叶片叶肉细胞超微结构的负面影响。 4.羊草对温度和土壤水分交互作用的响应与适应 温度升高使羊草叶片气孔导度和蒸腾速率增加，使光合速率(A)和水分利用率( WUE)降低。土壤干旱和高温均导致最大光化学效率、量子产额和光化学荧光猝灭系数降低，使非光化学荧光猝灭系数升高。土壤干旱减少了羊草幼苗的生物量，却显著增加了根的贡献率和根冠比，而高温使二者显著地降低。在本实验条件下，直到极端干旱才显著降低了羊草叶片的A和WUE，而其他的水分处理影响不显著。土壤干旱使得叶片中的含氮量显著降低：温度对叶片氮含量无显著影响，但却显著地降低了根中的氮含量，尤其显著增加根与叶片氮含量的比率。高温加强了干旱对光合性能的影响，表明高温降低了羊草对干旱的适应能力。 温度过低或过高都对叶片保持高水平的可溶性蛋白质不利，温度过高还削弱了土壤水分亏缺对叶片中游离氨基酸的激发作用。水分梯度对20℃时的GS活性无显著影响，但LD促使26℃和29'C下的GS活性增加，MD以上强度的土壤干旱都显著降低了23℃以上温度尤其是29℃和32℃时的GS活性，表明高温和干旱的协同效应对谷氨酰胺的合成不利。高温增加了AE和EP的活性，加强了土壤干旱对羊草叶片蛋白质和氨基酸分解的促进作用，在一定的土壤水分条件下，高温对RNA的合成作用增强，认为这是对高温胁迫的一种适应性响应。 随着温度的升高羊草叶片中的可溶性糖含量逐渐增加，土壤干旱亦增加了其可溶性糖的含量，但至极端干旱时则使之降低。在20℃下，土壤水分对羊草叶片的可溶性糖的含量无显著影响，在23—32℃温度条件下则是土壤干旱增加了其值，但至VD时则使之显著降低。不同温度条件下，土壤水分对羊草叶片的MDA影响不同，在20℃下，无显著影响，在23和26℃下，SD和VD使MDA稍升高，但在29和32℃条件下使之显著增加，说明温度升高加强了土壤干旱所引发的增加叶片膜质过氧化水平的负面影响。 5.柠条和杨柴对CO2浓度倍增和土壤水分交互作用的响应与适应 土壤干旱使拧条和杨柴的生物量在倍增CO2浓度条件下比在正常浓度条件下降低幅度更大。CO2浓度倍增较大地促进了充足水分条件下的植物生长，而对干旱条件下的生长促进作用则较小。无论在中度条件下还是在严重干旱条件下，两种优势植物均是在倍增CO2浓度条件下增加的根冠比幅度较大;无论在中度条件下还是在严重干旱条件下，且无论正常CO2浓度条件下还是在倍增CO2浓度条件下均是杨柴增加的幅度大。CO2浓度倍增主要增加了水分充足和MD的单位叶面积质量(LMA)，但反而降低了严重干旱的LMA。 CO2倍增使δ13C降低，但土壤干旱使之增加。用“库”（根）中的δ13C值对“源”（叶片）中的δ13C作图，可以用以评价碳分配以及“库”中新增生物量，两种沙生灌木叶片与根部的δ13C值呈极显著线性关系，杨柴的斜率大于柠条的，表明前者叶片与根部在光合产物分配上具有较高的可塑性，这和干旱条件下杨柴的根冠比增加相关联。杨柴的“源库”调节特性反映了对逆境具有较高的耐性。 CO2倍增使柠条和杨柴叶片含氮量分别降低了10.40%和5.06%，土壤干旱有使柠条叶片含氮量增加的趋势，但中度干旱没有增加羊柴叶片的含氮量。CO2倍增使叶片的碳氮比显著增加，而干旱使之降低。CO2浓度倍增降低叶肉细胞质膜的过氧化产物MDA的含量，干旱亦使叶片的MDA含量增加。叶片含氮量与MDA呈显著正相关，表明CO2倍增有保护叶片免受土壤干旱的作用，但干旱的负面影响是CO2倍增效应所难以弥补的。 CO2倍增降低了柠条叶片的可溶性蛋白质的含量，但在干旱条件下降低幅度较小，说明CO2浓度升高条件下可减轻干旱影响叶片中可溶性蛋白质的强度，体现了CO2浓度倍增对植物的抗旱性有利的一面。CO2浓度倍增使土壤水分充足条件下的柠条叶片中游离氨基酸含量降低17.24%，却使SD条件下增加10.78%，表明土壤干旱导致的叶片游离氨基酸含量的增加平衡了CO2升高造成的降低。在充足土壤水分和MD条件下，CO2浓度倍增对核酸总含量和RNA含量有稀释效应，但严重干旱条件下，CO2倍增提高了核酸总含量和RNA的含量。

土壤有机碳和氮的分布及其对气候变化的响应

碳、氮不仅是生物体必需的营养元素，也是重要的生态元素。大气中温室气体C02、N2O等浓度的增加使得碳、氮的生物地球化学循环及其温室气体的减缓排放措施研究成为全球变化研究中的热点问题。 土壤是陆地生态系统的核心，是连接大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的纽带;它是陆生生物赖以生存的物质基础，是陆地生态系统中物质与能量交换的重要场所，其在全球碳、氮循环中起着十分重要的作用。一方面，土壤有机碳和氮的含量与分布直接关系到生态系统的生产力和生态系统的规模，同时土壤有机碳和氮的转化与迁移又直接影响到温室气体的组成与含量。而土壤本身又是生态系统中生物与环境相互作用的产物。因此，研究土壤有机碳和氮的分布、转化及其对全球变化的响应对于正确理解碳、氮的生物地球化学循环及其对全球变化的响应制定应对策略具有重要意义。 全球变化的陆地样带是从机理上理解陆地生态系统对全球变化的响应，预测全球变化对陆地生态系统的可能影响，实现预警、调节和减少全球变化不良影响，科学地规划和管理陆地生态系统的有效平台。目前，国际地圈一生物圈计划(IGBP)基于不同地区全球变化驱动因素的不同以及全球变化的潜在反馈作用强度的不同，在全球4个关键地区共启动了15条IG8P陆地样带。以水分为主要驱动力的中国东北样带(NECT：Northeast China Transect)即为IGBP的陆地样带之一。 本文以中国东北样带为平台，基于2001年对中国东北样带科学考察所采土壤样品的实测结果和气候资料分析了土壤有机碳和氮的梯度分布及其与土壤、气候等因子之间的关系;借助C02浓度升高和不同土壤湿度的模拟试验探讨了土壤有机碳和氮对气候变化的响应;根据作物残体还田的长期定位试验和盆栽试验研究了作物残体还田对土壤有机碳和氮转化的影响，讨论了农田生态系统通过作物残体还田对减缓温室气体排放的效应。主要结果和结论如下： (1).样带表层土壤有机碳平均为22.3土4.93 g．kg-1，下层土壤有机碳平均为8.9±1.20 g．kg-1。样带表层土壤活性有机碳平均为3.52±0.881 g.kg-1，占表层土壤有机碳的13.1±0.78%;下层土壤活性有机碳平均为1.14±0.250g.kg-l，占下层土壤有机碳的10.9±0.79%。样带土壤活性有机碳与土壤有机碳之间呈极显著正相关关系(相关系数r=0.993，P<0.001)。 (2).不同生态类型土壤有机碳和活性有机碳含量不同。中国东北样带东部(经度126°～131°)为温带针阔混交林山地，植被种类极其丰富，地带性土壤为暗棕壤，并且多为自然土壤，土壤有机碳和活性有机碳含量较高。但由于采样区局部地理环境、植被结构及人类干扰程度的不同，土壤有机碳和活性有机碳含量变异较大，平均为61.9±13.84 g．kg-1和10. 88±2.236g. kg-1。样带中部（经度119°～126°）为松辽平原栎林草原、农田区和大兴安岭山地草甸草原区，属半湿润向半干旱过渡的气候。该区域主要土壤类型为黑土、黑钙土、盐化或碱化草甸土及风沙土，土壤沙化、碱化严重，土壤有机碳和活性有机碳含量明显降低，平均为10.5±1.97 g．kg-l和1. 35±0.327 g．kg-1。样带中西部（经度113°～119°）为内蒙古高原草甸草原和典型草原区域，具有典型的半干旱气候特征。该区地带性土壤为栗钙土，局部丘陵区分布黑钙土，土壤有机碳和活性有机碳含量为14.6±1.65 g．kg-1和2.07±0.342g.kg-1。样带西部（经度111°～113°）为内蒙古高原荒漠草原区域，地带性土壤为棕钙土，土壤较为贫瘠，其有机碳和活性有机碳含量最低，平均为7.99±1.51 g．kg-1和0.51±0.216 g．kg-1。从总的趋势看，样带表层土壤有机碳和活性有机碳的梯度分布趋势一致，都呈现出随经度降低而下降的趋势，局部因土壤退化而出现波动。 (3).样带土壤有机碳和活性有机碳与土壤全量氮、磷、硫、锌及有效氮、磷、钾、锰、锌等均呈显著或极显著相关关系，与土壤PH、容重、持水量及孔隙度也呈显著或极显著相关关系。土壤表层有机碳和活性有机碳与降水量之间具有正的相关关系，其相关系数为r=0.677（P<0.001）和r=0.712（P<0.001）。但下层土壤有机碳和活性有机碳与降水量之间没有显著的相关关系。 (4).样带下层土壤有机碳和活性有机碳与经度之间仍具有显著的相关关系（r=0.454，P=0.026; r=0.473，P=0.020）。样带下层土壤有机碳和活性有机碳的变异小于表层。不同的生态系统，下层土壤有机碳和活性有机碳与表层土壤有机碳和活性有机碳的比率不同。总的来看，土壤活性有机碳含量随深度的增加而下降的幅度大于土壤有机碳。 (5).短期培养条件下，CO2浓度升高及干旱胁迫下，土壤有机碳的变化不大，其变异系数为1.28%;相比较之下，土壤活性有机碳对气候变化比较敏感，其变异系数为29.67%。不同土壤湿度，土壤活性有机碳含量发生变异的幅度因CO2浓度升高而降低。 (6).样带土壤全氮和有效氮与经度呈极显著正相关，其相关系数分别是r=0.695 (P<0.001)和0.636(P<0.001)。土壤表层全氮和有效氮的梯度分布与土壤有机碳的分布基本一致：沿经度呈现东高西低的趋势，局部由于土壤退化而出现低谷。样带除东部山区外，其它各部分土壤有效氮都很低，成为其植被生长的限制因子之一。样带下层土壤全氮和有效氮的含量低于表层，但样带不同部位下层土壤全氮和有效氮下降的幅度不同。总的来看，土壤全氮的剖面分布和土壤有机碳相似，而土壤有效氮则有所不同。 (7).土壤全氮和有效氮是土壤生化环境中两个重要的因子。样带土壤全氮和有效氮和土壤有机碳、全磷、全硫、全锌、土壤活性碳、有效磷、有效钾、有效锰、有效锌、土壤容重、田间持水量土壤总孔度等因子均呈显著或极显著的相关关系。 (8).样带表层土壤全氮和有效氮与降雨量之间呈极显著的正相关关系，相关系数分别是0.682(P<0.001)和0.688(P<0.001)。而下层土壤全氮和有效氮与降雨量之间的没有显著的相关关系（r=0.241，P=0.256; r=0.366，P=0.079）。土壤有效氮占全氮的比例与年均温呈显著正相关关系（相关系数r=0.390，p=0.044）。 (9).短期培养试验中，CO2浓度加倍和不同土壤湿度对土壤全氮和有效氮的影响没有达到显著水平。整个试验中土壤全氮和有效氮的变异较小（变异系数分别是5.55%和3.84%），但仍能反映一定的变化趋势。 (10)．玉米残体还田能够增加土壤氮素含量，减轻因其作为燃烧材料而造成的氮素损失和对大气的污染;玉米残体施入土壤，增加了土壤微生物氮含量，提高土壤氮活性，有利于土壤氮素养分的协调供应;玉米残体还田能够促进氮素从营养器官向籽粒中转移，提高氮素养分的利用效率。同时，玉米残体还田可以降低土壤NO3--N的累 积，减少肥料氮的损失4.7～5.6%。 (ll)．根据国内外文献和我们连续10年作物残体还田的肥料长期定位试验及盆栽试验结果，从减缓CO2排放、增加土壤碳固存、提高土壤生产力入手，分析了农业生态系统作物残体还田的必要性与可行性，讨论了农田作物残体还田，增加土壤碳固存对于减缓CO2排放、提高土壤生产力的作用与意义。提倡作物残体因地制宜地归还土壤，但作物残体还田后土壤固存与减缓温室气体排放的潜力还需要进一步进行研究。

小波分析和人工神经网络在生态学研究中的应用

墨西哥帽子小波和Morlet小波在生态格局分析中的应用 本研究采用Monte Carlo方法，探讨了对小波分析的格局进行统计显著性检验的普遍方法。为了更好利用小波分析和了解两个常用小波--墨西哥帽子小波和Morlet小波在格局分析中的优缺点，用生态学研究中常见的4个模拟格局和东灵山辽东栎林的样带数据对这两个常用小波的特性进行了分析和比较。研究结果表明：墨西哥帽子小波能较好地分析样带中的斑块和间隙以及它们的位置信息，Morlet小波能较好地分析样带中尺度及其位置信息。不同的小波通常在尺度分析和斑块和间隙分析之间有平衡，所以最好的方法是结合两种小波的优点。小波分析在处理生态数据时，受所使用小波本身特性的制约。用墨西哥帽子小波进行格局分析时，小波能量谱的等值图上不同格局所对应的峰有可能相互重叠，当所分析的多尺度格局的规模差别不大时，所分析格局规模所对应的峰可能相互融合。这些小波能量谱的等值图上不同格局所对应峰的重叠和融合可能会导致格局分析量图上多个峰的相互融合和屏蔽。所以在使用小波分析做格局研究时，也应尽可能地结合小波能量谱和量图上的信息，以得到较全面和精确的格局分析信息。本研究的结论能为小波分析的应用提供指导。 应用二维小波分析对暖温带阔叶林辽东栎更新格局的研究 本研究介绍了一种二维网格空间数据分析方法一二维小波分析。该方法不仅能分析格局的等级结构，而且也能得到所分析结构的位置信息。小波系数等值图上不同格局规模的斑块和间隙可直接和不同尺度上的生态过程和生境条件相联系。小波方差从二维小波分析导出，小波方差可将四维的小波系数降至二维的小波方差函数，并量化所分析格局规模对整个格局的贡献。本研究用三个模拟格局分析了二维小波的特性及二维墨西哥帽子小波和Halo小波的特性。因为自身的特性，Halo小波比墨西哥帽子小波能提供更高的分辨率。本研究也将二维小波分析应用于暖温带阔叶林的辽东栎更新格局研究中，分析的结果表明：辽东栎的更新发生在辽东栎成树斑块和林窗斑块重叠区域。 用交互验证和独立验证来测试神人工经网络模拟水稻分檗动态的泛化能力 人工神经网络不是基于对所模拟过程的理解，而是依赖于对所分析数据的内部结构。所以人工神经网络通常被认为是经验模型而不能外推，而且在训练数据和验证数据的范围之外肯定不能精确地预测所模拟的过程。本研究通过对交互验证和独立验证神经网络模型性能的比较，测试了神经网络模型在预测水稻分檗动态方面的泛化能力。同时，也对几种提高神经网络泛化能力的技术进行了比较。研究结果表明：在训练数据的变量范围内，神经网络在预测水稻分檗动态方面具有泛化能力。较少的训练数据样本导致了对训练数据过度吻合的和不具泛化能力的神经网络。要能使神经网络在预测水稻分檗动态方面具有泛化能力，训练数据的样本量至少9倍于神经网络的权值数目。当神经网络有多个输入变量且训练数据不足以保证神经网络的泛化能力时，建议在训练之前，采用主成分分析、对应分析及类似技术压缩输入变量的个数。在压缩输入变量的个数之后，如果训练数据的样本量还不足以保证神经网络的泛化能力，就应采用提高神经网络泛化能力的技木，如：jittering和强制训练停止等，特别是神经网络与机理模型的复合模型。因为神经网络的泛化能力问题具有普遍性，所以我们的研究结论不只是适用于水稻分檗动态的预测，也适用于其它的农业和生态神经网络模型。

入侵生态学导论

本文比较系统地综述了生物入侵研究的主要领域的最新发展，以使读者对入侵生态学的研究内容和研究范畴有比较完整的了解。生物入侵涉及到遗传学、种群生态、群落生态、景观生态、区域生态乃至全球生态各个尺度的生态学问题，同时由于生物入侵而暴露出来的问题为各个生态和生物学科的研究范围扩展和理论体系的补充都提供了极其重要的机会，从这方面讲，不宜将入侵生态学研究与其他生态学分支分离开来;然而，从生物入侵对全球生物系统和人类社会的影响范围和程度看，它应当受到政府、各行业人士和学者的重视超出一般的生态学理论研究，因此应当认为它是一个新的应用生态学分支，把它称为入侵生态学并作为一个学科来描述其理论框架和研究内容，也是为了唤起更多人对这一全球环境变化组成之一的重视。 本文分10章，由生物入侵的发生过程这一主线贯穿始终。第一章对生物入侵有关概念和入侵生态学的主要研究内容做介绍;第二章概述全球生物入侵发生的程度和一些典型生境的入侵情况：第三章分析了影响生物入侵成功的各类生物的、非生物的因素，并介绍了一些有关生物入侵的学说;第四章总结了生物入侵涉及的遗传学问题，尤其是快速进化的发生基础和影响;第五章分析了目前入侵研究中植物群落的多样性和可入侵性关系的研究中存在的主要问题和未来应当改进的地方;第六章重点介绍了入侵种扩散的主要模型类型和各自的特点及选择标准;第七章讨论了入侵种在区域尺度的扩散历史重建中存在的数据获得途径、空间格局分析、长距离传播估计几方面的问题。第八章简要介绍入侵种在生态系统水平的影响和生态系统服务评价，并举例说明如何评价入侵种造成的生态系统服务评价，及生物入侵的经济分析程序。第九章重点介绍了建立综合性的生物入侵预警系统的主要理论基础，并总结了对付外来入侵种的策略。第十章提出生物入侵在全球范围内的作用和全球生物同质化后果，并初步总结了全球变化的各主要成分间的相互作用。 全文尽量采用小标题的方式将相关内容归纳到一处，以便于读者理解。当涉及到一些即使在其他生态学分支中也称得上比较前沿内容，尽量做简要的介绍，感兴趣的读者可以进一步查阅相关文献。作者希望更多地采用最新的参考文献，但目前文献增长速度之快，要穷尽所有新观点和新方法等是不可能的，因此，希望能得到多方面的反馈信息，也期望相关人员有机会不断对本文进行补充了修改。

新疆天山中段北坡地区现代孢粉学研究

新疆中部地区位于西北内陆干旱一半干旱区，是欧亚大陆的地理中心，是中纬度内陆干旱区代表性区域，也是全球变化敏感区域之一，基本特点是气候干旱、水资源匮乏、植被稀少、荒漠广布，生态系统脆弱。在研究区域内，天山山脉海拔高度差异5 000 m左右，随海拔梯度下降依次出现高山冰雪带、高山亚高山草甸带、森林带、草原带、荒漠带、沙漠带等明显完整的植被垂直带，是开展现代孢粉学和植被变化研究的理想地点。本报告在立足于该区前人工作的基础上，从表土花粉、空气花粉和现代植被之间的关系入手开展现代孢粉学研究，探讨了花粉与植被的关系。 在研究区内，选择新疆阜康市和吉木萨尔县为研究地点，设计了一条从天山博格达峰附近雪线开始直至古尔班通古特沙漠长约100 km、宽约20 km的样带。沿样带，从高山座垫植被和草甸带开始，经过中海拔地带的云杉林，置到低海拔的荒漠，在山地海拔每下降20～100 m采集一个表土花粉样品，平原每间隔10～20 km采集一个表土花粉样品，同时做现代植被调查，共采集80个表土花粉样品和调查了86个现代植被样方;在天山乌鲁木齐河河源区的大西沟，从一号冰川前缘开始，沿山谷向下直到谷口，按海拔100 m间隔采集了14个表土样品，对表土花粉与植被之间的关系进行了探讨。为了弄清空气花粉传播、散布与气象因子和植被的关系，沿样带从高山到沙漠分别在天池气象站、中国科学院阜康荒漠生态系统定位研究站和北沙窝草炭试验地设置了三个风标式空气花粉收集器，从2001年7月至2002年7月连续收集空气花粉雨，收集了跨2个年度1周年的1 14个空气花粉样品，依据分析结果研究了空气花粉的传播和散布规律以及与表土花粉和植被之间的关系，这在新疆地区乃至全国尚属首次。 根据表土花粉分析结果和现代植被样方资料的分析以及天山中段主要植物种类沿海拔高度的分布特征，天山中段北坡垂直植被带谱为：高山座垫植被(>3 400 m)、高山亚高山草甸(3 400-2 700 m)、山地云杉林(2 700-1 720 m)、森林草原过渡带(1 720-1 300 m)、蒿类荒漠(1 300-700 m)和典型荒漠(<700 m)。表土花粉谱基本上反映了相同海拔高度的现代植被带，特别是在云杉林带，表土中雪岭云杉(Picea schrenkiana)花粉占优势;在蒿类荒漠植被带表土中蒿属（Artemisia）植物花粉非常丰富;在典型荒漠植被带的表土中藜科(Chenopodiaceae)植物花粉占绝对优势，因此可依据这些建群种植物花粉含量峰值的位置划分植物群落。 空气花粉样品分析结果表明：空气中花粉主要是现生植物当年生长产出的花粉，盛花期的花粉数量能较好地反映当地的植被状况。空气中的乔木植物花粉主要有云杉(Picea)，其次是柳属（Salix）;灌木草本植物花粉主要是藜科和蒿属，其次是菊科(Compositae)、禾本科(Gramineae)、柽柳科(Tamaricaceae)和麻黄属(Ephedra);空气中的花粉数量与植物的花期相对应，云杉等乔木植物盛花期在夏季5月末至7月初，灌木草本植物盛花期在夏秋季节。气温、降水、风速和风向等气象条件对空气中花粉数量有很大影响，其中风速和风向影响最大。从空气花粉和表土花粉的分析结果与现生植被对比，新疆中部地区的山谷上升气流是导致花粉“爬坡”现象的主要动力，在一定条件下，上升气流搬运花粉的数量和能力是十分可观的。 空气中的花粉是现生植物当年生长产出的花粉，表土中的花粉是多年花粉落地沉积的积累，植物盖度大，该植物的花粉在空气中和表土中数量相对就大。在新疆中部地区，空气花粉能反映当地和附近周边方圆约50 km的植被状况，其花粉组合特征与表土花粉和当地现生植被分布的对比研究，可以较好地寻找花粉与植被的关系。本研究报告的研究成果不仅为新疆地区的孢粉学研究增添新的内容，而且将有助于合理解释新疆地层中、尤其是第四纪以来的地层孢粉，较客观地恢复过去的植被景观，同时可为本地区的大气环境检测提供有重要价值的参考资料。

内蒙古锡林河流域草原植物和群落热值的时空变异研究

第一部分：内蒙古锡林河流域草原植物种群和群落热值的时空变异研究 热值的研究是评价生态系统能量固定、传输和转化的基础，也是评价植物光合作用效率和植物营养值的有用参数。同种植物热值会随着植物部位、光照、养分条件、季节、土壤类型和气候条件的不同而发生变化。不同的种类和类群之间热值也存在差异。本项研究以内蒙古锡林河流域中段草原植物群落为对象，研究了植物种群和群落热值的时空变异规律。 对内蒙古羊草草原群落不同植物种群热值的时问动态研究结果表明，42种植物地上部分的热值在13.16土1.14 kJ.g-l和18.14土0.53 kJ.g-1之间变动，所有物种的平均热值为16.90土0,84 kJ.g-1，种间变异系数4.9%。小叶锦鸡儿(Caraganamicrophylla)具有最高的热值。禾草的平均热值高于杂草。根据生活型和生长型，草本物种被进一步分组，热值从高到低的排列顺序为：高禾草>豆科植物>矮禾草>其余杂草>半灌木>一二年生植物。 主要植物种群地下部分热值的分布范围为15.05-16.41 kJ.g-1。其中根茎型草地下部分热值较高。不同种类植物地下部分热值差异并不与地上部分一致。根茎型禾草地上、地下部分热值差异较小，而须根型植物差异较大。不同种群的植物地上部分热值随植物物候期的不同而波动，其变化规律是与植物种群本身的生物学特性相联系的。不同植物种群热值的年际波动规律有所不同，羊草(Leymuschinensis)、大针茅(Stipa grandis)和洽草(Koeloria cristata)的年际热值波动相关显著，但与生长季降水量和生长季累积日照时数之间无明显相关性。在某种程度上，植物热值的种内变化反映了植物生长状况的差异。 42种植物的热值和它们在群落中的相对生物量存在显著正相关关系。表现为优势种(17.74 kJ.g-1)>伴生种(17.24 kJ．g-l)>偶见种(16.65 kJ.g-1)。高热值的植物更具竞争力，在群落中通常占据优势地位，而低热值的植物竞争力通常较弱，构成草原群落的伴生种或偶见种。 以内蒙古锡林河流域3个草原群落类型（羊草典型草原，大针茅典型草原，羊草草甸草原）的放牧退化梯度系列（包括未退化，轻度退化，中度退化和重度退化4个强度）为研究对象，对主要植物种群和群落热值随草原类型和退化梯度的空间变异规律及热值与其他群落和土壤性质的相关性进行了研究。 结果表明，研究区出现的60个植物种平均热值为17.25土0.92 kJ.g-1，变异系数5.4%．热值大于18.00 kJ.g-1的高能植物包括3种优势高禾草(羊草、大针茅和羽茅(A. sibiricum))和一些有毒植物，热值小于17.00 kJ.g-1的低能值植物包括多数一年生杂草;热值在17.00-18.00 kJ.g-1之间的中能值植物包括大多数多年生杂草和矮禾草。 按照生活型分类，灌木的热值最高，多年生禾草显著高于一二年生植物，半灌木和多年生杂草介于二者之间。按照水分生态类型分类，旱生植物、中旱生、旱中生和中生植物之间在热值上没有明显差异。不同科之间热值存在显著差异，禾本科、豆科、菊科植物热值较高，藜科植物平均热值最低。 二因素方差分析结果表明，主要优势物种热值在不同草原类型之间存在显著差异，表现为羊草草甸草原>羊草典型草原>大针茅典型草原。对于大多数优势禾草，热值没有随退化梯度发生明显变化，洽草(K. cristata)、冰草(A．ctistatum)和所有优势杂草随退化程度的增强热值趋于下降。对于大多数优势物种，热值随不同草原类型的空间变异大于放牧退化所导致的空间变异。 不同草原类型的群落热值为羊草草甸草原>羊草典型草原>大针茅典型草原，群落平均热值表现出随退化强度的增加而下降的趋势，这主要归因于沿退化梯度不同物种构成比例的变化，即随退化程度的加剧，高能值植物在群落中的比例下降。其次是特定物种热值随退化梯度的变化。在同一草原区，放牧对群落热值的影响大于立地条件之间的差异。 群落和主要物种热值均表现出与某些群落特征和土壤性质的相关性。 关键词：内蒙古，锡林河流域，羊草草原;物种和群落热值，时空变异，退化梯度，草原类型，土壤性质 第二部分内蒙古羊草草原17年刈割演替过程中功能群组成动态及其对群落净初级生产力稳定性的影响 基于17年的野外实验数据，研究了内蒙古羊草草原群落刈割演替过程中的功能群组成动态，探索功能群组成变化与群落净初级生产力(ANPP)之间的关系，分析结构参数怎样影响功能参数。结果显示：在17年的割草演替过程中，群落的结构与功能均发生了变化。随着羊草群落刈割演替的进行，群落的功能群组成发生了显著变化，根茎禾草在群落中的优势地位相继被一二年生植物，高丛生禾草，矮丛生禾草所取代。到17年末，群落变成根茎禾草，矮丛生禾草，高丛生禾草共同建群的群落。在对照群落中ANPP与年降水量显著相关，但在刈割群落中二者则不相关。年降水量解释对照群落ANPP变异的62%，而连年的刈割干扰则是刈割群落中ANPP动态的主要驱动因子。群落净初级生产则显出对刈割干扰的抵抗能力，在刈割干扰的前几年，依靠群落内功能群组成的不断调节，保持相对稳定的水平，当刈割进行5年之后，群落结构的变化积累到一定程度，净初级生产迅速下降到一个较低的水平，此后依靠群落结构的不断调节来维持这一功能水平。因此，群落结构是以渐变的方式改变的，而群落功能的下降则是以跃变的形式完成的。群落依赖于结构的不断调整来保持功能的相对稳定，但结构变化到一定程度也会导致功能的衰退。 关键词：内蒙古，羊草草原;刈割演替;功能群组成;净初级生产;群落;稳定性

植物种群小尺度空间结构的数量分析

采用位置指数、分异指数、结构复杂性指数、Shannon-Wiener多样性指数以及Ripley的K-方程，探讨了华南海岸英罗港红树植物木榄种群的分布格局、胸围和树高分异以及冠层结构方面的空间异质性。结果表明，多数木榄种群呈现随机分布，其个体胸围和树高的分异程度较低;而少数木榄种群呈现集群分布，其个体胸围和树高的分异程度明显。采用地理信息系统对木榄种群冠层和空隙斑块进行多种水平和垂直尺度的分析，冠层与空隙斑块之间的镶嵌格局因种群而异，这种格局可基于树冠投影用Shannon-Wiener多样性指数进行定量描述。冠层结构的空问异质性随空间尺度而变化，但这种变化在一定尺度范围内保持相对的稳定。这一尺度范围可作为木榄红树林更新或生态管理单位的参考尺度。 采用多重分形理论和方法对华南海岸北海红树林区红树植物白骨壤幼苗种群的分布格局进行了分析。结果表明，白骨壤幼苗种群的分布格局具有多标量和多重分形行为。随着q值由-2增加到4，Dq值介于1.078-1.997，f(a)值介于0.402-1.678，a(q)值介于0.909-2.480。多重分形的参数值与幼苗种群的集聚强度密切相关。差值（D。-D1）和[f(-1) –D]。是度量格局空间异质性程度的有效指数。海洋水文周期性规律、不同面积大小的裸地、树冠的阻拦作用等是制约白骨壤幼苗种群多重分形格局形成的主要因子。 采用地统计学理论和方法，对北京东灵山落叶松和胡桃楸针阔混交林下的克隆植物绢毛匍匐委陵菜分株种群的统计变量和土壤变量的空间格局进行了分析和比较。结果表明，绢毛匍匐委陵菜分株种群各器官生物量以及分株数和叶数的空间格局具有较高程度的异质性。总生物量以及茎、叶和根生物量的半方差函数曲线为指数模型，叶柄生物量、分株数和叶数的为球状模型，叶片生物量的为线性无基台值模型，而匍匐茎生物量的为纯块金效应模型。除叶片和匍匐茎的生物量外，其它器官生物量以及分株数和叶数由空间自相关引起的空间异质性．SHA主要表现在120-3 50cm的尺度范围内，SHA占总空间异质性的比例在50%以上。生境中，各种土壤变量的空间格局也具有较高程度的异质性。土壤含水量、NO3-、NH4+、有机质、全磷和PO4(3-)的半方差函数曲线为球状模型，而全氮、K+和pH的为指数模型。土壤变量由空间自相关引起的空间异质性SHA主要表现在8-lOOcm的尺度范围内，SHA占总空间异质性的比例在68%以上。绢毛匍匐委陵菜分株种群空间格局的自相关尺度显著大于其生境中土壤变量空间格局的自相关尺度，表明绢毛匍匐委陵菜通过匍匐茎相互联结的克隆分株种群对异质性土壤资源表现出较大的缓冲能力。绢毛匍匐委陵菜分株数的空间格局与土壤的含水量和全氮空间格局之间在几乎所有尺度上的相关性都不显著，但与其它土壤变量空间格局之间都存在不同程度的相关性，其中与NH4+、pH、PO4(3-)和全磷空间格局之间的相关性尺度范围较为明显和较大。通过分株数、叶数和生物量分配的可塑性变化，绢毛匍匐委陵菜分株种群的空间格局与土壤资源的空间格局之间产生相互联系，并随空间尺度的变化会发生改变。

濒危物种保护、生境破碎化及其恢复

保护区是否真的能起保护作用？保护区究竟如何布局？这是自然保护区的建设一直争论不休的课题。就大熊猫保护而言，目前面临的最紧迫问题可能不是保护区数量多少的问题，而是这些多个保护区组成的保护区群的配置或格局是否合理。因此，本研究以岷山大熊猫保护区群为研究对象，分析现有大熊猫及栖息地及其保护现状，指出目前保护区存在的问题，并对岷山大熊猫自然保护区群合理布局提出建议性设计，以期为大熊猫保护及自然保护区建设的理论提供借鉴。 到目前，为了保护大熊猫，在岷山地区已经建立了1 7个自然保护区，这些保护区的建立对大熊猫的保护起到了非常重要的重要。但是，大熊猫栖息地仍然持续下降。就其原因有两方面，即岷山地区人为活动的干扰，如旅游业的盲目发展。但，同时大熊猫自然保护区本身的布局存在一定的不合理性。最后，从景观尺度上提出岷山大熊猫保护区群合理建设的布局，即在分析现有保护布局基础上，找到优先保护的敏感地带建立廊道，将所有保护区连成布局合理的保护区群。 大熊猫受威胁的关键因子并不是竹子，而是森林．竹子复合系统的破碎化或质量的退化，故保护大熊猫应从保护森林、恢复森林．竹子复合生态系统的质量入手。但是，具体实践中究竞采取什么模式来恢复退化的大熊猫栖息地？选取不同模式的科学依据是什么？如何评判不同恢复模式的成本和效益？这些方面的工作到目前缺少系统研究。本研究在分析了岷山地区自然、社会与经济条件的基础上，从荒山荒地造林、天然林保护与低效林地改造主要植被恢复措施着手，全面分析各类植被恢复措施所形成植被的生态效益（保持水土、涵养水源、保持肥力等）、经济收益（木材、果品和林副特产品）、社会效益（种植结构、劳动力再分配等），总结出植被恢复成本和效益的构成要素，计算主要植被恢复模式的成本和效益，为选择适宜的植被恢复措施、典型植被恢复模式和合理确定植被恢复技术提供科学依据，从而推动岷山植被快速健康地恢复，为大熊猫提供适宜的生存空间。 三峡大坝的建设使其固有水域的人为改造导致水位上升，使原本连续的山地生态系统被分割成大小不等的岛屿。水位变化导致的这种生境岛屿化为栖息地破碎化和岛屿生物地理学提供了十分难得的实证研究的机会。然而，同时，这种栖息地的片段化无疑对三峡库区生物多样性保护和生态系统的完整性造成威胁。到目前，为了监测库区建设对生态环境的影响，已经建立了22个定位观测站，但没有一个是生境破碎化方面的，为此建议尽快建立生境破碎化方面的定位研究站。三峡库区生物多样性丰富，但保护区面积仅仅占库区面积的6.9%，而同期我国已经建立了1 999个自然保护区，占国土面积的15%，因此，非常迫切建立更多的保护区（至少达到全国平均水平）。为了从宏观尺度上加强对库区的综合保护，建议从景观生态学的角度出发，将库区作为一个自然、社会和经济复合生态系绕对待。

根茎克隆植物羊草分株种群对去叶干扰的生长对策

克隆植物具有多种不同于非克隆植物的生长和繁殖策略。本研究首先综述了这些生长与繁殖策略之中，与我们的实验研究相关的尤其是对于去叶干扰适应策略的四个方面，包括克隆整合、克隆分株大小与密度之权衡( tradeoff)过程、碳水化合物贮备与利用、营养繁殖和芽种群(bud population)调节等。预测克隆植物选择什么样的对策以及某种对策发生作用的条件及程度如何，对克隆植物生态学研究者来说，将是富有挑战意味的课题。 羊草(Leymus chinensis (Trin,) Tzvel.)是禾本科的一种多年生根茎型克隆植物，常常处于由放牧或刈割造成的去叶干扰( defoliation)的胁迫下。在我们的第一个实验（2002年）中，考察了去叶干扰和根茎切割( rhizome severing)是否影响根茎本身和分株地上部分的生长、以及营养繁殖芽的数量特征。同时我们检验如下的假设：直接受到去叶干扰的分株除了会受益于可能的补偿作用之外，还会受益于克隆整合作用，即与之保持根茎联系的未受去叶处理的分株将转移碳水化合物或养分给受去叶干扰的分株，使之得以尽快恢复光合组织。实验结果显示：单次去叶干扰影响根茎生长和芽的产生，而对地上部分的生长影响甚微。只有重度去叶干扰才显著影响营养繁殖芽的产生，而轻度去叶干扰作用不明显。所以，当去叶强度不大时，补偿作用机制将弥补植物由于去叶干扰而受到的损失。我们的实验并未检测到克隆整合的发生，可能的原因是本实验持续的时间不足够长或者是由于根茎中的碳水化合物贮备在去叶干扰发生后发挥了作用，缓解了去叶干扰对羊草分株生长及芽生产的所造成的冲击。 在第二个实验（200 3年）中，为了考查相继数次的去叶干扰是否能够启动羊草分株间的克隆整合，以及启动克隆整合所需达到的去叶干扰的频次，我们将实验样方设计为两部分：核心区( Core section)和外围区(Periphery section)。不同频次的去叶处理（0去叶，作为对照; 1次去叶;3次去叶;5次去叶）仅施加于实验样方的核心区。结果表明，经历3次和5次去叶处理的样方外围区的生物量及水溶性碳水化合物( wsc)含量均明显少于经历1次去叶处理及0去叶处理的样方外围区，这意味着克隆整合在3次去叶和5次去叶两种处理中发生了，而在其它两种处理中没有发生。此外，分株的大小一数目之权衡可能在基株(genet)水平上发生，因此，一个克隆植物基株，当部分分株受到去叶干扰后，将增加其分株数目，但优先增加未受到去叶干扰部分的分株数目。我们将羊草的这种行为视为克隆基株试图逃避干扰的“逃逸行为”( escaping behavior)。 同时在实验中，我们监测了实验样方核心区分株的wsc浓度，目的是查明羊草枝条与根茎中wsc浓度随时间的变化格局及其对去叶干扰的响应，意在发现羊草枝条地上、地下部分和根茎中wsc浓度的时间变化之间的联系。在生长旺季，对照处理（即O去叶处理）的wsc浓度显著降低，这是由于植物在此时期的高生长速率和高呼吸速率所致;相比之下，其它经历去叶干扰的三个处理中羊草wsc浓度降低不如对照处理那么明显和迅速，甚至在高频次去叶处理中还有所上升，其原因大概是由于去叶而使叶面积减小，引起枝条的总呼吸下降所致。羊草枝条中最终的wsc浓度没有受到单次去叶处理的显著影响，却很可观地受到相继数次去叶干扰（3次和5次去叶处理）的影响。去叶干扰可能加速了碳水化合物在气温降低时自地上向地下的转移。枝条的地下部分wsc浓度比地上部分更稳定。在地上部分受到去叶干扰后，根茎中的wsc必然向上输出到地上枝条，而强烈的生长会消耗wsc，但可能的克隆整合（通常在相对频繁的去叶干扰条件下发生）将在一定程度上缓解这种wsc消耗。 在此实验中，我们还监测了羊草平均每分株所拥有的芽的数目，包括每分株分蘖节芽（tiller bud）数目和根茎芽(thizomatous bud)数目。从平均每分株芽数目的时间动态来看，各种去叶处理之间的差异程度不大，这主要是羊草在受到去叶干扰后补偿作用的贡献。与对照处理相比，受不同频次去叶干扰的三个处理的根茎芽具有相对于分蘖节的更强的增长优势。去叶干扰对根茎芽生长的促进作用大于对分蘖节芽的促进作用。我们认为这种反应是羊草克隆基株的一种逃避干扰的适应性努力，可视为一种“逃逸行为”，也可看作克隆植物觅养行为(foraging behavior)的一种特殊形式。芽的增长在中等频度的去叶干扰条件下最强，似乎同样符合中度干扰理论。有趣的是，特定频度的去叶干扰可能会造成芽种群中两大类型芽之间比例（根茎芽／分蘖节芽）的振荡现象（Oscillation）。 最后展望了对于羊草今后应继续开展的工作主要集中在两大方面：一是有性繁殖与无性繁殖之间在不同生境或不同干扰条件下的权衡关系;二是处于不同斑块对比度( patch contrast)的生境中的羊草克隆分株之问的生理整合，及其强度与斑块对比度的定量关系。

玉米高产优质生产中若干生理生态问题的研究

玉米（Zea mays L.）是我国十分重要粮食、饲料和工业原料作物，种植区域覆盖我国大部分农业区。随着玉米品种改良和新栽培技术的应用，我国玉米产量大幅度增加。自1950s以来，我国玉米产量递增幅度为126kg/hm2/yr。在玉米产量提高过程中，单叶光合作用与产量之间存在什么样的关系？当代玉米品种的品质和养分利用效率如何？高密度种植条件下是否存在“根系拥挤”及如何调控等。为探讨上述科学问题，本研究选择中国北方常见的大田玉米品种，在高肥力自然光照条件下，探讨玉米高产优质栽培过程中生理生态特征的变化趋势，以指导科学育种和栽培。主要研究结果如下： 　　1）光合与产量的演变我国 1950s、1970s、1990s等不同年代推广的玉米品种中，当代品种叶片光合速率高且高值持续期长，光合色素叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等的含量高且持续时间长，与光合有关的蒸腾速率（E.）、细胞间隙CO2浓度（Ci.）、气孔导度（gs）等也有较大改良，中下部叶片尤其明显;在生育后期，当代品种具有更高的光合优势。老品种饱和光合速率(Psat)在灌浆期下降，并非RuBPCase 和PEPCase的活性降低，而是由于叶绿素含量和可溶性蛋白含量的降低。在花后期间，由于PS2功能的下降，造成了光合能力下降，而现代品种的PS2 功能在衰老前一致保持旺盛状态。 　　老品种光合特征对缺氮的反应表现更敏感。花后缺氮光合作用下降是非气孔限制的，因为气孔导度和胞间CO2浓度没有发生明显的变化。其主要原因是缺素造成老品种叶片早衰，叶绿素含量、可溶性蛋白含量、PEP羧化酶活性下降。现代品种表现较强的抗衰老能力，其N素利用效用高于老品种。我国玉米产量的大幅度提高在很大程度上应归功于叶片光合性能的改良。 　　随玉米品种更替，群体光合速率增强，群体光合衰减率降低，呼吸消耗所占总光合的百分率下降。灌浆期当代品种中下部叶片的群体光合速率明显高于老品种。种植密度是影响玉米群体光合速率的主要因素，在高中低三种密度条件下，当代品种均有较高的群体光合速率，表现出耐密性强、适应性广、源足库大、产量高的特点。 　　2）高油玉米的产量受到叶源大小和叶源活力的双重限制在 1.5 株/m2密度下，与普通玉米相比较，高油玉米单株籽粒产量显著低于普通玉米，产量构成中穗粒数差异不显著，千粒重较低（P＜0.01）;两类型玉米的单株库容量相当，高油玉米籽粒灌浆速率小，籽粒充实度低，单粒重对叶源相对减少（剪叶）或相对增多（疏库）的反应比普通玉米更为敏感，其产量受到同化产物供应（叶源）相对不足的限制。高油玉米授粉后的叶面积、叶面积持续期小，叶片含氮量和光合速率较低，说明高油玉米的产量受到叶源活力（光合速率）小和叶源数量少的双重限制。 　　3）我国北方玉米品种的个体产量潜力、氮素利用效率及籽粒与秸秆粗蛋白质含量在充分发挥个体生产潜力的低密度条件下，我国北方1990s 以来大面积种植的50个玉米主栽品种中，个体产量潜力和氮素利用效率高度正相关(P=0.01)，而子粒千粒重与NUE 呈显著性负相关(P=0.002)。对玉米产量和氮素利用效率进行分层聚类，可将北方玉米品种划分为高产高NUE 型、低产低NUE 型和中间型，高产高NUE 型玉米品种相对较少，仅占24%。籽粒粗蛋白质含量（CPC）与秸秆CPC 相关性不显著（P＞0.05）。对籽粒和秸秆的CPC 进行分层聚类，将北方玉米品种划分为籽粒高秸秆低型、籽粒与秸秆双低型和籽粒与秸秆双高型，CPC 双高型品种相对较少，仅占20%。 　　4）玉米根系拥挤效应对产量影响的生理生态机制及其调控随玉米品种更替根系的空间分布呈“横向紧缩，纵向延伸”的特点。当代三类型玉米根系分布特性与株型、穗型相关。紧凑型品种根系分布深，下层根系所占比率大，适合密植，群体产量潜力大;平展大穗型品种根量多，分布较浅，在低密度下可获得较高的个体生产力，但不适合密植，群体产量潜力小。 　　“根系拥挤”显著影响玉米产量，减小根系横向伸展空间，下层土壤中的根系分配比率增多。在地上部充分生长条件下，紧凑型品种横向空间为30-50cm即可满足要求，平展型品种大于50cm;紧凑型品种对纵向空间受限制的反应更为敏感，平展型品种对横向空间受限制的反应更为敏感。“根系拥挤”影响根系活性、分布、氮素吸收利用和花后光合与14C同化物的分配。 　　在根系受限制条件下，增施肥料产量提高，根系总重增加，增加了根系在深层土壤（60-100cm）中的根系比率，显著增加了根系的TTC 还原量、SOD、CAT、POD活性。土壤加沙，根量减少，但根系TTC 还原量增加、产量提高，提高幅度以大穗型品种更为显著。 　　随种植密度增加耕层根系密度与群体产量同步增大，各类品种均在最高根系密度下获得最高产量。根系负荷的籽粒产量潜力三类型品种存在极大差异，在一定范围内增大种植密度，根系伸展空间减小，群体产量提高，紧凑大穗型品种产量最高，品种的耐密性是限制根系负荷籽粒产量潜力的主导因素。因此，培育株型紧凑、耐密性强、大穗玉米良种，采取有效的调控措施是玉米进一步高产的主攻方向。 　　5）我国夏玉米高产田的培创理论研究与实践相结合，2005 年在我国华北地区的山东莱州培创出籽粒实产21 042.9kg/hm2 （ 14% 含水量， 实收面积=45.7m×15.9m=726.63m2）的夏玉米高产纪录。主要采用以增加密度为保障的“群体结构性挖潜”和以提高整齐度为保障的“个体功能性挖潜”途径，生理生态指标包括：选用紧凑抗倒耐密植品种DH3719，种植密度102 030 株/hm2，收获密度98 610 株/hm2，花后具有较长的叶面积高值持续期，达60d以上，叶面积指数最大为6.53，收获2.59。上部叶片光合值对外界光强度变化敏感，其光合峰值出现时间提前，而后迅速衰减;中部叶片光合值的降低较慢，下部叶片变幅最小，可能是长期处于争光环境表现出的生态适应性。粒叶比0.32，经济系数0.542，单株产量216g，千粒重375.1g。

夏玉米不同生育期对干旱胁迫的响应与适应机制

干旱化问题将在全球环境变化下进一步加剧，并可能严重影响玉米。玉米是我国主要粮食和最重要的饲料作物，其重要性日益突出。水分是制约玉米产量的关键因子。为此，本研究利用大型活动遮雨棚对玉米进行了出苗后全程水分控制试验，研究大田条件下玉米不同生育期对不同土壤水分（包括水分充足well-watered, WW;适度干旱moderately stressed,MS;和严重干旱severely stressed,SS）的响应及适应机制。研究结果表明： 在吐丝和籽粒形成期，Ms对叶片相对含水量和相对电导率的影响没有达到显著或极显著水平，而SS则极其显著地降低叶片相对含水量和增加质膜透性。并且干旱胁迫下，夏玉米生育进程中保护酶SOD、POD和CAT活性基本呈现一致下降的态势，膜脂过氧化作用增强。短期干旱胁迫对SOD）和POD（在第十三叶期）保护酶有一定的激发效应，但此效应维持不长，其后骤降。 干旱会引起叶绿素a，b含量及总叶绿素含量的减少。MS下营养阶段的叶绿素含量没有明显变化，但随着MS的延续，叶绿素含量在生殖阶段显著降低。而SS的叶绿素含量最初就呈现降低并逐渐扩大。另外，在干旱胁迫下叶净光合速率(PN)和蒸腾速率(E)的降低因干旱强度和时间以及发育阶段而异，而且Ss所引起的不利影响更为凸现。SS显著降低营养和生殖阶段的水分利用效率( WUE)，然而MS基本导致前中期WUE增加，后期则减少。 土壤干旱胁迫下，绿色LAI明显降低，特别是生殖时期最高穗位叶面积显著降低：地上部生物量积累在各生育期均为减少。而且，干旱显著减少各生育期的根干重，但MS对第十八叶期(V18)的根干重有短期的促进作用。干旱胁迫下，根冠比在不同生育时期有增有减。MS对第十七叶期(V17)的叶面积、抽雄吐丝出现、叶片展开、最终叶片数以及收获指数影响不大，但其却显著减少各阶段株高、叶面积（第十七叶期除外）、茎粗和生物量积累。随着MS的延续，产量性状诸如穗粒数、百粒重均为降低，而SS对各生育阶段所有生长特性、产量性状及收获指数的影响都较MS更为不利。 生育前期遭遇干旱，可使叶片展开明显迟缓，并且最终叶片数减少。尤其SS减少最终叶片数1～2片，并且延迟抽雄4—5 d，吐丝4—5 d，从而可能导致成熟期推迟。 植物器官的营养吸收动态在短期干旱作用和长期作用之间有所不同。而且P和K元素的积累方式也有别。基本上，干旱胁迫显著降低植物器官在不同生育期的全P和K元素的吸收，尽管后期一些器官诸如叶、鞘和茎等的吸收有所增加，特别是干旱严重影响了根的吸收能力，而且SS较MS对全P.K吸收影响更甚。总之，干旱所导致的生物量减少与植物器官的全P、K吸收的减少是相伴而生的。 与WW相比较，MS和SS的产量两年内分别降低了20,4%—26,1%和59.2%～84.5%，穗粒数分别降低了12.1%～19.7%和39,8%～88.1%，以及百粒重分别降低了2.1%~2.7%和17.7%—46,9%。研究进一步表明，干旱胁迫对多数玉米籽粒的营养品质有利。与WW相较而言，N含量、可溶性总糖、可溶性还原糖、Zn. Ca. Cu. Mg和Mn元素在MS下分别提高了5.9%，39-0%，97.5%，12.1%，4.4%，7.5%，6.1%和2.9%，而在SS下则分别提高了8.6%，99.3%，300.0%，27.8%，24.0%，1 5.3%，9.8%和7.9%。但是，一些玉米籽粒的营养品质诸如淀粉、P和K含量却受到干旱胁迫的不利影响，与WW相比较，MS使籽粒淀粉、P和K含量分别降低了8.3%．12.6%和3.7%，而SS则分别降低了33.3%, 14.6%和18.6%。粗脂肪含量则表现有所不同，与WW比较而言，MS对之有利，2年平均增加9.2%，而SS对之不利，2年平均减少11.3%。 总之，玉米生理生态特征、地上部各部分干物质生产、根系生长、营养吸收、产量性状、营养品质对干旱胁迫的响应和适应不仅依赖于干旱的严重程度（包括强度和时间），而且也依赖于玉米发育阶段。本研究认为，在半湿润地区水分缺乏的条件下，有限灌溉（最低土壤相对含水量55%士5%）在营养阶段抽雄前实施可行。

植物叶片生长过程中光合活性、光保护机制及光系统Ⅱ热稳定性的研究

叶片在成长进程中光饱和光合速率持续提高，尽管幼叶光呼吸的测定值较低，但幼叶光呼吸与总光合之比较高。叶片在成长初期就具有较高的最大光化学效率，但是仍略低于发育成熟的叶片。随着叶片的成长，光下叶片光系统II实际效率增加，而非光化学猝灭下降。幼叶叶黄素总量与叶绿素之比较高，随着叶而积的增加该比值下降;光下，幼叶脱环氧化程度较高。同时，我们也观察到叶片生长初期活性氧清除酶系的活性较高。叶片生长过程中提高的光破坏防御机制与叶片相对含水量呈现很好的负相关，而不是叶片水势。因此，推测叶片生长过程中光破坏防御机制的建立可能与叶片膨压有关。 自然状态下，不同展开程度的叶片均未发生明显的光抑制;但将所柏‘叶片平展并暴露在强光下时幼叶发生明显的光抑制，伴随叶丽积的增加光抑制程度减轻。自然条件下测量叶片角度，观察到在叶片展开过程中叶柄夹角逐渐增加：日动态过程中幼叶的悬挂角随光强增加而明显减小，而完全展丌叶的悬挂角变化幅度很小。叶片角度的变化使实际照射到幼叶叶表的光强减少。推测较强的光ll乎吸、依赖叶黄素循环的热耗散、活性氧清除酶系以及较大的叶角变化可能是自然状态下幼叶未发生严重光抑制和光破坏的原因。 与成熟叶片相比，高温严重地伤害新生叶片光系统IT的结构，并导致最大光化学效率和光系统II活性下降。高温对光系统II的伤害包括供体测和受体测;而进一步的研究和分析表明高温很可能影响放氧复合物活性，从而改变光系统II的结构并最终导致受体测电子传递受阻。叶片生长和光合机构的健全使得光系统II热稳定性逐步增强，因此推测叶片生长过程中光系统II热稳定性的增强可能主要与其放氧复合物结构和功能的完善有关。

Ⅰ濒危植物银杉幼树对生长光强的适应研究、Ⅱ滴灌棉田根区水分对棉花根系生长的调节研究

一． 濒危植物银杉幼树对生长光强的适应研究 银杉（Cathaya argyrophylla）是我国松科中的特有单种属植物，被认为处于濒危状态。在对银杉群落多年调查研究的基础上，针对银杉幼树生长过程对光强的需求特性，开展了银杉幼树对光的适应性研究。试验在人工培育的银杉苗圃地，采用遮荫的方法，设置不同的光环境处理（100%、45%和3%自然光强），利用气体交换技术和叶绿素荧光技术测定了3种光强下银杉叶片光合生理指标的变化，探讨了不同光环境下银杉幼树光合能力在不同季节的变化及对生长光强的响应等。结果表明，在夏季银杉生长旺盛时期，遮荫导致叶片最大光合速率（Pnmax）、羧化效率(CE)明显下降。不同叶龄叶片的下降幅度不同，在3%低光环境下，当年生叶片较1年生叶片降低幅度大。银杉幼树光补偿点(LCP)和光饱和点(L．SP)随生长光强的下降均有所降低，但低光强（3%自然光强）条件下，全晴天时实际的光辐射量高于当年生叶片光补偿点的累积时间约6h，而且距离光饱和的区域相差极大，造成全天碳同化量低，同化物累积少，严重影响了银杉幼树的正常生长：在不同处理中全光强条件下银杉幼树长势最好，45%光强条件下幼树生长减慢。冬季银杉最大光合速率（Pnmax）、羧化效率(CE)值均低于夏季，光补偿点(LCP)和光饱和点(L．SP)也较夏季降低。全光照条件下无论是当年生叶片和1年生叶片，在冬季均出现了轻微光抑制现象，适度遮荫有利于银杉抵御冬季光抑制。无论在遮荫或不遮荫条件下，冬季银杉叶片将所吸收的相对过多光能通过非辐射途经耗散出去，表现出一种光保护策略。 二．滴灌棉田根区水分对棉花根系生长的调节研究 为了探讨膜下滴灌棉花根区土壤水分对棉花根系生长的影响及地上部的关系，揭示膜下滴灌棉花节水高产的生理机理，本试验通过设置不同滴水量处理，控制根区水分供应，研究膜下滴灌棉花根区水分变化对根系生长的调节效应。结果表明，限量滴灌条件下0-40cm土层内相对田间持水率在每次滴水前下降到50%以下，难以满足棉花正常生长对水分的要求;常规滴灌在每次滴水前，根区水分保持在临界水平下限以上，可基本满足棉花根系正常生长的需要，而充分滴灌量处理根区水分偏多。水分对根系生物量的影响表现为，充分滴灌与常规滴灌处理根系生物量差异不显著，两者均显著高于限量滴灌处理。随滴水量的增加，土层中根系分布集中，土壤浅层根量所占比重增加;根系在水平方向上以棉株为中心10cm区域内根量约占总根量的80%以上。根区水分对棉株生理特性也具有一定的调节作用，常规滴灌量的根系活力在生育后期高于充分滴灌量和限量滴灌处理，且深层根系活力所占比例较高。根区水分能够调节棉花根系与地上部生长比例，限量滴灌条件下棉花受到严重的干旱胁迫，虽然根冠比升高，但根系及地上部生物量均明显降低;充分滴灌量条件下单位面积根系总量、总生物学产量在各生育时期均高于常规滴灌量和限量滴灌处理，有较高铃数，但营养器官生物量占总生物量的比例较常规滴灌量处理高，最终实收棉花产量较常规滴灌量处理的低;常规滴灌在各生育时期根冠比适宜，单位重量根系的生产力较高，棉花经济产量高和水分利用效率均较高，增产潜力大。