内蒙古温带典型草原土壤净氮 矿化作用

作为陆地植物生长和生态系统初级生产力的主要限制因子之一，土壤氮素矿化和可利用性对全球变化的响应决定着未来陆地生态系统的碳储量并对全球碳循环产生长远的深刻影响。众所周知，土壤中大部分氮以有机态存在，有机态氮必须经过转化成为无机态氮才能被植物吸收利用。土壤氮素矿化是将有机态氮转化为无机态氮的生物化学过程，决定着土壤中氮素的可利用性。理解氮素在草原生态系统中的转化（包括矿化，硝化作用）过程，有助于我们充分认识草地退化机理，为草地恢复和重建提供理论依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站的典型羊草草原区，选取了1979年围封（没有割草和放牧利用）、1999年围封（没有割草和放牧利用）和长期自由放牧三种不同土地利用方式的羊草草地，分别代表人为干扰强度从小到大的梯度，利用室内和野外原状土培育实验两种方法，研究了人为干扰强度和环境因子（温度和水分）对土壤无机氮转化的影响。 室内实验：设置不同的温度梯度和水分梯度，在不同的时间段内在室内对原状土柱进行培养，观察这些因子对土壤净氮矿化的影响。结果表明：（1）土壤无机氮库（NH4+-N和NO3−-N）在不同土地利用变化情况下具有显著差异。但是，经过室内培养，净氮矿化速率和硝化速率之间差异不显著，只有铵化速率表现出显著差异。（2）温度对铵化、硝化和矿化速率有显著影响。但是当培养温度低于5℃时，无论培养时间多长净氮矿化的累积和净氮矿化速率之间差异皆不显著。温度高于15℃的三个温度之间净氮矿化的累积和净氮矿化速率差异极显著。（3）土壤湿度对净硝化和净矿化速率有显著影响，但是对铵化速率没有显著影响，表明当土壤水分限制硝化细菌的活性时，硝化速率对于水分的增加显得更加敏感。（4）培养时间对铵化、硝化和矿化量的积累有极显著影响。随着培养时间的延长铵态氮积累的量较少，但是硝态氮的量随着培养时间延长积累的量很多。（5）我们的研究表明温度、湿度和培养时间之间对净氮矿化的影响存在极显著的互作效应。 野外试验：在三种不同土地利用历史的草地，利用顶盖埋管原位培育法测定土壤的无机氮库、净硝化、铵化和净氮矿化的季节动态。2004年5月开始，每隔30天一次，到11月结束。结果表明：（1）三种不同土地利用方式的草地生态系统土壤中的NO3－-N和NH4+-N含量都表现出明显的季节变化趋势，自由放牧样地与围封25年样地季节趋势基本一致，围封5年样地各月间NO3－-N和NH4+-N含量的差异都达到显著水平。（2）三种不同土地利用方式的草地无机氮的季节动态两两比较发现，NO3－-N浓度在6、7和9月差异极显著;而在8月三个样地之间差异不显著;NH4+-N浓度在5月、7月和8月三个样地之间都达到显著水平，在6月、9月和10月情况有所不同，6月自由放牧地与围封25年间差异不显著，而这两个样地与围封5年的样地差异达显著水平，9月围封25年和围封5年两个样地之间差异不显著，而与自由放牧样地之间差异显著;10月情况又有变化，是自由放牧样地与围封5年的样地之间差异不显著，与围封25年样地之间差异达显著水平;（3）土壤无机氮库和氮素的矿化/硝化速率都存在明显且比较一致的季节动态，但是在个别月份也有较大差异，总的趋势是围封25年的样地硝化速率高于围封5年和自由放牧样地。上述结果表明：在温带典型草原，土地利用方式对土壤氮素库和矿化有着重要影响;各样地之间土壤氮素库和矿化速率的差异可能是由于土壤温度、水分、无机氮库和土壤基质的改变而引起的。

克氏针茅群落地上/地下生物量分配及其对水热因子响应研究

碳循环研究已经成为目前生态学中的研究热点之一。草地生态系统在全球碳循环中占有重要地位，而且大部分草地处于对全球变化敏感的区域，也是研究生态系统对全球变化响应的关键地区。我国草地面积十分辽阔，占我国陆地面积的40%以上，具有极其重要的生态地位和作用。 在碳蓄积研究中，对地上碳库的估计比较容易，而对地下碳库的估计却由于方法上的局限造成估计的精度不高。因此，研究陆地生态系统中植物群落的地上/地下生物量分配模式，尤其是地下生物量的分配，对于全球碳蓄积的 研究具有重要意义。植物生长与环境因子密切相关，植物的生物量分配与环境因子也必然存在一定的相关关系，了 解植物的生物量分配与环境因子之间的关系，并建立相关模式，不但有利于减少生物量调查的工作量，而且能使碳蓄积量估计的精度大大提高。 (1) 本文通过对锡林郭勒草原上的克氏针茅植物群落进行了为期两年的地上和地下生物量观测，初步得到了克氏针茅群落地上/地下生物量分配规律： 2004年地上生物量表现为逐渐增加的趋势，6、7、8月地上生物量较低，9月显著增加，为8月的4.8倍。2005年地上生物量表现出明显的单峰曲线，8月达到峰值，为150.48 g•m-2。2004年地下生物量6月到7月明显增长，7月、8、9月逐渐减少。2005年地下生物量出现两次增加和两次减小的过程。地下生物量在不同层次的分配数量及所占比例存在差异。0~10cm分配的地下生物量最多，所占比例最大，往下各层基本表现出逐层递减的趋势。其中，0~30cm地下生物量占0~80cm总地下生物量的70％。 地下生物量与地上生物量的比值即为根冠比，根冠比也具有明显的季节变化。2004年从6月到9月根冠比表现为逐渐减小的趋势，最小根冠比值出现在9月，为9.22。2005年为明显的反抛物线形状，最小值出现在8月，为19.93。 (2) 分析克氏针茅群落地上生物量、地下生物量、根冠比三者关系的结果表明：克氏针茅草原群落地上生物量和根冠比的相关关系较为明显，而地下生物量与根冠比的相关关系较差。地上生物量与地下生物量的相关关系较好，呈正相关关系。地上生物量对根冠比变化的贡献较大，而地下生物量对根冠比变化的贡献较小。 （3）在观测生物量的同时，用小气候自动观测系统记录了同时期的降水和气温资料，通过分析克氏针茅群落地上、地下生物量及根冠比与降水、气温的关系，得出以下结论： 2004年和2005年地上生物量均与上月降水量有显著相关关系，而两年的地下生物量与降水量的相关关系较差。两年的根冠比变化与上月降水量也具有较好的相关关系。2004年地下生物量与上月平均气温的相关关系较好。2005年地下生物量与月平均气温的相关关系较差。2004和2005年地上生物量与月平均气温有很好的线性关系，但两年的相关关系正好相反。两年的根冠比与月平均气温的相关关系也表现的恰恰相反。 (4) 最后，分析了温室控制试验羊草种群的生物量分配对水热因子响应的阈值。得出以下结论： 土壤相对含水量范围为6065%、温度为26℃时的地上、地下干重都最大，表明这是羊草地上、地上部分生长最适宜的温度和土壤水分。土壤为相对含水量2530%、温度为20℃时根冠比值最大。 温度、土壤水分以及二者的交互作用对羊草根冠比的影响均达到极显著水平。但根冠比对不同温度和土壤水分的敏感度不同。根冠比在一定的温度范围和土壤相对含水量范围内发生敏感变化。

降水对我国温带草原土壤呼吸及其组分的脉冲效应

利用动态气室法(Li-Cor 8100)，于2005-2007年生长季对我国北方温带典型草原生态系统的土壤呼吸作用及其影响因子进行了野外动态观测。研究结果表明，温带典型草原生态系统的土壤呼吸及其影响因子存在明显的季节变化和年际变化。土壤呼吸的季节变化主要受土壤温度和土壤水分控制，峰值出现在温度高、水分适中的6、7和8月。在生长季初期和末期，土壤温度和土壤水分较低，土壤呼吸接近于零。土壤呼吸年际变化受到降水分配的影响，植物生长旺季降水充足土壤呼吸较高，2007年的夏季干旱抑制了土壤呼吸。 土壤呼吸与土壤温度呈指数相关，与土壤水分呈二项式关系。与未去除植物的样方相比，去除植物后土壤温度降低，其中2005年达到显著水平(P < 0.01);土壤水分在三年中都显著提高(P < 0.001)。利用土壤呼吸与温度、水分建立的模拟方程表明，异养呼吸约占土壤呼吸的49.19%，根际呼吸占50.81%，两者对土壤呼吸的贡献大致相当，但呈现明显的季节变化，根际呼吸在植物生长旺季的贡献大于异养呼吸。同时，根际呼吸的比例受到降水分布的影响，在干旱时期，根际呼吸的比例远大于异养呼吸，说明在这个干旱半干旱的生态系统中植物更能忍受水分胁迫。 根据土壤呼吸与温度、水分三者的模拟方程分析表明，2005-2007三年的土壤呼吸和异养呼吸均值分别为1.65和1.07 µmol m-2 s-1，分别比实测值1.79和1.30 µmol m-2 s-1减少了8.6和18.04%;如果测定频次改为每周一次，土壤呼吸和异养呼吸则分别减少了10.51和13.76%。由此说明，降水对土壤呼吸产生的脉冲效应在一个完整的生长季中也存在，异养呼吸下降的比例更高，说明异养呼吸对降水脉冲效应的响应较大。因此，研究土壤呼吸时不能忽略降水的脉冲效应，同时应当考虑不同组分对脉冲效应的差异。 综合三年的研究数据表明，在不同水分条件下土壤呼吸的温度敏感性(Q10) 不一致。在四个土壤水分(<5%，5-10%，10-15%和>15%)范围内，土壤呼吸的Q10值分别为1.58，1.80，2.10和2.06;在土壤水分为5-10%，10-15%和>15%的范围内，异养呼吸的Q10值分别为1.58，1.70和1.66。由此表明，土壤呼吸的温度敏感性在10-15%水分范围内最高。在不同水分条件下，异养呼吸的Q10值都低于包含了根际呼吸的土壤呼吸的Q10值，表明根际呼吸的Q10值高于异养呼吸，根际呼吸对土壤温度的变化更为敏感。从年际变化来看，2005年异养呼吸和土壤呼吸的Q10值并没有显著差异(均为2.05);异养呼吸的Q10值在2006和2007年显著低于土壤呼吸的Q10值(分别为2006年：2.09和1.81;2007年：1.44和1.36);受到夏季干旱的影响，2007年的土壤呼吸和异养呼吸的Q10值与2005和2006年相比显著降低。

玉米农田水热碳通量动态及其环境控制机理研究

陆地生态系统与大气之间的水热碳交换是物质、能量循环的关键过程，一直以来都为研究者们所关注。进入20 世纪以来，特别是随着人们对全球气候变暖的逐步认识，气候变化对水热碳交换过程的影响及其对气候变化的响应研究更加备受关注。本研究以2004~2006 年近三年的涡度相关系统连续观测数据为依托，分析了雨养玉米农田水热碳通量的动态及其影响因子。研究表明，玉米农田水热通量(WHF) 呈显著的单峰型日变化， 日最大值出现在正午12:00~13:00，WHF 变化同步。潜热通量(LE)的季节变化规律与日变化相似，冬季小夏季大，年最大值与最小值分别出现在7 月和1 月。显热通量(Hs) 季节变化也呈单峰型，但年最大值出现在5 月，这主要与降水以及作物生长有关。半小时尺度上，WHF 主要受辐射控制，而日峰值受辐射峰值以及植被生长的双重影响；日尺度上，只要有降水过程，Hs 就会随土壤水分的增大而减小，降水停止后逐渐恢复。而降水对LE 的影响受到可用能量(AE)的干扰，表现出复杂的变化趋势。总的来说，降水持续时间越长AE 越少，对LE 的抑制越大；季节尺度上，WHF 受热量与水分的双重制约。Hs 随着天气回暖后第一次较大降水过程的出现呈现明显下降，而LE 则呈现相反的变化趋势。随着雨季到来和作物的生长，Hs 在7 月出现低谷，而LE 呈现相反的趋势随着降水量的增加而增大；年际间WHF 的分布规律大体一致，但因气象条件等的差异，特别是降水的差异造成年际间WHF 略有不同。在不同水文年型下，水分因子的影响作用有显著差异，且WHF 对热量与水分条件变化的敏感程度也不相同。欠水年，水分因子的作用更显著，是制约WHF 变化的主要控制因子，WHF 对水分的变化更敏感；而丰水年，水分因子的影响减弱，热量的盈亏决定着WHF 变化的主要方向。在不同水文年型下，水热碳通量对水热条件的变化表现出不同的响应方式，为研究生态系统对气候变化的响应提供了参考。 净碳(C)吸收期，玉米农田净碳交换(NEE)呈显著的日变化，在日出以后由CO2 释放转变为CO2 吸收，12:30 左右达到一天中的吸收峰值，日落前出现相反的转换。而净C 释放期内，NEE 均为正值且无明显日变化。NEE 季节变化也呈单峰型二次曲线，在7 月下旬或8 月上旬达到年最大吸收率。根据NEE 的正负，一年分为三个阶段：两个C 排放期与一个C 吸收期。一般C 吸收期从6月开始到9 月结束，此前此后均为C 排放期。在半小时、日时间尺度上，光通量密度(PPFD)与NEE 有着相似的变化规律，是控制NEE 的主要因子；在日、季节尺度上，叶面积指数(LAI)和气孔导度(gs)是影响NEE 的主要生物因子，且gs 的影响程度随着发育期的变化而变化，而不同年份间LAI 对NEE 的影响没有显著的差异。几乎在所有时间步长上，土壤温度(Ts)均为生态系统呼吸(Re)的主要控制因子，时间尺度愈短，二者的相关性愈好。总的来说，在较短时间尺度上，高PPFD 与夏季低温将会促进C 的吸收，有利于C 累积。 玉米农田日最大净C 吸收速率(NEEmax, daily)以及吸收释放转换点(NEE=0)均受PPFD 控制。NEEmax, daily 出现时间与PPFDmax, daily 出现时间几乎完全一致，当PPFD 达到1 日内极大值时，净C 吸收也相应达到了日最大值。但NEEmax, daily的量值还受到其它因子的影响。当水分条件充足时，还将受到LAI、gs 等生物因子的控制。NEE 由正转为负的转换点也是由PPFD 决定。当PPFD 稳定大于PPFD*( PPFD*=100 μmol•m-2s -1)时，净C 吸收开始；当PPFD 稳定小于PPFD*时，净C 吸收由此结束。1 日内，PPFD 稳定通过PPFD*之间的时间间隔决定了日净C 吸收的时间长度。日净C 吸收的时间越长，吸收量也越大，且有明显的季节变化，7 月最长9 月最短。 按照热量水分状况将三年分组，分为I 组(水分状况相似，热量条件不同)与II 组(热量条件相似，水分状况不同)。 I 组年际间PPFD 波动是造成C 交换格局变化的关键原因。而II 组年际间C 交换格局不同是由降水量及其不同分布引起的土壤含水量(SWC)变化是造成。SWC 可以解释年际间NEE 变异的97%，而大气水汽压亏缺(VPD)可以解释30.7%；温度因子通过影响C 收支中的呼吸项，间接影响着生态系统的NEE，它可以解释年际间NEE 变异的73.9%，也是造成年际间C 交换格局不同的原因之一；另外，PPFD 和发育期早晚以及净C吸收期长度等也同样影响着C 交换格局的变化。综合两组情况来看，由水分条件年际变化引起的NEE 的波动大于能量年际变化引起的波动。总之，在较长时间尺度上，NEE 对SWC 变化比其对PPFD 变化更敏感，说明在半干旱地区土壤水分条件仍然是决定C 交换格局的主导因子。 NEE 与LE 呈线性相关，它们之间的相关性主要受温度和NEE 的控制，温度越高，二者的相关性越弱，而NEE 越大二者相关性越好。同时，作物蒸腾与土壤蒸发的比例也是影响NEE 与LE 之间关系的主要因素。蒸腾作用所占的比例越大，二者的线性关系越显著，而土壤蒸发比例越大，二者的相关性越弱。总的来说，NEE 与LE 之间的线性关系有明显的季节变化，生长季好于非生长季，夏天好于冬天。 总之，雨养玉米农田水热碳通量既具有其它农田生态系统共有的动态特征，也具有其特有特征。

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。

内蒙古典型草原群落和主要植物种对氮素添加和刈割干扰的响应

自然界中资源的异质性是普遍存在的，既有自然因素导致的，也有人类干扰导致的。在内蒙古草原，植物经常处在地上部异质性的干扰生境和地下异质性的养分生境中。植物的生物量生产反映了植物对不同生境的适应能力，而资源的分配策略是链接进化生态学和功能生态学的纽带。在变化的生境中植物可以通过改变资源分配的格局而适应环境的变化，获得较高的生物产量。但是，关于草原植物在生物量生产和资源分配上如何对异质性的生境做出响应迄今研究尚少。为此在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的长期围封样地（1983年围封），设计了氮素添加和刈割处理的小区实验，使植物处于不同的养分和干扰生境中。我们选择羊草（Leymus chinensis ，根茎禾草，群落优势种）、大针茅（Stipa grandis ，丛生禾草，群落优势种）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa ， C4 植物，群落常见伴生种）、木地肤（Kochia prostrate ，藜科半灌木，群落常见伴生种）、猪毛菜（Salsola collina，藜科一年生植物，群落常见伴生种）为对象对这一问题进行了研究。同时，以1979 年围封的羊草样地为对照，选择了比邻的刈割草场，就草原植物对长期刈割干扰的响应策略进行了研究。结果显示： 1. 氮素添加使植物群落生物量显著提高，而且高氮生境下群落生物量增加的幅度最大。从季节动态看，植物群落生物量对氮素添加的响应存在滞后现象，在植物进入快速生长期后，氮素添加的效应日趋明显。 2. 不同植物种群对氮素添加的响应不同，按照植物种群生物量的变化可以分为三种类型：极其敏感型 、敏感型和不敏感型。极其敏感型代表植物是羊草，氮素添加后其种群生物量显著增加。敏感型代表植物是糙隐子草和猪毛菜，前者种群生物量在中氮生境下显著增加，后者种群生物量在低氮生境下显著增加。不敏感型代表植物是大针茅和木地肤，氮素添加后，二者的种群生物量均无显著变化。 3．从生物量向地上和地下器官的分配来看，添加氮素后，一年生植物猪毛菜向地上器官分配的生物量的比例均显著增加；多年生草本植物羊草、大针茅和糙隐子草向地上器官分配的比例均没有发生变化；多年生灌木木地肤在中氮生境下向地上器官的分配比例增加。从生殖分配来看，多年生的C3植物羊草和大针茅和一年生的C4植物猪毛菜的生殖分配格局相对稳定，均未因氮素的添加而发生显著改变。多年生C4植物糙隐子草和木地肤在低氮生境中生殖分配比例显著增加。 4. 不同时间刈割对草原群落生物量影响不同。在牧草快速生长期刈割，群落生物量显著降低，当季能恢复，但影响翌年群落水平的生物量生产；而在牧草生物量最大期刈割，当季难恢复，但对第二年的植物的生长影响较小。 5. 刈割对不同植物的影响存在显著差异：C4植物＜C3植物，一年生植物＜多年生植物，牧草快速生长期刈割＜牧草生物量最大期刈割。 6. 面对不同时间的刈割干扰，草原植物的响应不同。在生物量向地上器官和地下器官分配方面：C3植物大针茅、羊草面对刈割干扰生物量分配分配格局相对稳定，变异较小；而C4植物的资源分配对刈割干扰响应敏感，因不同刈割时间其生物量分配格局不同。在生物量生殖分配方面：多年生植物（如羊草、大针茅、糙隐子草、木地肤）资源分配格局相对稳定，面对刈割干扰其生物量生殖分配格局无显著变化，而一年生植物猪毛菜对刈割干扰敏感，因刈割时间不同其生殖分配格局将随之发生变化。 7.长期刈割干扰下大针茅的种群生物量维持不变；而糙隐子草的种群生物量表现为显著增长的趋势。由于大针茅的株丛生物量显著降低，糙隐子草无显著变化，长期刈割干扰下两种植物种群生物量的维持或增加都是因为密度的显著提高。因此，密度调节是两种植物实现种群调节的重要机制。 8. 长期刈割干扰下大针茅的丛面积和单株分蘖数均无显著变化，表明大针茅非生殖株丛密度的增加不是以降低单个非生殖株丛的大小为代价的，而是通过减少生殖株丛的密度来实现的。而糙隐子草丛面积降低，但是单株分蘖数无显著变化，说明糙隐子草密度增加的过程中，单个株丛占据的营养面积减少了，但株丛的生长状况没有受到显著影响。 9．面对长期刈割干扰，两种植物对无性繁殖和有性繁殖过程采取了截然相反的调整策略。大针茅显著提高了非生殖株丛的密度和相对密度，显著降低了生殖株丛的相对密度，而且降低了对有性生殖过程的生物量分配的比例。糙隐子草显著增加了生殖株丛的密度和相对密度，而且增加了对有性生殖过程的生物量分配的比例。面对刈割干扰两个植物种在繁殖策略上的逆向调节，可能是它们在刈割干扰梯度上能够相互取代的重要原因。

辽河三角洲植被结构、功能及其驱动机制

辽河三角洲优越的植被生态系统维系着多种生态功能，使该地区成为全国著名的商品粮基地、造纸原料基地和旅游基地。但是，气候变化和人为干扰使得辽河三角洲的植被结构发生了显著变化，影响到植被功能的发挥。 为了应对气候变化和人为干扰对辽河三角洲植被造成的不利影响，本论文围绕植被结构和生产功能，从空间和时间方面，重点阐述了辽河三角洲植被的结构及其驱动机制；辽河三角洲植被生产功能及其驱动机制。 采用的研究方法包括遥感解译、样带调查和全面调查。通过遥感解译方法获取各植被类型的面积、分布及其变化信息，以研究植被的空间分布格局及其变化。通过样带调查方法，获取植被类型、土壤和水文等信息，并结合规范对应分析和偏相关分析等，研究植被空间分布格局的驱动机制。通过全面调查方法，获取植被净第一性生产力、粮食产量、土壤和水文等信息，并结合地理信息系统(GIS)的插值分析和相关分析等，研究植被生产功能的空间分布格局及其驱动机制。主要结论如下： 1. 植被组成和空间格局：辽河三角洲植被主要由自然湿地植被、人工湿地植被、自然旱地植被、人工旱地植被四大植被类型组成。其中，面积最大的3种植被是玉米、水稻和芦苇。四大植被类型以双台子河口为中心，基本上呈现半环状分布格局。 2. 植被空间格局变化：1988～2006年辽河三角洲植被空间格局发生了显著变化，主要植被类型分布趋于集中，形成了一些较大的斑块，而不是离散和破碎。从面积上看，水稻是面积增加最多的植被类型；玉米是面积减少最多的植被类型。从变化速率看，水稻、玉米和芦苇的变化幅度都较大，分别为33.2%、-16.1%和-23.2% 。 3. 植被空间格局形成机制：辽河三角洲植被分布格局不是由气候因子决定的，而是由土壤因子决定。土壤可溶性盐是决定植被分布格局最重要的环境因子，其次是土壤含水量。 4. 植被生产功能：辽河三角洲植被具有极高的生产力。其中，玉米、水稻和芦苇3种主要植被的地上净第一性生产力分别为30,485、18,248和17,440 kg/(ha•a)。玉米和水稻单位面积粮食产量也非常高，分别为14,813和10,365 kg/(ha•a)。 5. 植被生产功能年际变化：辽河三角洲植被生产力存在明显的年际波动。1992～2005 年间玉米和水稻粮食产量呈现显著的年际波动；1949～1990 年间芦苇产量不仅存在较明显的年际波动，而且呈现非常显著的增加趋势。 6. 植被生产功能年际变化的驱动机制：气候因子是玉米和水稻粮食产量年际变化的主要驱动因子，气候因子对玉米和水稻粮食产量的影响远远大于人为因子（农业人口、施肥量、灌溉面积）的影响。气候因子和人为因子对芦苇产量年际变化的影响都非常显著。在气候因子中，年日照数是驱动玉米产量年际波动的主导气候因子；年降水量是驱动水稻产量年际波动的主导气候因子；年蒸发量是驱动芦苇产量年际波动的主导气候因子。 7. 植被生产功能空间格局：植被地上净第一性生产力存在显著的空间差异，表现为一种环形空间分布格局，三角洲中部较低，四周地区较高。这种空间分布格局表明，在辽河三角洲，植被地上净第一性生产力最高的不是湿地植被，而是周围旱地植被。 8. 植被生产功能空间格局的形成机制：土壤含水量和海拔是驱动辽河三角洲植被生产力空间格局的主要因子；土壤盐度、土壤pH和土壤容重对植被生产力的空间格局影响不大。土壤营养元素(氮、磷、钾) 对植被生产力的空间格局几乎没有影响。

根瘤菌在植物内的迁移运动及其与植物相互作用的蛋白质组学研究

根瘤菌不但可以在豆科植物的根部形成共生固氮的根瘤，而且还可以在自然条件下与重要的谷类作物的根形成内生的联合作用。尽管内生菌在植物中广泛存在，但是关于根瘤菌在植物根内的定殖方式还有许多未知。根瘤菌作为内生菌与水稻相互作用的分子机制目前还不清楚。本研究应用显微镜观察、分子生物学和蛋白质组学的研究技术，对内生根瘤菌与植物相互作用，并促进生长的机制进行了探索。 我们用带有gfp标记的根瘤菌分别接种非豆科植物水稻、烟草和豆科植物，应用激光共聚焦显微镜和平板分离，检测其在健康植物组织内的侵染、定殖和分布过程及其对植物生长生理的影响。结果表明： 1．根瘤菌对水稻的侵染是一个动态的过程，它开始于根际表面的定殖，然后从根的裂隙进入根内，向上迁移到叶鞘和叶部分，并且发展为较高的群体密度。水稻接种不同种类的根瘤菌，显著增加了根和地上部分的生物量，提高了光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率和旗叶的叶面积，并且在植物体内积累了更高浓度的植物激素（生长素和赤霉素）。 2．根瘤菌同样可以在烟草体内由根部向植物地上部分的茎、叶迁移，并从叶的气孔溢出到叶的表面，具有附生－内生－附生生活方式的转换。同时，根瘤菌还可以沿植物的表面从根到地上部分迁移。在植物的生殖生长阶段，内生根瘤菌仍然保持活动性，可以进入烟草子房的子房壁、胎座和胚珠内，暗示根瘤菌通过种子向子代垂直传播的可能性。 3．根瘤菌与豆科植物形成共生固氮根瘤的同时，还可以以内生菌的生态方式定殖于豆科植物中，同样有类似于水稻、烟草的方式在体内由根向地上部分迁移。这种定殖和迁移与根瘤菌胞外多糖和鞭毛的有和无没有关系。 内生根瘤菌促进植物生长的原因是人们一直关心的问题。将根瘤菌固氮正调控基因nifA的启动子与gfp基因构建成融合质粒，设计其他nif相关基因的引物，对有内生根瘤菌的水稻和豆科植物的RNA，进行RT-PCR，表明，虽然定殖于豆科植物体内的内生根瘤菌nifA基因有表达，但是其他的nif基因不表达，因而内生根瘤菌对植物的促生作用不是固氮作用的结果。 我们还用蛋白质组学的方法，分析了Sinorhizobium meliloti 1021和Azorhizobium caulinodans ORS 571接种水稻根部后的植物根、叶鞘和叶组织的蛋白质表达的差异变化。结果表明Sinorhizobium meliloti 1021接种水稻引起的差异蛋白在根内有21个，叶鞘内有19个，叶内有12个;Azorhizobium caulinodans ORS 571接种水稻引起的差异蛋白在根内有7个，叶鞘内有 8个，叶内有8个。蛋白功能的归类中有防卫反应、光合作用、植物生长素、碳和能量代谢及氮代谢相关蛋白的变化。特别是光合作用、植物生长素等相关蛋白的表达，与生理测定光合作用和生长素有提高是一致的，为内生根瘤菌促进水稻生长提供了一个方面的分子证据。 综上所述，表明内生根瘤菌和植物的联合作用比以前所认识的更为复杂，更具有侵染力和动态性。因此，本研究提高了人们对根瘤菌的新认识，不仅与豆科植物根部结瘤，进行共生固氮，而且以内生菌与水稻等植物联合，提高光合作用和生长素含量，促进生长，从另一个方面补充了根瘤菌对植物的有益作用，为根瘤菌作为广谱生物肥料的发展策略奠定分子基础，对可持续农业有重要意义。

牡丹花芽分化类型与促成连续二次开花

牡丹（Paeonia suffruticosa Andr.），芍药科芍药属植物，是我国的传统名花，因花朵硕大、花色丰富、花型齐全而显雍容华贵、富丽端庄，“惟有牡丹真国色，花开时节动京城”，深受人民的喜爱。人们在欣赏牡丹的过程中，一方面为其艳丽多姿而赞叹，同时又为其自然花期较短且集中而遗憾，“弄花一年，看花十日”，因此，如何通过栽培等技术措施使牡丹连续开花，一直是牡丹研究者探索的重要课题。近年，在对牡丹栽培的系统研究中，发现不同牡丹品种的花芽分化类型（数量、梯度）直接影响其开花数量和开花次数。为了有效地利用不同类型的牡丹，选育出更多的丰花、同株可连续开花的品种，服务于牡丹的产业化生产，本试验对4个牡丹品种群的135个品种进行了同枝条芽数的统计分析及花芽分化梯度的划分，阐明了花芽分化类型与促成连续二次开花的关系。初步测定了具有促成连续二次开花习性的牡丹品种‘High Noon’不同芽位腋芽内源激素的含量，揭示了牡丹同株连续二次开花过程中不同芽位腋芽内源激素的生理变化规律，为解决牡丹同株花期短、不能同株连续开花的难题奠定了理论基础。本研究主要结果如下： 1、牡丹花芽分化类型与自然开花的关系 通过对135个牡丹品种花芽分化数量和梯度类型的调查，将同枝条的芽数聚类为少（3-4）、中等（5-7）、多（8-10）三类;将花芽分化梯度划分为小、中、大三种类型。芽数类型和花芽分化梯度类型均与品种群有一定的关系。中原品种群中90%的品种属于芽数少的类型，47%的品种属于分化梯度大的类型;日本品种群中73%的品种属于芽数中等的类型，52%的品种属于分化梯度中的类型;法国品种群和美国品种群品种调查数量较少，但大多数品种属于芽数中等的类型，分别占80%和44%，分化梯度小的品种分别占调查总数的40%和67%。绝大部分品种的腋花芽因在枝条上着生的位置不同而有明显的异质性，上部芽顶端优势强，萌动率和开花率均高，芽数多的品种中、下部芽在春天自然开花季节常处于休眠状态。 2、牡丹花芽分化类型与促成连续二次开花的关系 花芽分化数量的多少与梯度的大小直接影响着开花次数。花芽分化数量少、梯度大的品种不建议直接用于同株促成连续二次开花栽培;花芽分化数量中等或多、梯度小的品种可以实现同株促成连续二次开花，10个试验牡丹品种中的中原牡丹品种‘如花似玉（Ru Hua Si Yu）’和美国牡丹品种‘High Noon’具有同株连续二次开花能力，且二次开花率达75%以上，两次开花品质均优良。 3、‘High Noon’不同芽位腋芽内源激素与促成连续开花的关系 通过测定美国牡丹品种‘High Noon’同枝条不同芽位腋芽萌动前期、后期内源激素含量，结果表明：萌动后期不同芽位腋芽的GA3、IAA、ZRs含量增加，尤其1位芽、2位芽含量增加显著;萌动后期ABA含量则随着芽位自上而下增加显著，可能是导致下部芽继续保持休眠状态的主要原因;萌动后期下部芽的ABA/ZRs配比增幅较高，说明ABA/ZRs配比与芽的生长与休眠关系密切。

聚合物膜离子选择性电极的制备与性能研究

聚合物膜离子选择性电极具有选择性高、使用简便、价格低廉等优点，在环境监测中日益受到人们的关注。这类电极的响应特性主要取决于聚合物膜相中起分子识别作用的离子载体的选择性。本文设计合成了一系列对重金属离子具有高选择性的有机配体，并将其作为电中性离子载体应用于银、汞、锌、铬等离子选择性电极中，实现了对重金属离子的高选择性测定。此外，我们对海水中有机物质的紫外线消解进行了研究，优化了消解条件，采用离子选择性电极技术实现了对海水中重金属污染物的快速检测。具体内容如下： 1、以硫氮杂冠醚为离子载体的银离子选择性电极制备及性能研究。 合成了一系列硫氮杂冠醚配体，通过优化反应条件，提高了反应产率，简化了产物处理过程。将此类冠醚作为离子载体用于银离子选择性电极的制备，并讨论了冠醚环大小、冠醚环的韧性以及硫原子个数对电极选择性的影响。在此研究基础上，利用沉淀-溶解平衡法调节内充液主离子浓度，采用冠醚9，10，12，13，24，25-六氢-5H，15H，23H-二苯[b，q][1，7，10，13，19，4，16]五硫二氮二十三环-6，16 (7H，17H)-二酮环作为低检出限银离子选择性电极载体，通过优化电极的内充液和聚合物膜组份，测得最低检出限为2.2×10-10 M，电极电位响应斜率为54.5 mV/dec.，线性范围为1.0×10-9-1.0×10-5 M，电极使用寿命为一个月。采用标准加入法，成功实现了自来水中银离子浓度的测试，并以该电极作为指示电极，以硝酸银溶液为滴定剂，成功滴定了I-、Br-和Cl-离子的混合液。 2、以1，2，4-三唑衍生物为离子载体的汞离子选择性电极的制备及性能表征。 设计合成了一种基于1，2，4-三唑的希夫碱结构化合物，3，5-二(二硫代甲酸苄酯肼基-2-亚甲胺基苯氧甲基)-1-(四氢-2H-吡喃)-1H-1，2，4-三唑，并成功用作中性载体实现对汞离子的测定。在最佳膜组分条件下，以该化合物作为载体的汞离子选择性电极的检出限为2.6×10-7 M Hg2+，电极电位响应斜率为29.3±0.3 mV/dec.，线性范围为1.0×10-6-3.0×10-4 M。该电极使用寿命为2个月，在pH 2.6-5.2范围内测试不受酸度影响。以该电极为指示电极，以EDTA为滴定剂，可准确滴定溶液中汞离子的浓度。 3、以希夫碱结构化合物为离子载体的锌离子选择性电极的制备及性能研究。 本文设计了一种含吡啶杂环的希夫碱结构化合物(E)-N'-(吡啶-2-亚甲胺基)-2-((E)-吡啶-2-亚甲胺基)苯甲酰肼，并成功用作离子载体实现对锌离子的测定。在最佳膜组分条件下，以该化合物为载体的锌离子选择性电极的检出限为7.4×10-7M Zn2+，电极电位响应斜率为25.9 mV/dec.，线性范围为1.0×10-6-1.0×10-3 M。该电极使用寿命为3个月，在pH 3.4-5.8范围内测试不受酸度影响。以该电极为指示电极，以EDTA为滴定剂，可准确滴定溶液中锌离子的浓度。 4、紫外光在线消解技术用于离子选择性电极测试海水中重金属离子的研究。 海水中重金属离子大多以络合物形式存在，而离子选择性电极只对游离态金属离子响应，因此要实现离子选择性电极测试海水中的重金属，首先必须使金属离子从络合物中游离出来。紫外光消解方法相对于其它海水预处理手段是一种清洁的样品预处理方法。我们以模拟海水为考察对象，考察了盐度、酸度、有机物浓度对消解效率的影响，并在优化消解条件的基础上对实际海水进行消解，利用离子选择性电极成功实现了海水中铜离子浓度的测试，测试值与ICP-MS数值一致。 5、合成希夫碱结构罗丹明B衍生物作为载体和分子探针用于Cr3+离子的检测。 设计合成了希夫碱结构罗丹明B衍生物2-亚甲胺基-8-乙酯基喹啉-罗丹明。荧光法显示，在化合物对铬离子(III)有较好的选择性，进而我们将该化合物作为分子探针进行了详细的研究。结果表明，分子探针与铬离子配位比为1:1，铬离子响应的线性范围是8.0×10-7-8.0×10-5 M，检测下限为1.9×10-7 M。电化学测试结果显示，基于该化合物为载体的离子选择性电极对铬离子(III)的选择性较差。

金环蛇蛇毒中的一种新型胰蛋白酶抑制剂

目的:从金环蛇蛇毒中分离纯化名为bungaruskunin 1的一种新型胰蛋白酶抑制剂,并从其毒腺的cDNA文库中克隆出该胰蛋白酶抑制剂的cDNA全序列.方法:通过Sephadex G-50, CM-Sephadex C-25, HPLC, RP-HPLC (C4 column)方法分离纯化bungaruskunin 1.样品的丝氨酸蛋白酶抑制剂活性则是在室温条件下50mmol·L-1 Tris-HCl, pH 7.8的缓冲液中通过对显色底物的水解抑制作用来检测的.金环蛇毒腺RNA用TRIZOL提取,并用SMARTM PCR cDNA synthesis kit (Clontech)建成cDNA文库.根据其信号肽的保守区域合成引物从该文库中扩增出bungaruskunin 1的cDNA全序列,进行胶回收,酶连到pMDl8-T载体中转化测序.结果:bungaruskunin 1的前体由83个氨基酸组成,其中信号肽含有24个氨基酸,成熟肽即:bungaruskunin 1合有59个氨基酸.bungaruskunin 1的cDNA序列与从红腹伊澳蛇Pseudechis porphyriacus中分离纯化得到的丝氨酸蛋白酶抑制剂blackelin的cDNA序列的相似性高达64%.bungaruskunin 1是一种含有保守Kunitz端的Kuntiz蛋白酶抑制剂家族的一员,从而能够抑制蛋白酶和弹性酶的活性.在cDNA文库中,我们同时还筛选到了2种新的β-bungarotoxin B链的序列.结论:这些发现很好地证明了蛇中Kunitz/BPTI胰蛋白酶抑制剂和毒性神经的家族可能起源于共同的祖先.

大蹼铃蟾神经营养肽及其制备方法和其基因

本发明涉及大蹼铃蟾神经营养肽及其制备方法和其基因，属于生物医学领域。其神经营养肽为从中国两栖类动物大蹼铃蟾(Bombina maxima)皮肤分泌物中分离得到的由77个氨基酸组成的一种单链多肽，分子量8044.7，等电点8.4，多肽氨基酸全序列一级结构为：AVITGVCDRDAQCGSGTCCAASAFSRNIRFCVPLGNNGEECHPASHKVPYNGKRLSSLCPCNTGLTCSKSGEKFQCS。制备方法是收集大蹼铃蟾皮肤分泌物，离心去除沉淀、冷冻干燥后，经凝胶过滤、高压液相反相柱层析分离纯化后即得到。编码神经营养肽的基因由404个核苷酸组成，其中编码成熟神经营养肽为第102-332位核苷酸。其基因作为基因工程制备神经营养肽的应用。

贵州福泉市草坪害虫区系调查

2005年7～8月以贵州省福泉市草坪与农田、灌草丛为2个调查样地,对采集的大量昆虫标本进行检索、分类、统计处理、区系分析.采集到昆虫标本50 320只,分隶于8目、29科、67属、70种,其中,草坪害虫有8目、19科、29属、32种;农田、灌草丛有8目、28科、56属、61种.研究发现,2个样地中害虫群落种类组成和结构基本相似;鳞翅目害虫(除地老虎等个别种外)是地面害虫的优势类群;鞘翅目害虫是地下害虫的优势类群;草坪害虫区系主要由周边农田,园林和其他天然植被中害虫的迁入形成.

New rotenoids from roots of Mirabilis jalapa

Four new rotenoids named mirabijalone A-D-1) (1-4), together with 9-O-methyl-4-hydroxyboeravinone B (5), boeravinone C (6) and F (7), and 1,2,3,4-tetrahydro-1-methylisoquinoline-7,8-diol (8), were isolated from the roots of Mirabilis jalapa. The structures of these compounds were determined on the basis of their HR-EI-MS, IR, UV, H-1- and C-13-NMR (DEPT). and 2D NMR (HMQC, HMBC, NOESY) data. Among them, 1,2,3,4-tetrahydro-1-methylisoquinoline-7,8-diol (8) showed a 48% inhibition against HIV-1 reverse transcriptase at 210 mug/ml.