975 resultados para Ash free dry mass


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This work develops methods to account for shoot structure in models of coniferous canopy radiative transfer. Shoot structure, as it varies along the light gradient inside canopy, affects the efficiency of light interception per unit needle area, foliage biomass, or foliage nitrogen. The clumping of needles in the shoot volume also causes a notable amount of multiple scattering of light within coniferous shoots. The effect of shoot structure on light interception is treated in the context of canopy level photosynthesis and resource use models, and the phenomenon of within-shoot multiple scattering in the context of physical canopy reflectance models for remote sensing purposes. Light interception. A method for estimating the amount of PAR (Photosynthetically Active Radiation) intercepted by a conifer shoot is presented. The method combines modelling of the directional distribution of radiation above canopy, fish-eye photographs taken at shoot locations to measure canopy gap fraction, and geometrical measurements of shoot orientation and structure. Data on light availability, shoot and needle structure and nitrogen content has been collected from canopies of Pacific silver fir (Abies amabilis (Dougl.) Forbes) and Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.). Shoot structure acclimated to light gradient inside canopy so that more shaded shoots have better light interception efficiency. Light interception efficiency of shoots varied about two-fold per needle area, about four-fold per needle dry mass, and about five-fold per nitrogen content. Comparison of fertilized and control stands of Norway spruce indicated that light interception efficiency is not greatly affected by fertilization. Light scattering. Structure of coniferous shoots gives rise to multiple scattering of light between the needles of the shoot. Using geometric models of shoots, multiple scattering was studied by photon tracing simulations. Based on simulation results, the dependence of the scattering coefficient of shoot from the scattering coefficient of needles is shown to follow a simple one-parameter model. The single parameter, termed the recollision probability, describes the level of clumping of the needles in the shoot, is wavelength independent, and can be connected to previously used clumping indices. By using the recollision probability to correct for the within-shoot multiple scattering, canopy radiative transfer models which have used leaves as basic elements can use shoots as basic elements, and thus be applied for coniferous forests. Preliminary testing of this approach seems to explain, at least partially, why coniferous forests appear darker than broadleaved forests in satellite data.

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This paper considers the extensive data and correlations on the erosive burning of solid propellants. A relatively simple nondimensional relationship between the ratio of the actual to nonerosive burn rate (eta) and a quantity g, which is the product of g(0)-the ratio of free stream mass flux to the mass flux from the surface for nonerosive condition-and Re-0(m), where Re-0 is the Reynolds number based on the nonerosive mass flux of the propellant and port diameter, is shown to correlate most data within the accuracies of the experiments with m = -0.125. This shows the above relationship to account for the effects of pressure, aluminum, even up to a proportion of 17%, burn rate catalysts, and motor size. It is concluded that the suggested correlation between eta and g may be adopted universally for most practical propellants. (C) 1997 by The Combustion Institute.

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Bentonite clay is identified as potential buffer in deep geological repositories (DGR) that store high level radioactive wastes (HLW) as the expansive clay satisfies the expected mechanical and physicochemical functions of the buffer material. In the deep geological disposal of HLW, iodine-129 is one of the significant nuclides, attributable to its long half-life (half life 1⁄4 1:7 × 107 years). However, the negative charge on the basal surface of bentonite particles precludes retention of iodide anions. To render the bentonite effective in retaining hazardous iodide species in DGR, improvement of the anion retention capacity of bentonite becomes imperative. The iodide retention capac-ity of bentonite is improved by admixing 10 and 20% Ag-kaolinite (Ag-K) with bentonite (B) on a dry mass basis. The present study produced Ag-kaolinite by heating silver nitrate-kaolinite mixes at 400°C. Marginal release of iodide retained by Ag-kaolinite occurred under extreme acidic (pH 1⁄4 2:5) and alkaline (pH 1⁄4 12:5) conditions. The swell pressure and iodide etention results of the B-Ag-K specimens bring out that mixing Ag-K with bentonite does not chemically modify the expansive clay; the mixing is physical in nature and Ag-K presence only contributes to iodide retention of the admixture. DOI: 10.1061/(ASCE)HZ.2153-5515.0000121. © 2012 American Society of Civil Engineers.

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A study of aquatic plant biomass within Cayuga Lake, New York spans twelve years from 1987-1998. The exotic Eurasian watermilfoil ( Myriophyllum spicatum L.) decreased in the northwest end of the lake from 55% of the total biomass in 1987 to 0.4% in 1998 and within the southwest end from 50% in 1987 to 11% in 1998. Concurrent with the watermilfoil decline was the resurgence of native species of submersed macrophytes. During this time we recorded for the first time in Cayuga Lake two herbivorous insect species: the aquatic moth Acentria ephemerella , first observed in 1991, and the aquatic weevil Euhrychiopsis lecontei , first found in 1996 . Densities of Acentria in southwest Cayuga Lake averaged 1.04 individuals per apical meristem of Eurasian watermilfoil for the three-year period 1996-1998. These same meristems had Euhrychiopsis densities on average of only 0.02 individuals per apical meristem over the same three-year period. A comparison of herbivore densities and lake sizes from five lakes in 1997 shows that Acentria densities correlate positively with lake surface area and mean depth, while Euhrychiopsis densities correlate negatively with lake surface area and mean depth. In these five lakes, Acentria densities correlate negatively with percent composition and dry mass of watermilfoil. However, Euhrychiopsis densities correlate positively with percent composition and dry mass of watermilfoil. Finally, Acentria densities correlate negatively with Euhrychiopsis densities suggesting interspecific competition.

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Esta dissertação consiste de dois capítulos, cada um correspondendo a um estudo realizado de modo independente. Em um córrego de Mata Atlântica, Rio de Janeiro, Brasil, foram estudados efeitos de herbívoros e de controles ambientais no perifíton. No primeiro trabalho foram testados os efeitos do camarão Potimirim glabra, um engenheiro do ecossistema, nos parâmetros metabólicos de comunidades perifíticas (Produção, Respiração, Metabolismo Líquido da Comunidade e razão Produção:Respiração). O tratamento de inclusão de Potimirim produziu resultados inversos aos esperados, com aumento da clorofila e massa seca das comunidades perifíticas, levantando dúvida com relação à eficácia dos tratamentos. Nenhuma das variáveis metabólicas esteve relacionada aos tratamentos. Considera-se que efeitos artefato da gaiola utilizada na inclusão dos camarões podem ter prejudicado o efeito esperado de remoção de material pelos camarões. Os resultados podem indicar, entretanto, que para o efeito de herbívoros os parâmetros clorofila e massa seca sejam mais sensíveis e variáveis que os metabólicos para as comunidades estudadas. São recomendados futuros trabalhos com metodologias que reduzam os efeitos artefato, tais como exclusão de herbívoros com cercas elétricas. No segundo trabalho, foram estudados os estoques, a distribuição e os controles da biomassa perifítica para o córrego. Entre os substratos estudados, a areia apresentou os maiores estoques, com 5 vezes mais clorofila e 20 vezes mais massa seca que os substratos pedra e folha. Diferenças entre trechos com diferentes densidades do camarão herbívoro Potimirim glabra revelaram para o substrato pedra menores valores de massa seca para os locais onde o camarão é mais numeroso. Entre as variáveis ambientais, apenas a profundidade esteve relacionada aos dados de biomassa nos substratos pedra e areia. A comparação dos dados deste estudo com trabalhos anteriores pode indicar que distúrbios provocados por enchentes podem alterar os estoques e os padrões de distribuição para este córrego.

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Schinus terebinthifolius Raddi (Anacardiaceae) é uma espécie nativa da América do Sul com grande distribuição geográfica e muito comum em áreas de restinga. Sua grande plasticidade ecológica e boa interação biótica a torna espécie-chave na restauração de ambientes, porém, sua dominância pode estar relacionada à liberação de compostos alelopáticos. O objetivo do estudo foi avaliar o potencial alelopático dos extratos aquosos e óleos essenciais de folhas de Schinus terebinthifolius nas diferentes estações do ano sobre espécies-alvo nativas da restinga (Cereus fernambucensis, Erythroxylum ovalofolium, Pilosocereus arrabidae), uma espécie agrícola (Lactuca sativa) e nela própria (autoalelopatia). Para isso, suas folhas foram coletadas sazonalmente na restinga de Massambaba para o preparo dos extratos aquosos e extração dos óleos essenciais. Os extratos aquosos foram obtidos através da secagem das folhas a 60 C, trituração em liquidificador, diluição em água destilada e filtração, obtendo as concentrações de 5, 10, 15 e 20%. As extrações dos óleos foram realizadas através da hidrodestilação de 300 g de folhas frescas. A análise da composição dos óleos essenciais foi realizada através de cromatografia gasosa utilizando fibra SPME. O efeito fitotóxico foi avaliado nas espécies-alvo através da porcentagem de germinação, velocidade de germinação, crescimento aéreo e radicular, condutividade elétrica e massa seca. O efeito alelopático dos extratos aquosos foi observado em todas as espécies-alvo, principalmente sobre as espécies nativas. Esse efeito variou nas estações do ano de forma dose-dependente e espécie-específica. Os óleos essenciais de S. terebinthifolius também foram capazes de inibir a germinação e crescimento das espécies-alvo, e, da mesma forma que os extratos aquosos, esses efeitos variaram nas estações do ano e para cada espécie. Sugere-se que essas diferenças estejam relacionadas às fenofases de S. terebinthifolius e condições ambientais da restinga. Esse efeito fitotóxico, se comprovado em campo, pode restringir a utilização de S. terebinthifolius na restauração de ambientes.

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Os elementos de terras raras, representados em sua maioria pelos lantanídeos, ocorrem principalmente como constituintes-traço da maioria dos minerais de rochas comuns (monazita, apatita) e também estão presentes em alguns minérios. Tais elementos foram largamente usados por décadas como fertilizantes na China. Na área das inovações tecnológicas, a demanda por esses metais vem crescendo por conta das suas aplicações em diversos campos. Consequentemente, grandes quantidades desses elementos são acumulados em ambientes aquáticos atingindo o fitoplâncton. Assim, as microalgas que são organismos ecologicamente importantes na cadeia alimentar têm sido frequentemente usadas em estudos ambientais para avaliar a toxicidade relativa de várias descargas químicas e são largamente estudadas na detecção dos primeiros impactos no ecossistema. Somado a isso, são biomassas que possuem boa capacidade de biossorção de metais devido à presença de ligantes na sua estrutura que promovem a captação deles quando em solução. Dessa forma, as interações entre as microalgas verdes Monoraphidium e Scenedesmus e os íons La3+ e Ce3+ foram investigadas neste trabalho. Para isso, foram avaliados o efeito tóxico e a bioacumulação do La3+ pelas duas microalgas verdes. Adicionalmente, estudos em batelada da biossorção do La3+ e Ce3+ em soluções contendo os elementos isoladamente ou em combinação foram realizados. No estudo de toxicidade e de bioacumulação o meio de cultivo utilizado foi o ASM-1, com e sem presença de La3+ (10 mg.L-1 a 100 mg.L-1), onde o efeito tóxico do metal foi monitorado por análises micro e macroscópica das células e também pela quantificação do crescimento celular baseada em medidas da massa seca. A bioacumulação do metal foi avaliada da mesma forma para ambas as microalgas. Os resultados obtidos mostraram que o efeito tóxico do metal foi presente em concentrações iônicas de 50 e 100 mg.L-1 e que houve uma bioconcentração do La3+ em ambas espécies de microalgas, principalmente quando a concentração inicial do La3+ foi de 10 e 25 mg.L-1, mostrando que houve uma relação direta entre a bioconcentração e a toxicidade do La3+. O gênero Monoraphidium bioconcentrou mais metal que o gênero Scenedesmus. Os resultados da biossorção dos metais em solução monoelementar mostraram que as microalgas apresentaram grande capacidade de captação do La3+ (20,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 17,8 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.) e do Ce3+ (25,7 mmol.g-1 para Monoraphidium sp. e 11,5 mmol.g-1 para Scenedesmus sp.). Os resultados obtidos revelaram que os dados melhor se ajustaram ao modelo de Freundlich, na maioria dos casos. Em sistema binário, notou-se que houve uma menor captação de cada um individualmente, evidenciando uma competição entre eles pelos mesmos sítios ligantes e que ambas apresentaram maior afinidade pelo Ce3+

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Hovenia dulcis Thunberg, natural da Ásia Oriental, é cultivada no Brasil onde é conhecida como uva-do-japão. A espécie possui várias indicações na medicina popular e alguns estudos apontam o seu potencial antineoplásico, tripanocida e hepatoprotetor. Metabólitos secundários são substâncias não essenciais para a sobrevivência celular, mas que fornecem vantagens adaptativas aos vegetais, sendo atribuído, para algumas delas, atividades biológicas importantes. Substâncias de interesse medicinal têm sido obtidas por técnicas da cultura de tecidos vegetais, como a calogênese e a cultura de células em suspensão, que permitem a síntese de matéria-prima de forma contínua e homogênea, independentemente de fatores ambientais e sazonais. O presente estudo objetivou o estabelecimento de culturas in vitro de H. dulcis, visando à produção de metabólitos de interesse, com vistas à avaliação do seu potencial antineoplásico sobre células K562. Foram testados protocolos para o estabelecimento de diferentes sistemas, como culturas de calos, de células em suspensão (CCS) e compact callus clusters (CCC) e ainda a avaliação do uso de elicitores na otimização de metabólitos produzidos in vitro. Foi verificado que a adição dos fitorreguladores KIN e TDZ, substituindo o BAP, não foi capaz de induzir a formação de calos friáveis, bem como a manutenção das culturas em ausência de luz. O uso do nitrato de prata promoveu a friabilidade de calos em todas as concentrações testadas, considerando-se 2,0 mg.L-1 a melhor concentração. Foram alcançadas taxas de 100% de formação de CCS tanto na presença, quanto em ausência de AgNO3. O maior acúmulo de biomassa foi verificado na concentração mais baixa de PIC (0,625 mg.L-1). A análise dos espectros de RMN indicou a presença de (+)-dihidromiricetina, (+)-galocatequina, hovenitina II, hovenosideo G, hodulosideo III, hodulosideo IV, hodulosideo I e hovenidulciosideo B1 nas culturas de calos friáveis. No estabelecimento de culturas CCC, observou-se a formação de calos compactos verdes em todas as concentrações de ANA testadas. O aumento da velocidade de rotação para 135 rpm aumentou a dispersão das células com consequente formação dos agregados celulares desejados. A seleção de linhagens celulares demonstrou ser um método eficiente na uniformização do tamanho desses agregados e tal uniformidade se manteve estável por mais de cinco subcultivos em 100% das culturas. Uma fração rica em saponinas foi obtida a partir dos agregados celulares, correspondendo a 1,46% da massa seca. A análise por RMN sugeriu a presença das saponinas Hovenosideo G e dos hovenidulciosideos A2 e B2. O uso de elicitores em cultura de calos mostrou-se adequado à produção de metabólitos secundários, sem alterações morfológicas nos mesmos. A elicitação alterou o perfil cromatográfico analisado por HPLC. Na elicitação com 5,0 mg.L-1 de extrato de levedura foi verificado um aumento de quase três vezes (12,280 3,396 equivalentes de quercetina/mg de extrato) na síntese de flavonoides. Finalmente, os estudos de ação antitumoral in vitro demonstraram citotoxicidade dos extratos de calos não elicitados de H. dulcis sobre linhagem de leucemia mieloide crônica (IC50 de 74,05 μg.mL-1.) e inibição do crescimento de tais células (K562), sugerindo o potencial antineoplásico para um produto biotecnológio (calo) desta espécie.

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自然界木本植物在某些情况下可能面对淹水带来的胁迫伤害,木本植物对淹水的生理生态响应及适应机制的研究,不仅可以从机理上解释河岸带和消落区树种分布的规律,对于大型水库消落区的治理也能起到理论依据的作用,因此,木本植物对淹水的生理生态响应及适应机制历来是植物生理生态研究领域的热点问题之一。 三峡水库蓄水造成库区部分陆地岛屿化,这将对岛屿优势植物带来深远影响。短柄枹栎(Quercus glandulifera)、栓皮栎(Quercus variabilis)、马尾松(Pinus massoniana)是这些岛屿上的三种优势树种。在岛屿形成初期,应用生理生态学手段,在7月和9月分别对其水势和叶绿素荧光进行了野外测定,从而为岛屿化对植物生理生态影响的研究和监测提供重要的本底数据。研究结果表明马尾松较其它两种植物更耐旱。水势和Fv/Fm在清晨高中午低,经过一个晚上可以基本恢复,因此就目前状况看岛上的三种优势植物均生长健康。但是库区蓄水后,在淹水胁迫下植物的生理生态过程将如何变化,还需要后期的连续观测。 枫杨(Pterocarya stenoptera)、池杉(Taxodium ascendens)和栓皮栎(Quercus variabilis)是三峡库区河岸带和库塘消落区常见的植物,对于河岸带和库塘消落区的水土保持和水源涵养具有十分重要的作用。通过设计模拟淹水实验,研究了这三种植物对淹水的生理生态响应及适应机制。淹水对枫杨和栓皮栎生理生态过程的早期影响是快速降低了二者的最大净光合速率、气孔导度、最大光化学量子效率(Fv/Fm)。但经过最初的下降后,枫杨的最大净光合速率、气孔导度和最大光化学量子效率逐渐恢复,而栓皮栎的则持续下降。在试验过程中,枫杨和池杉均产生了有利于吸收氧气的不定根和肥大的皮孔,而栓皮栎没有产生不定根。随淹水时间的增加枫杨的叶绿素含量与对照没有显著差异;而栓皮栎的叶绿素含量在第33天后大幅降低,Chla/Chlb的比值下降。淹水后第10天和70天测定的清晨水势,受淹栓皮栎比对照高,而受淹枫杨比对照低。淹水导致池杉和栓皮栎的根/茎/叶膜质过氧化状态均呈现动态变化。淹水处理的栓皮栎根的MDA含量低于对照而池杉的高于对照,比如:淹水24天后,栓皮栎根的丙二醛含量是对照的73%;而池杉是对照的111.5%。淹水处理第10天和第24天两个种的叶和茎MDA含量均高于对照但第50天则略低于对照。淹水导致池杉和栓皮栎两个种的根/茎/叶可溶性糖含量呈现动态变化。持续淹水导致栓皮栎叶片可溶性糖含量相比于对照先略下降后上升,茎可溶性糖含量显著上升而根可溶性含量先下降后上升。而池杉根/茎/叶可溶性糖含量对照和处理之间差异不显著。淹水导致栓皮栎的比叶重(Leaf dry mass per area)持续升高,池杉的与对照没有显著差异。淹水导致栓皮栎的根系活力持续下降,池杉则开始时下降后又升高,这可能与池杉在淹水过程中产生了有利于吸收氧气的不定根,而栓皮栎没有产生不定根有关。 以上生理生态的实验结果说明相对枫杨和池杉,栓皮栎应属于对淹水较敏感的树种。并得到以下一些结论:1)间接支持了“长期淹水导致不耐淹种(如栓皮栎)库量减小,进而导致光合速率下降的负反馈效应”假说;2)淹水对不耐淹种光合速率下降的影响至少包括气孔开度降低、光化学量子效率降低和库尺寸下降导致的光合速率下调的负反馈效应(长期)三个生理生态原因;3)淹水对水势的影响与树种相关;4)淹水并未导致不耐淹种(如栓皮栎)根膜质过氧化状态上升,而是导致其下降。导致其下降的主要原因是根系缺氧造成的;5)淹水胁迫初期耐淹种(如枫杨和池杉)和不耐淹种(栓皮栎)均出现部分生理生态过程的下调,持续时间大概在1-10天内。随后耐淹种生理过程逐渐恢复而不耐淹种在略为恢复1-2天后逐渐下降到较低水平。耐淹种恢复的关键原因可能是不定根和肥大的皮孔的出现。 令人意外的是70天的淹水过程并没有导致栓皮栎的死亡,这说明该树种对淹水具有一定的忍耐能力。因此,栓皮栎分布于河岸带和消落区较高海拔处并很少受到季节性淹水影响的生理生态原因可能还包括其他方面。淹水后可能要面对土壤透气性恢复带来的生理干旱胁迫可能对栓皮栎的生理过程造成影响。因此进一步研究淹水后恢复过程中三个种的生理生态过程对于深刻理解河岸带和消落区树种分布的生理生态原因无疑具有十分重要的理论意义。

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Deep ocean sediments off the west coast of Africa exhibit a peculiar undrained strength profile in the form of a crust, albeit of exceptionally high water content, overlying normally consolidated clay. Hot-oil pipelines are installed into these crustal sediments, so their origins and characteristics are of great interest to pipeline designers. This paper provides evidence for the presence of burrowing invertebrates in crust material, and for the way sediment properties are modified through their creation of burrows, and through the deposition of faecal pellets. A variety of imaging techniques are used to make these connections, including photography, scanning electron microscopy and X-ray computer tomography. However, the essential investigative technology is simply the wet-sieving of natural cores, which reveals that up to 60% by dry mass of the crustal material can consist of smooth, highly regular, sand-sized capsules that have been identified as the faecal pellets of invertebrates such as polychaetes. Mechanical tests reveal that these pellets are quite robust under effective stresses of the order of 10 kPa, acting like sand grains within a matrix of fines. Their abundance correlates closely with the measured strength of the crust. While this can easily be accepted in the context of a pellet fraction as high as 60%, the question arises how a smaller proportion of pellets, such as 20%, is apparently able to enhance significantly the strength of a sediment that otherwise appears to be normally consolidated. A hypothesis is suggested based on the composition of the matrix of fines around the pellets. These appear to consist of agglomerates of clay platelets, which may be the result of the breakdown of pellets by other organisms. Their continued degradation at depths in excess of 1 m is taken to explain the progressive loss of crustal strength thereafter.

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No detailed food web research on macroinvertebrate community of lacustrine ecosystem was reported in China. The present study is the first attempt on the subject in Lake Biandantang, a macrophytic lake in Hubei Province. Food webs of the macroinvertebrate community were compiled bimonthly from March, 2002 to March, 2003. Dietary information was obtained from gut analysis. Linkage strength was quantified by combining estimates of energy flow (secondary production) with data of gut analysis. The macroinvertebrate community of Lake Biandantang was based heavily on detritus. Quantitative food webs showed the total ingestion ranged from 6930 to 36,340 mg dry mass m(-2) bimonthly. The ingestion of macroinvertebrate community was higher in the months with optimum temperature than that in other periods with higher or lower temperature. Through comparison, many patterns in benthic food web of Lake Biandantang are consistent with other detritus-based webs, such as stream webs, but different greatly from those based on autochthonous primary production (e.g. pelagic systems). It suggests that the trophic basis of the web is essential in shaping food web structure.

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Nannochloropsis sp. was grown with different levels of nitrate, phosphate, salinity and temperature with CO2 at 2,800 mu l l(-1). Increased levels of NaNO3 and KH2PO4 raised protein and polyunsaturated fatty acids (PUFAs) contents but decreased carbohydrate, total lipid and total fatty acids (TFA) contents. Nannochloropsis sp. grew well at salinities from 22 to 49 g l(-1), and lowering salinity enhanced TFA and PUFAs contents. TFA contents increased with the increasing temperature but PUFAs contents decreased. The highest eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5 omega 3) content based on the dry mass was above 3% under low N (150 mu M NaNO3) or high N (3000 mu M NaNO3) condition. Excessive nitrate, low salinity and temperature are thus favorable factors for improving EPA yields in Nannochloropsis sp.

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能量流动、物质循环和信息传递共同构成了生态系统三大功能。能量是维持生态系统功能与过程的动力,Jordan(1971)认为能量比干物质更能反映出群落对自然资源(特别是太阳能)的利用情况。Long(1934)率先用热值来表示植物所含能量的多少,此后关于植物热值的研究工作逐渐展开。我国的植物热值研究始于20世纪80年代(杨福囤等,1983;祖元刚等,1986),主要集中在海南(林益明等,2000)、福建(林益明等,2004)、广东(任海等,1999)和浙江(郝朝运等,2006)等热带亚热带植物群落以及内蒙古羊草草原(鲍雅静等,2003),但有关黄土高原地区的植被热值研究尚未见报道。子午岭林区是黄土高原主要的天然次生林区,其植被主要是在弃耕地基础上逐渐恢复起来的(邹厚远等,2002)。由于自然因素与人为因素的影响,子午岭的植被在恢复时间上存在较大差异,形成了处于不同演替阶段的各种植被群落类型。本研究选取的6个代表性植被群落分别是沙棘(Hippophae rhamnoides)群落、山杨(Populus davidiana)群落、白桦(Betula platyphylla)群落、油松(Pinus tabulaeform...

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在青藏高原东部的亚高山针叶林区,如何尽快恢复这一生态脆弱地区的植被,改变生态环境恶化的趋势,是一个十分重要的课题。光一直被认为是植物种间相互替代,尤其是森林演替过程中植物相互替代或植被恢复中的关键环境要素之一。植物能否适应林冠下或林窗中异质的、或多变的光照条件,对其在林中的生存、分布、更新以及森林动态都是非常重要的。 本文以青藏高原东部亚高山针叶林的主要森林类型——岷江冷杉林群落的几种树苗为研究对象,采用实验生态学、生理及生物化学等方法,通过模拟针叶林不同大小林窗内光照强度的变化,在中国科学院茂县生态站内采用遮荫处理设置6个光照梯度(100、55、40、25、15与7%全光照),来研究具有不同喜光特性的植物对光强的响应与适应机制,其研究结果可为揭示亚高山针叶林的演替规律、以及人工林下幼苗的存活与定居提供科学依据,也能为苗木的生产与管理提供科学指导,尤其是对针阔树种在不同光强下的响应与适应的比较研究,能为如何将阔叶树种整合到人工针叶林中提供新的思路。 光强对植物生长的影响 光强对植物的生长具有重要作用,不同植物在各自适宜的光强梯度下才能生长良好。通过一个野外盆栽实验,来研究不同光强对植物生长的影响(第三章)。主要研究结果如下,低光强下植物株高/茎生物量增加,说明植物会将生物量更多用于高生长,以便有效地拦截光资源;在强光下,植物将生物量更多地向根部分配,使得植物在强光下能够吸收更多的水分,而避免干旱胁迫。 在第一个生长季节,以相对生长速率(RGR)表示,红桦和青榨槭在100%全光照下RGR最大,粗枝云杉在55%最大,岷江冷杉在25-40%下较好;然而,在第二个生长季节,2种阔叶树的相对生长速率(RGR)的适宜光强则变为25-55%,云杉为55-100%,而冷杉为25-100%。可见,从第一年到第二年,2种阔叶树苗更适宜在部分荫蔽的条件下生长;而2种针叶树苗对光的需求则逐渐增加,这可能是增加对根生物量相对投资的结果,因为以这种方式,强光下生长的针叶树幼苗更能保持其内部水分平衡,其生长不会因干旱胁迫而受到严重影响。另外,严重遮荫会引起冷杉幼苗死亡。 植物对光强的生理适应 植物可以通过自身形态和生理特征的调整,来发展不同的光能利用策略从而能够在林中共存。通过一个野外盆栽实验,研究了不同光强下生长的几种树苗的生理特征(第四章)对不同光强的响应与适应。结果显示:强光下,粗枝云杉和红桦的光合能力增加,而岷江冷杉和青榨槭在中度遮荫(25-55%)的条件下光合能力最大。植物叶氮和叶绿素含量增高,而光补偿点和暗呼吸速率降低,这些都是植物对低光环境的适应性反应;而强光下植物叶片和栅栏组织变厚,是对强光的一种保护性反应。 植物对光的可塑性反应 不同植物会表现出对光适应有利的生理和形态可塑性反应。本文对第三章、第四章的实验数据进行可塑性指数分析,来研究植物对光强的表型可塑性反应(第五章)。结果显示,生理特征调整是植物对不同光环境的主要适应途径。红桦和青榨槭的可塑性指数平均值要大于粗枝云杉和岷江冷杉,充分表明这2种阔叶树在生理和形态上较强的可塑性更有利于对光环境的适应,而具有比耐荫树种更强的适应能力。另外,2种针叶树相比,云杉的适应性更强。本研究结果支持树种的生理生态特性决定了其演替状况和生境选择的假说。 植物的光抑制与防御 当植物叶片吸收了过多光能,会发生光抑制现象。植物对光抑制的敏感性及防御能力对其生长具有重要意义。本文通过两个野外盆栽实验,研究了生长在强光下(第六章)和变化光强下(第八章)植物的光抑制现象及其防御策略。结果表明,在强光下或从遮荫状态转入强光下,植物都会发生光抑制,其对光抑制的敏感性与植物的耐荫性(或喜光)和演替状态有密切联系。长期生长在强光下的植物受到光抑制是可恢复的,而当处于荫蔽环境的植物突然暴露于强光下时,受到的光抑制不能完全恢复,可能是(部分)光合机构受到破坏的缘故。粗枝云杉和青榨槭防御光抑制伤害的能力较强,热耗散是其防御光抑制的主要途径。长期的强光作用能使岷江冷杉和红桦发生严重光抑制,甚至光伤害,而红桦能够通过“凋落老叶,萌发新叶”的途径来适应新的强光环境。 How to restore the vegetation of subalpine coniferous forest in eastern Qinghai-Tibet Plateau, and change the trend of ecological deterioration is a very important issue. Acclimation of tree seedlings to different and varing light environment affects to a great extent the successful regeneration and establishment of subalpine coniferous forests in southwestern China’s montane forest areas, because the ability to respond to such changing resource are commonly assumed to be critical to plant success, and have a growth advantage than others. In this paper, several species seedlings in Abies faxoniana community were chosed to study the response and adaptation to light intensity and the interspecific differences of adaptability in six shaded sheds (100, 55, 40, 25, 15 and 7% of full sunlight) in the Maoxian Ecological Station of Chinese Academy of Sciences. Our results could provide a strong theoretical evidence for understanding the forest succession laws of subalpine coniferous forests, and the survival and settlement of seedlings under plantations, and provide scientific direction for the production and management of seedlings, especially the comparative studies of the acclimation to light between the conifer and broadleaf trees could provide new ideas for how to integrate the broad-leaved trees into the artificial coniferous forest. Growth under different light intensity Light intensity plays an important role on plant growth. One field experiments was conducted to study the growth of tree seedlings of Picea asperata, Abies faxoniana, Betula albo-sinensis and Acer davidii under different light intensities. The results showed that plants under low light environment could increase the specific stem length (stem length/ stem dry mass), in order to effectively intercept light resources, while biomass greater allocation to the roots, could make plants under high light environment absorb more water, and avoid drought stress. During the first growing season, the relative growth rates (RGRs) of Betula albo-sinensis and Acer davidii had the greatest values under the 100% of full light, for 55% of Picea asperata, and for 25-40% of Abies faxoniana. However, in the second growing season the the relative growth rates of the two broad-leaved trees changed and were appropriate for 25-55% of full light, for 55-100% of spruce, and for 25-100% of fir. Thus, from the first year to the second year, two broad-leaved seedlings maybe more suitable to partly shading environment, and two coniferous seedlings would have an increase in light demand, which may be an increased root biomass investment. Because in this way, seedlings grown under high light could better maintain their internal water balance, and thus its growth would not be seriously affected by drought stress. In addition, serious shading would cause fir seedlings to die. Acclimation of physiology to light Plants could coexist in forest ecosystem by forming different strategies of light use. One field experiments was conducted to study the acclimation of tree seedlings to different light intensity of Picea asperata, Abies faxoniana, Betula albo-sinensis and Acer davidii. The results showed that the photosynthetic capacity of Picea asperata and Betula albo-sinensis exhibited a general tendency of increase with more light availability; but for Abies faxoniana and Acer davidii seedlings, their highest values of the same parameters were found under intermediate light regime (i.e. 25-55% of PFD relative to full sunlight). Plants under low light environment could increase the specific stem length (stem length/ stem dry mass), in order to effectively intercept light resources. Leaf nitrogen and chlorophyll content increased, while dark respiration rate and light compensation points decreased, all of which were adaptive response to the low light environment. On the contrary, plants under high light environment had the thicken leaves and palisade tissue, which was a protective response to high light. Phenotypic plasticity to light Phenotypic plasticity can be exhibited in morphological and physiological processes. Physiological characteristical adjustment is the main for plant adaptation to different light environment.The means of plasticity indexes for Betula albo-sinensis and Acer davidii seelings were greater than Picea asperata and Abies faxoniana, amplied that the two broad-leaved trees were much more adaptable to the environment. In addition, spruce had the higher adaptablity than fir. The findings supported the hypothesis that the ecological characteristics of the species determined the biological status and its biological habitat selection. Photoinhibition and photoprotection to light Compared with conifer, broad-leaved trees could better change leaf morphology and adjust biomass allocation to adapt to changing light environment. However, excess light can photoinhibit photosynthesis and may lead to photooxidative destruction of the photosynthetic appatus. Two field experiments were conducted to study the photoinhibition of photosynthesis. The results showed that when plants grown under high light environment or plants transferred from low to high irradiance, the four tree seedlings would undergo a period of photoinhibition. In four species, photoinhibited leaves could recover to initial photosynthetic rates when they were long-term planted under high light environment. However, when plants were suddenly exposed to high irradiance, this photoinhibition could not be reversible, may be the photosynthesis apparatus were (or partly) photooxidatively destructed.