水稻分蘖逆制的可塑性生长发育试验和模型辅助分析: 应用植物生长模型缩减基因型与表现型的间隙

表现型是基因型和环境相互作用的结果，不同环境条件下给定基因型能表达为不同的表型，这是我们所熟知的植物表型可塑性。可塑性一方面帮助植物更好地适应不利环境，但我们也不得不承认可塑性，使得人们难以从表型直接理解基因功能。如今，基因组学快速发展允许解密基因更迅速便捷，甚至发现大量基因。因此，进一步理解可塑性过程的基因背景、理解基因和环境对表型的作用非常必要。由于从基因到表型非线性过程，从而引起基因型和表型差异，期望有效方法或工具能跨越这个横沟。植物生长模型已被开发用来模拟植物响应环境动态关系，并且将参数和环境整合到模型方法中。因此，普遍认为植物生长模型将在探讨复杂可塑性基因功能扮演重要作用。水稻是普遍应用在基因组学和功能基因组学典型的模式植物。水稻分蘖是重要的基因依赖环境敏感的过程，这是农学上非常关注的现象。本文将应用模型方法理解水稻分蘖逆制的可塑性。本研究设计了一个相对优化环境条件下，野生型水稻分蘖逆制试验，该试验有两个处理（1）手工剪切分蘖;（2）一个TDNA突变体，并分别设置对照。本试验在法国国际农业研究发展中心（CIRAD）温室开展，每个试验利用水培方法，培育植株50天左右（营养生长阶段）。在营养生长阶段，定期破坏性测量单个器官的鲜重、干重和单个器官的大小。本文尝试应用两个植物生长模型模拟和解释水稻响应分蘖逆制表型发育。GreenLab是一个植物结构数学模型，已被开发用来模拟植物结构动态和结构功能反馈。植物3D结构决定光捕获和生物产量，然后，生物量分配到新的器官，因此，器官形态结构将发生变化，新阶段的生物量生产将会更新。通过基于最小二乘法的CornerFit软件实现了模型参数优化。另一个模型EcoMeristem，基于作物模型和形态发生概念，用来模拟水稻分生组织活动、器官发生和形态过程等可塑性过程，内部竞争指数Ic主要与环境相关，参数主要描述基因功能。通过植物生长过程模拟与测量的优化，手工提取了模型参数。这两个植物生长模型演示了缩减基因型与表型之间的差距，并实现了水稻响应分蘖完全逆制的可塑性过程。GreenLab模型有一个极好的器官发生基础，但本研究限于单茎拓扑结构。另外，该模型有更长的时间步长，这对描述植物可塑性没有提供足够的分辨能力，这在EcoMeristem模型中得到了解决。很明显，EcoMeristem模型有更弱的结构基础，这可能蕴含了一些可塑性信息的缺失。总体而言，EcoMeristem模型有更专业的可塑性过程、基因环境理解和表达能力。

内蒙古毛乌素沙地不同生境油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)灌丛地碳动态研究

油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)是内蒙古鄂尔多斯高原特有的半灌木，构成该地区沙地优势植被类型。主要分布在固定、半固定沙丘，同时在流动沙丘也有少量分布。它在当地经济价值、防风固沙环保方面均处于无以取代的地位。在毛乌素沙地沙漠化日益扩大的严峻态势下,研究其群落地上、地下过程对生境变化的响应不仅对维持干旱、半干旱区生态系统稳定的管理措施上有所帮助，而且也有助于了解全球变化背景下物种对环境条件的长期变化适应策略。 为此，本项研究以毛乌素沙地为研究区域，利用异速生长关系确立不同生境油蒿生物量最佳回归方程，并调查、比较了毛乌素沙地固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘三个生境油蒿灌丛地的生物量、土壤和植被的碳储量、生产力和细根周转、土壤微生物生物量碳、氮和土壤呼吸。具体结果如下： 1. 建立并比较了油蒿枝、株两个水平上各部分（不含细根）生物量异速生长关系式，其中枝形态指标（枝直径BD、枝长BL、叶枝长LBL）与油蒿叶、枝、果各部分生物量的异速关系最好;株水平上冠层面积CA与其叶、枝干、果、粗根各部分生物量的回归效果较好。不同生境生物量与其生长变量的异速生长关系存在差异。2004年调查的油蒿灌丛生物量从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘分别是354.8，178.3和30.4 g m-2;各部分（叶、枝干、果、粗根、不同径级细根的)生物量都呈递减趋势。地下根与总生物量比值排序为固定>半固定>流动沙丘。不同生境细根生物量垂直分布存在差异，在固定沙丘根可至100 cm，半固定沙丘达90 cm，而在流动沙丘仅为60 cm，这些结果有助于使了解不同生境中的相同物种如何通过自身形态及其生物量调整来适应生境的差异。 2. 不同生境油蒿灌丛地植被碳储量和土壤碳储量在P < 0.05水平上差异显著，其中固定沙丘植被碳储量和土壤碳储量分别为224.04和7521 g C m-2，半固定沙丘是119.27和3029 g C m-2，流动沙丘是16.83和2300 g C m-2。可见沙区土壤有机碳远大于植被碳量。 3. 利用最大值减最小值方法、标准取样法和内生长土芯法研究了不同生境油蒿灌丛地的地上、粗根生产力和地下细根生产力。发现各生境生产力、细根周转都随着植被盖度增加而增加，地下根生产力与总生产力之比随着植被盖度增加而减少;不同生境油蒿灌丛地生产力在P < 0.05水平上存在显著差异，2005年总生产力范围在18.23-293.82 g m-2 yr-1之间;细根总周转率在0.16-0.54 yr-1之间。 4. 利用异速生产关系确立不同生境不同水平上油蒿叶面积的最佳回归关系式并对不同生境的比叶面积（SLA）进行了比较，其中枝水平上各生境叶面积与枝直径、枝叶长、枝长相关关系在P < 0.001水平上显著;株水平上各生境叶面积与株高、冠层面积相关关系在P < 0.001水平显著;从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘SLA由大变小，这可能与生境养分差异有关。 5. 不同生境油蒿灌丛地土壤微生物碳、氮和土壤呼吸范围分别在117.99-153.99 mg kg-1、1.49-3.31mg kg-1和0.54-1.96 μmol m-2 s-1之间，它们从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘依次下降。

库布齐沙漠两个不同土地利用类型生态系统呼吸比较研究

陆地生态系统的呼吸作用是全球碳循环的一个主要通量和响应全球变化的一个潜在的重要正反馈机制。研究陆地生态系统的呼吸作用特征及其对生物环境因子的响应具有重要意义。本实验利用涡度相关技术对内蒙古库布齐沙漠两个不同土地利用类型的生态系统（人工种植杨树林和天然的油蒿灌丛）2006年生长季（4-10月）的生态系统呼吸特征进行比较研究，并分析了控制生态系统呼吸（Re）的生物与环境因子。结果表明：在这两种生态系统中Re存在着显著的日变化和季节变化，两个生态系统之间Re也存在着显著差异。Re日平均最大值分别2.0 mol CO2 m-2 s-1和1.7 mol CO2 m-2 s-1，都显著低于其他类似生态系统。杨树林和油蒿灌丛的生态系统Re与空气温度都表现出明显的指数相关关系，温度敏感指数Q10分别为1.11和1.12。两个生态系统的Re都与土壤水分含量呈显著的线性正相关关系，表明库布齐沙漠的生态系统的Re受到了土壤水分条件的限制。杨树林和油蒿灌丛生态系统呼吸Re都与叶面积指数的有线性回归关系，说明叶面积指数对生态系统呼吸有很好的指示作用。 本文还选择了两个生态系统内四种常见的土壤覆盖类型（分别是：杨树林生态系统的沙地SL和低洼地BL;油蒿灌丛生态系统的灌丛间BS和灌丛内WS），利用动态密闭气室测定了5-9月土壤呼吸的季节动态以及植株尺度的小尺度空间异质性。结果表明：1）不同土壤覆盖类型的土壤呼吸存在着很大的差异，其中低洼地BL和沙地SL分别有着最大和最小值，灌丛内WS的土壤呼吸要明显高于灌丛外BS。根生物量是导致它们之间差异的主要原因。2）土壤呼吸与土壤含水量之间的线性关系表明，土壤水分是两个生态系统土壤呼吸的限制因子。3）两个生态系统土壤呼吸存在着明显的小尺度差异，在靠近植株（0.5m内）地方的土壤呼吸的值明显高于距植株0.5m外的值，而0.5m外的土壤呼吸没有显著差异。小尺度土壤呼吸与根生物量之间明显的线性关系，说明根生物量是导致小尺度土壤呼吸差异的原因。本实验对沙漠生态系统的土壤呼吸和生态系统呼吸特征及其影响因子的研究，对准确的估计这一地区的碳收支有很大的帮助，为深入的理解干旱半干旱地区的生态系统碳循环提供了有价值的信息。

北方农牧交错区土地利用（管理）方式对土壤氮素转化的影响

土壤氮素矿化是陆地生态系统氮素转化的重要组成部分。不同的土地利用（管理）方式会改变土壤氮素转化过程，影响土壤肥力的保持，进而可能造成土壤内氮素渗漏流失。为系统了解内蒙古农牧交错区土壤氮素转化的特点，本实验采用原位培养顶盖埋管法进行野外培养，每间隔一个月定期取样，于2004年7月-2006年10月在植物所恢复生态学实验站进行了两个试验，1：选择农牧交错区四种有代表性的土地类型（围封样地：FS，放牧样地：GS，弃耕地：AF，和农田：CF），比较土地利用方式之间氮素矿化的异同;2：在施肥样地通过不同施肥处理(F0: 1g N m-2, F1: 1g N m-2, F2: 2g N m-2, F3: 4g N m-2, F4: 8g N m-2, F5: 16g N m-2, F6: 32g N m-2, F7: 64g N m-2) 的土壤氮素转化动态，确定过度放牧的典型草原围封禁牧后，植被恢复过程中最适宜的施肥量。主要结论如下： 1. 与试验初期相比，整个非生长季围封样地、弃耕地和农田的铵态氮和无机氮含量逐渐降低，培养结束时铵态氮含量分别减少了67.04％，77.31％和70.54％，而放牧地的含量增加1.63％。围封样地、放牧地、弃耕地和农田的硝态氮含量分别增加了61.61%，376.43%，199.75%和133.16%。非生长季四种土地类型的土壤氮素转化速率主要受温度影响。围封样地、放牧地、弃耕地和农田非生长季矿化速率均值分别为-0.016，0.0429，-0.0051和-0.0030 μg g-1 d-1。硝化速率均值变幅为-0.43-0.17 μg g-1d-1。 2. 与没有冷冻而融化的土壤相比，冻融显著影响土壤无机氮含量的变化。只有在较低的土壤温度条件下冷冻以后，融化才会促进土壤氮素矿化。不同的冷冻时间长度下融化均会促进土壤硝化速率。土壤温度、土壤含水量变化是影响氮素转化速率的重要因子。 3. 四种土地类型的年日均矿化速率为放牧样地>农田>弃耕地>围封样地，分别为0.25，0.11，0.10，0.06μg g-1d-1，其年平均速率分别为11.65，5.50，5.00和2.46g m-2 y-1，而年日平均硝化速率分别为0.27，0.095，0.097和0.05μg g-1d-1。其中生长季日均矿化速率和日均硝化速率均为其年日均速率的两倍。因此，生长季形成的矿化氮是全年的93％，而形成的硝态氮占全年的86％。四种土地类型年均矿化氮的累积量平均为615.04 kg ha-1，而硝化作用的累积量变幅为230.44-1218.86 kg ha-1。四种土地类型的矿化速率和硝化速率的季节动态变化与气候因子的变化一致。 4. 不同施肥处理对典型草原土壤氮素转化均有显著影响。与对照相比，少量施肥（F1，F2）土壤铵态氮，硝态氮和无机氮含量分别减少20.57％，11.18％和17.18％。当施肥量大于F4（8g N m-2）时，随施肥量增加土壤铵态氮，硝态氮和无机氮含量增加18％-1191％。除F5（16g N m-2）外，与对照相比，随施肥量增加，土壤矿化速率增加了5-21倍。4 g N m-2 (F3)左右是典型草原生态系统比较合适的施肥量。 5. 氨气挥发速率的季节动态特征与气象因子的变化一致，其速率变幅为17.65 - 1228.39µg m-2 d-1，其中7月挥发量占全年的37％。与对照相比，少量施肥氨气挥发速率降低了1-2％，施肥量大于F3 (4g N m-2)，速率增加了1-4倍。实验期间总的流失量变幅为23.76-84.91mg m-2，而且通过氨气挥发流失量低于土壤全氮的3%。氨气挥发不是典型草原过量氮素流失的主要方式。 6. 氮素限制的典型草原，植被恢复过程中外源氮素添加阈值为：4 g N m-2 (F3)。与对照相比，短期施肥（3年）不会显著影响根系碳储量和土壤碳氮储量。施肥处理的土壤硝态氮和无机氮含量显著增加，说明施肥显著刺激硝化作用。典型草原60%植物根系主要分布在地下0-10cm，这里的碳储量占地下储量（0-50cm）的63%以上。随土壤深度增加，土壤全氮，全碳，无机氮储量降低。而铵态氮储量和可利用的无机氮含量随土壤深度增加，说明植物根系主要吸收利用上层可利用氮素，而且下层氮素矿化速率降低。

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。

开垦和放牧对内蒙古半干旱草原蒸发散的影响

为了研究开垦和放牧对内蒙古半干旱草原生态系统蒸发散的影响，我们以内蒙古锡林郭勒盟多伦县的草地和农田以及锡林浩特围封草地和退化草地为实验样地，利用涡度协方差技术对四个样地2006-2007年的蒸发散和微气象因子进行连续测定，探讨开垦和放牧对内蒙古半干旱草原生态系统蒸发散的影响及其驱动机制。同时利用稳定同位素技术区分多伦半干旱草原生态系统蒸发散的组分，初步探讨生态系统蒸发散各组分的变化特征及其驱动因子。 在观测的两年里，四个生态系统的年蒸发散接近或超过了年降雨量。在较湿润年份（2006年）的生长季（5-9月），开垦使得半干旱草原的蒸发散降低了15%，而在较干旱年份（2007年）降低了7%。放牧在2006年生长季期间使草原生态系统蒸发散降低了13%，而在2007年生长季里，围封草地和退化草地的蒸发散没有显著性差异。开垦和放牧造成的土壤含水量显著下降是生态系统蒸发散降低的最主要的原因。此外，农田开垦改变了植被的种类和物候特征，缩短了植物的生长期（农作物的生长期主要是6-8月，而草地的生长季一般为5-9月），是造成农田整个生长季的蒸发散比草地低的另一个原因。干旱年份降雨量少、土壤含水量低，限制了植被的生长，降低了冠层导度，从而导致了植物蒸腾的下降。另一方面，在干旱年份，开垦和放牧增加了草原生态系统蒸发散对土壤含水量变化的敏感性，表明未来降雨格局的变化不仅直接通过影响土壤含水量来改变蒸发散，而且会影响蒸发散和土壤含水量之间的相关性。 通过研究生态系统对不同强度和不同时间降雨的响应表明，> 3 mm的降雨会增加内蒙古半干旱草原生态系统的土壤含水量和蒸发散，对内蒙古半干旱草原生态系统关键过程有效。雨后1-2天蒸发散达到峰值，之后下降。多数大的降雨事件后，农田和退化草地蒸发散峰值比相对应的草地高，之后下降的也快，这与植被的生长状况、凋落物的量和地面的裸露程度有关。雨后土壤含水量和蒸发散的变化与降雨事件的大小呈正相关的关系，并且蒸发散的变化与土壤含水量的变化有显著的线性相关性，说明了土壤含水量是影响蒸发散变化的主要因子。土壤含水量初始值和干旱期的长短会影响内蒙古半干旱草原生态系统蒸发散对降雨的响应。土壤含水量初始值低会增强蒸发散对降雨的响应，而土壤含水量初始值高时，蒸发散对降雨的响应会下降。干旱期长会增强蒸发散对降雨的瞬时响应。围封草地由于有凋落物的缓冲和保水作用，未来降雨强度的增加会促进围封草原植被的生长;而退化草地地表裸露，对大的降雨事件缓冲作用小，地表径流和土壤蒸发强烈，不利于保水和植被的生长。因此，未来极端降雨事件频率的增加和干旱期的延长势必会对半干旱草原生态系统产生影响，尤其对退化草地产生不利影响。 为了进一步了解蒸发散组分的变化规律及其驱动因子，我们利用稳定同位素与微气象技术相结合的方法，区分半干旱草原生态系统蒸发散的组分。区分结果表明，在2006年和2007年整个生长季期间，植物蒸腾均为蒸发散的主要形式，在2006年和2007年生长季期间植物蒸腾占蒸发散的比例分别为88%和73%。影响植物蒸腾的因子主要是净辐射、大气相对湿度、土壤含水量和叶面积指数;影响蒸发的因子主要是大气相对湿度、土壤含水量和风速;而影响蒸发散的因子主要是净辐射、大气相对湿度、土壤含水量和风速，说明了这些水分流失过程受到不同环境因子的驱动。此外，我们根据一个简单的模型把同位素方法区分的蒸发散组分外推到整个生长季，结果表明，在2006年和2007年整个生长季蒸腾与蒸发散的比例高，并且蒸腾与降雨量的比例高，由此说明，半干旱草原生态系统植被能够有效地利用水分，雨水利用效率高。生态系统总初级生产力（GPP）与植物蒸腾（T）存在明显的正相关关系，从5-8月，生态系统水分利用效率（GPP/T）逐渐升高。 我们的研究结果表明：人类的活动如开垦和放牧通过改变植被类型、土壤持水能力和蒸发散对土壤含水量的响应，降低了草原生态系统的蒸发散，增加了生态系统蒸发散对降雨响应的敏感性，不利于土壤的保水和植被对水分的利用。半干旱草原生态系统蒸发散组分的稳定同位素技术区分，为进一步从新的角度探讨土地利用方式的改变对草原生态系统蒸发散影响的生理机制提供了可能。

内蒙古多伦草原土壤微生物多样性对全球变化的响应

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

内蒙古多伦典型草原植物多样性与生产力的关系及其对水分梯度的响应

为了研究草地群落发展的初期阶段物种多样性和生产力的关系及对降雨梯度的响应，同时确定草地群落面对降雨量的波动时物种多样性和地上生物量稳定性的关系，我们在2004-2005年在内蒙古草原进行一个为期二年的实验。我们在降雨梯度内（增雨、对照、减雨）模拟群落物种丰富度（4种，8种和14种）。我们的结果表明，在草地群落早期阶段观测到的物种丰富度及地上生物量的关系不同于群落发展成熟稳定时的关系。我们发现：1）无论是在群落水平还是功能群水平，盖度相对物种丰富度都是一个决定群落地上生物量的重要因素； 2）不同植物功能群表现出不同的物种丰富度-地上生物量的关系。这可能是因为不同功能群植物的横向扩展能力不同导致；3）在群落水平和豆科固氮功能群，地上生物量随着土壤含水量的增加而增加，但禾本功能群和非豆科非禾本功能群的关系不显著；4）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大；5）在我们实验中，具有较高的物种丰富度植物群落的地上生物量比那些物种丰富度低的群落较为稳定，我们的研究结果因此支持“保险假说”；6）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。 为了补充2004-2005年实验结果，我们在2006年同一个实验样地进行了另一个实验。2006年实验土壤经过翻耕平整，然后选择植物幼苗移载。在这种情况下，我们发现：1）物种组成是决定地上生物量一个关键因素；2）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大; 3）混合群落表现出超产效应，物种丰富度高的群落超产的比例较高；4）在三个水分处理梯度都没有发现物种丰富度和群落可靠度存在相关关系；5）在所有水分处理样方都发现地上生物量和土壤含氮量呈现非常显著的负相关关系；6）土壤含氮量和土壤含碳量与土壤湿度呈现非常显著的正相关关系；7）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。

增温与土地利用变化对青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量影响的研究

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

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。

火烧、施肥、刈割及其交互作用对草原土壤净氮矿化的影响

我国北方温带草原地处干旱半干旱区，是欧亚大陆草原生物区系的重要组成部分，也是我国重要的畜牧业生产基地。土壤氮素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，了解其矿化和可利用性对各种人为干扰因素的响应，有助于我们充分认识草地退化机理，维持草场生产力并进一步促进畜牧业的可持续发展，为草地恢复、重建和维护提供理论依据。本实验在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的多年围封退化样地，分别实施了火烧、施肥、刈割及其交互作用的人为干扰处理，利用原状土野外培养的方法，在两年时间中，研究不同的人为干扰因素（火烧、施肥、刈割及其交互处理）对土壤净氮矿化作用的影响。 火烧显著影响草原的氮循环过程，季节和年际的气候变化参与调节氮循环对火烧处理的响应。多年围封后的初次人工火烧处理显著降低了第一个生长季（2006 年生长季）和其后冬季的土壤净氮矿化速率，但是，火烧处理仅在冬季对土壤无机氮含量产生显著降低作用；2007 年生长季，火烧处理对土壤净氮矿化速率和土壤无机氮含量没有显著作用，但是在个别月份，不同的火烧频率对土壤净氮矿化速率和无机氮含量的影响表现出差异。2006 年生长季，未火烧样地和火烧样地净氮矿化积累量分别为3.07±0.26 g N m-2 和2.18±0.21 g N m-2；冬季，未火烧样地和火烧样地净氮矿化积累量分别为1.18±0.25 g N m-2 和0.51±0.08 g N m-2；2007 年生长季，未火烧样地（BC）、每年火烧样地（B1）和两年一烧样地（B2）净氮矿化积累量分别为1.32±0.21 g N m-2、0.54±0.30 g N m-2 和 0.77±0.24 g N m-2。较为湿润的2006 年生长季的净氮矿化积累量显著高于较为干旱的2007 年生长季，冬季也存在相当丰富的净氮矿化积累量。我们推论，长时间围封后的单次火烧处理对土壤净氮矿化作用的影响可能是短效的，但是年际间气候变化对土壤净氮矿化作用影响显著。 施肥显著提高了土壤的无机氮含量，并且与施肥梯度呈显著正相关关系。施肥对土壤无机氮含量的影响具有累加效应，第一次施肥和第二次施肥后的首次取样，+N5.25 、+N17.5 、+N28.0 三个施肥梯度的样地土壤无机氮含量比未施肥样地分别高出56%、219%、1054%和514%、891%、1811%。施肥处理在2006 年和2007 年对土壤净氮矿化作用都没有显著影响，仅在2007 年的个别月份有一定效果。以上结果说明，无机氮肥的添加可以明显提高土壤中无机氮的含量，满足植物生长的需求，但对于土壤氮转化过程的影响可能还要受其它环境和生物因子的制约。 刈割对土壤无机氮含量和净硝化速率没有显著作用，对土壤净氮矿化速率仅在个别月份表现显著效果。2007 年生长季，未刈割样地和刈割样地净氮矿化积累量分别为1.32±0.21 g N m-2 和1.08±0.35 g N m-2，不存在显著差异。我们推论，长期围封后的单次刈割处理在短期内对生长季的土壤氮动态仅有微弱影响，并且这种效果还可能受水分因素的制约。 火烧、施肥、刈割的交互处理在2007 年生长季对土壤无机氮含量产生显著作用，但是，对土壤净氮矿化速率和净硝化速率没有显著效果，然而，在不同的取样时间，火烧、施肥、刈割的交互处理对土壤无机氮含量、净氮矿化速率和净硝化速率的影响存在显著差异，说明火烧、施肥、刈割的交互处理对土壤无机氮和净氮矿化作用的影响可能受各种环境因子的制约，尤其是在水分相对缺乏的半干旱内蒙古草原，非生物因子和生物因子可能共同影响着土壤中的氮平衡。 本研究初步分析了长期围封后火烧、施肥、刈割及其交互处理对土壤净氮矿化的影响，初步探究了人为干扰和环境气候变化对土壤可利用性氮的调节作用，为科学地进行禁牧、割草、人工养份添加等草原管理提供了数据支持。

微藻光合放氢的生理生化调控及生物技术研究

氢能将是主宰未来世界的主要能源之一，氢能的研究开发已经成为世界各国能源研究的重要方向。微藻光合制氢，因其无污染、可再生，成为生物制氢领域最有应用前景的研究方向之一。 本论文选取模式植物莱茵衣藻、经济藻种钝顶螺旋藻作为实验材料，对微藻光合放氢的生理生化过程调控及相关生物技术进行综合研究。获得的主要成果如下： （1）建立起微藻两步法放氢的技术平台和批次培养的回馈监控模式;同时，运用离子色谱追踪整个放氢过程中的离子变化，我们的实验结果证明对于衣藻两步法放氢而言，乙酸的存在是必要条件之一。这个结果与文献报道不尽相同，值得进一步深入地研究。 （2）筛选出一株联合固氮菌，摸索出藻菌共培养的培养基合适配置和活性控制条件;在两步法放氢的基础上，充分利用藻菌之间的优势互补，设计构建藻菌共培养放氢体系，与两步法放氢比较，该体系能提前12小时进入放氢状态，提高单位叶绿素放氢效率1倍左右，延长体系稳定时间近20小时。 （3）利用固定化技术获得高产氢效率，去固定化后持续产氢是我们设计出微藻连续放氢的一个特点。同时，摸索出衣藻放氢过程中的间歇进料进流程序，使连续放氢时间可达3周左右。 （4）实验证明两步法放氢技术，并不适用于螺旋藻;同时，在摸索建立螺旋藻的藻菌共培养放氢体系过程中，发现非致病性肺炎克雷伯氏杆菌培养液可以破碎螺旋藻细胞，这种全新的提取藻蓝蛋白的方法，具有节约成本，便于操作，温和均匀的独特优势。 （5）在连续放氢体系中加入适量蔗糖做底物和引物，剩余存活的菌可以继续利用提取藻蓝蛋白后剩余螺旋藻藻渣和放氢后死亡的衣藻进行发酵放氢，可获得更高产率的氢气，之后继续利用光合细菌进一步放氢，形成连续放氢网络，这一步还在探索之中。 作为一项应用基础研究，从三角瓶里的实验到工厂化生产还有很长的路，希望本实验的工作能为以后同类研究提供一些有用的信息和启发。

Chemical analyses of some Ceylon fishes - 2

Sri Lanka is an island surrounded by the Indian Ocean. Many varieties of marine species of fishes are caught in waters surrounding the island. The catches vary from coast to coast with the monsoonal fluctuations. The island is geographically situated in the tropical latitudes of high rainfall. The topographical landscape presents a central cluster of peaks surrounded by vistas of plains. Hence inland water bodies rise and meander in different directions of the country resulting in heterogeneous habitats yielding a host of freshwater fishes. As the different types of marine and freshwater fishes are manifold, an investigation into the nature and constituents of various species from a chemical standpoint was initiated by Lantz and Gunasekera (1957). Their paper was with a view to rendering possible a better commercial utilization of fishes. The present work is an extension of the above with necessary deviations. Lantz and Gunasekera (1957) had published results of 30 species of Sri Lanka fishes. The present paper introduces results of 5 species and investigations are being continued to cover other species. Investigations appearing in this paper were on fish samples obtained from different sales points in Colombo.

A survey of process hygiene in the Sri Lankan prawn industry. 1. Hygiene status of raw materials and products

A survey of processing hygiene in the Sri Lankan prawn industry has shown that the incoming raw material has extremely high bacterial loadings; about 50% of samples analysed had a total count in excess of 10,000,000/g. Although beheading reduces the count, ineffective temperature control during processing means that the final total count of raw, shell-on, P.U.D. and P.A.D. prawns, as well as cooked prawns, is in excess of 1,000,000/g. - the maximum level specified by many importing countries.

置于真空室和分子泵、油封机械泵间的半导体冷阱装置

本实用新型公开一种真空室和分子泵、油封机械泵间的半导体冷阱装置。半导体冷阱为一真空容器，在容器里，四周置有塔状的器件。器件是由金属板、半导体致冷器件、感温探头、金属水冷板、水管组成，半导体致冷器件居金属板和金属水冷板间，感温探头粘接在金属板上，金属板在半导体致冷器件的上方，导线的一端和半导体致冷器件连接，另一端和容器外的真空密封电极连接；金属水冷板下方设有水管，水管接冷却水管引出口。感温探头通过导线与控制器连接。本实用新型克服目前在真空室和主泵、粗抽管道和粗抽泵之间增加捕油液氮冷阱和氟里昂制冷障板的不足，有效的阻挡油封机械泵对真空粗抽系统的返油，克服或减少油气对真空系统的危害，从而提高了真空系统的真空度，满足加速器工作要求。