川西亚高山森林生态系统辐射传输研究

辐射传输研究是贯穿森林生态系统的纽带，太阳辐射为植物的生长发育提供光合能量、适宜的环境温度以及发育信息。一方面，气候变化使到达地面辐射能的质和量发生变化，影响到植被的生长发育，改变森林的结构，而森林结构的变化又会影响林冠内辐射能的分配和质量，这些变化会进一步影响到林下土壤温度，改变森林根系活性以及土壤营养转化的效率；连锁反应的结果有可能会使森林生态系统的生产力发生变化，改变碳素和氮素源库的调节方向，从而反馈影响地球气候系统。另一方面，人类作为生态系统的成员，必然需要森林生态系统为其提供更多的原材料和更好的生态服务功能，如何实现这些目标，就需要人类适度调整干预方式和频度，达到预期的目的。本文在建立适合于川西亚高山森林的叶面积测量技术、光照辐射模型和土壤温度变化模型的基础上，对川西亚高山地带森林生态系统的辐射传输特征进行了分析，并从森林结构的角度探讨了林分内的辐射分布以及对土壤温度的影响。主要成果如下： 1. 提出了一种照相法测量叶面积的方法。通过对摆放在平面上的叶片照相，利用投影变化，把非正射图像转化为正射图像，然后经过计算机图像处理得到每一片叶片的面积、周长、长度、宽度等信息。这种方法可使用户以任意方向和距离拍摄处于平面上的叶片，能同时处理大量的叶片，适于野外离体或活体叶片测量。叶片面积分辨率可调，分辨率可以与常用的激光叶面积仪相近甚至更高，而且叶片图像可以存档查询。 2. 提出一种模拟林内光照变化的模型。利用林冠半球照片，记录视点以上半球内的林冠构件空间分布，作为林冠子模型；天空辐射子模型采用国际照明委员会(CIE)的标准晴天和阴天以及插值模型。该模型能够模拟林下某一位点处的实时光斑变化。 3. 提出一种土壤温度变化模型。把土壤视为具有容量和阻力性质的结构，利用电阻和电容器件构建土壤能量分布模型。外界太阳辐射能经过植被以及其它一些能量分配器后进入土壤，其中有一部分转化为土壤势能，即土壤温度。土壤温度的变化类似于电池的充放电过程。在已知模型参数的情况下，可以从太阳辐射计算土壤温度的变化。在模型参数未知的情况下，通过输入和输出值推算模型的参数，而模型参数中的时间常数与土壤组成和含水量有关，这样就可以知道土壤水分的变化情况。 4. 从王朗亚高山森林典型样地林分结构的测量获得林地三维结构图、树冠形态、叶面积密度等参数，这些参数输入到Brunner (1998)开发的tRAYci 模型中计算出一段时间内林分任意位置处的光照值。与林下辐射计测量值以及半球照片计算结果的比较，该模型基本上能够满足对林分光环境了解的要求。 5. 从川西亚高山森林生产力的角度，探讨了森林生产力研究的方法以及川西地区的研究历史和成果，发现了其中的一些规律和问题，特别是在叶面积测量上，还没有使用标准的叶面积指数定义。综合来看，川西地区针叶林叶面积指数(单位土地面积上植物冠层总叶面积的一半) 应在4-5 之间。降雨丰富的华西雨屏带是川西地区森林生产力最高的地区，而向西北森林生产力逐渐降低。川西地区云冷杉林森林生产力平均约为600 gDM m-2 a-1，但是根据辐射能计算的潜在生产力则达到1800 gDM m-2 a-1。实际与潜在森林生产力的巨大差异说明其它因子对生产力的影响。 6. 王朗亚高山3 个典型森林林分中，白桦林样地(BF) 林下草本以糙野青茅、牛至、紫菀等喜阳性物种为主，林下透光度较高；冷杉林样地(FF) 林下透光度最低，以喜阴性物种水金凤、蟹甲草、囊瓣芹等为主；而云杉林样地(SF)林分林龄最大，林下透光度介于冷杉林和白桦林之间，草本层仍然以喜阴性物种东方草莓、紫花碎米芥、酢浆草等为主。冷杉林和云杉林的灌木层也很丰富，卫矛属、五加属、茶藨子属、忍冬属植物很丰富，而在白桦林则以栒摘要子属、榛子属、鹅耳枥属等植物为主。藓类植物在云杉林中最丰富，并且形成毯状层，其它两个林分则很稀少。3 个样地林分结构与林下光环境有很强的相关性，从光环境特征可以在一定程度上推测林分的结构。各样地单纯从乔木层材积推算的NPP 排列顺序为BF>FF>SF，与林下辐射透射率和林分年龄的顺序相同，暗示辐射对群落演替过程的驱动作用。 7. 用半球照相法测得BF、FF 和SF 3 个样地的有效叶面积指数以SF 样地最高，BF 最低。如果考虑针叶树叶片在小枝上的丛聚分布，利用北方针叶林的数值进行校正，则SF 样地LAI 显著增加(达到89%)，其它样地的LAI 基本不变甚至有所下降。校正后的数值与文献中地面测量的结果较相近，说明在使用半球照相法测量川西亚高山针叶林LAI 时必须加以校正。 8. 在3 个样地中，白桦、岷江冷杉和方枝柏种群为丛聚分布，紫果云杉在FF和SF 样地中基本上为随机分布。3 个物种出现丛聚分布的最短距离约为2m，在最短距离以内则为随机分布。最短距离可能与树冠大小有关，种子传播特征以及对光照的需求状况可能是造成这种分布格局类型的原因。 Radiative transfer plays a key role in forest ecosystems. Solar radiation providesenergy for photosynthesis, appropriate ambient temperature and development informationfor plants. However, quality and quantity of radiation reaching land surface are affected byweather and subsequently influence the growth and development of plants, which in turnchanges the budget of radiation in forest. Soil temperature changes with the variation ofradiation under forest canopy and influences the activity of roots and rate of nutrientturnover. Thus, any changes of radiation will induce chain reactions in the entireecosystem and display in the value of net primary productivity which will possibly shiftthe relationship between carbon source and sink at local or regional scale and feed back tothe global climate system. On the other hand, as a component of ecosystems, humanbeings of course need to demand more materials and better service from ecosystems. Forthese purpose, man must adapt their pattern and frequency of interference to ecosystems.This paper aims to research on the canopy structure, the radiation distribution and theirinfluence on soil temperature from the process of radiative transfer in subalpine forestecosystem of western Sichuan. The main results are: 1 Present a new photogrammetric method for leaf area. The main idea is to convertnon-vertically taken images of planar leaves to orthoimages through projectivetransformation. The resultant images are used to get leaf morphological parametersthrough image processing. This method enables users to take photos at almost anyorientation and distance if only the leaves are placed on same plane, and to processlarge quantity of leaves in a short time, which is suitable for field measurement. Theresolution of leaf area is adjustable to fit for special requirement. 2 A model using hemispherical photos combining with solar tracks and radiation courseis provided to simulate light variation in forest. The hemispherical photos of canopyrecord the real spatial distribution of each element of plants viewed from a point. Skyradiance is simulated with CIE standard clear sky or cloudy sky model. This modelcan be used to simulate real time light variation under canopy. 3 Present a soil temperature model. Soil could be regarded as a body of resistor andcapacitor. Some of the budget of solar radiation in soil body is transformed into soilpotential energy, the soil temperature. Variation of soil temperature is driven by solarradiation, vegetation, soil properties, etc. This model has two parameters, one of whichis time constant and is related to soil water content. The inversed model can be used tosimulate the variation of soil water. 4 By using model tRAYci developed by Brunner (1998), the 3-D distribution of light inthree subalpine forest stands of Wanglang Nature Reserve has been simulated andvalidated with value of radiometers in these stands. This model can basically satisfythe need for understanding light regimes of these stands. 5 Present some principles and questions of NPP (net primary of productivity) researchesin western Sichuan. The standard leaf area index (LAI) defined by Chen and Black(1997) has not been used in this region. Total leaf area and projected leaf area indexare still used in NPP researches which may differ around 1-fold in magnitude. Thestandard LAI which is a half of total leaf area above unit land area should be between4 and 5 for typical subalpine coniferous forest of western Sichuan concluded fromliteratures. The maximum forest NPP occurs in West China rain belt and decreasesnorthwestwards. Average NPP of spruce-fir forest in western Sichuan is about600gDM m-2 a-1, which is below the potential NPP of 1800gDM m-2 a-1 based onmeasured radiation in this region. The significant difference between potential and realNPP suggests that other factors influence the growth of stands. 6 In the three subalpine forest stands of Wanglang Nature Reserve, herbage layer ofAbstractbirch stand (BF) with age of 40 is dominated by heliophytes of Deyeuxia scabrescens,Origanum vulgare, Aster tongoloa etc.. However, both of the other two stands aredominated by shade tolerent species, such as Impatiens noli-tangere, Impatiensdicentra, Cacalia deltophylla and Pternopetalum tanakae etc. in fir stand (FF) withage of 180 and Fragaria orientalis, Cardamine tangutorum and Oxalis corniculata etc.in spruce stand (SF) with age of 330. Shrub species in the latter two stands arerelatively rich, typical dominant genera being Euonymus, Acanthopanax, Ribes andLonicera. Birch stand has relatively sparse shrubs dominated by genera of Cotoneaster,Corylus and Carpinus. Mosses are significant only in spruce stand. The canopystructure controls the light regime of stand, which influence the composition of herblayers beneath the canopy. This light regime-community structure relationship can beused to infer the herb community from canopy structure. The NPP derived from timbervolume of arbor layer of the three stands decreases from BF to SF, which is in thesame order of transmitted total radiation under canopy and age of these stands,suggesting the driving effect of radiation in the succession of community. 7 The highest effective LAI of the three stands obtained by hemispherical photos is inplot SF and lowest in plot BF. After rectification of the clumping effect of leaves onshoot, the real LAI in plot SF increases significantly (89%) and approximate to theaverage LAI of coniferous forest in western Sichuan. Therefore, the LAI obtainedfrom hemispherical photos needs rectification for clumping effect. 8 Spatial distribution pattern for Betula platyphylla, Abies faxoniana and Sabinasaltuaria is clumpy, but Picea purpurea almost random in plot FF and SF. The shortestdistance for clumpy distribution for Betula platyphylla and Sabina saltuaria is 1.5m,and 2m for Abies faxoniana. And random pattern for these trees is exhibited within thisrange which almost coincides with the diameter of crown. Seed dispersalcharacteristics and light requirement may be the reason for different spatial pattern.

三种豆科灌木对干旱胁迫的响应与适应

干旱胁迫是全球范围内影响植物生存、生长和分布的重要环境因子。岷江上游干旱河谷区，由于生态环境的脆弱性和长期人类活动的干扰和过度利用，导致植被严重退化，水土流失加剧，山地灾害频繁，干旱化和荒漠化趋势明显。这种趋势若不能遏制，将严重阻碍区域社会经济的快速协调发展，并且威胁成都平原地区的发展和长江中下游地区的生态安全。因而开展干旱河谷生态恢复研究成为解决这些问题的关键。水分匮乏是限制干旱河谷生态恢复的关键因子，在全球气候变化的背景下，干旱胁迫在区域尺度上可能会更加严重，并使干旱河谷的生态环境更加恶化。因此，深入研究干旱河谷乡土植物对干旱胁迫的响应和适应机理，具有非常重要的理论和实践意义。 本论文以岷江上游干旱河谷的三种乡土豆科灌木，白刺花（Sophora davidii）、小马鞍羊蹄甲（Bauhinia faberi var. microphylla）和小雀花（Campylotropics polyantha）理论和实践意义。为研究对象，在人工控制条件下设计了4-5个连续性干旱胁迫处理，系统地研究了灌木幼苗的生长、生物量积累和水分利用效率（WUE）、形态结构和生理过程等对干旱胁迫的反应，揭示了幼苗的干旱适应能力及种间差异。主要研究结论如下： 1) 灌木生长和繁殖对干旱胁迫的反应 在干旱胁迫下，幼苗生长速率显著减小，叶片衰老和脱落比率增大，这些变化随着胁迫强度的增加具有累积效应。叶片比茎对干旱胁迫的反应更敏感。在严重干旱胁迫下，幼苗的有性繁殖被限制，但在中等程度干旱胁迫下，幼苗的有性繁殖能力被提高。 2) 灌木生物量积累及其分配和WUE对干旱胁迫的反应 在干旱胁迫下，灌木各器官的生物量都显著减小，但是生物量的分配侧重于地下部分，使得根茎比在干旱条件下增大。幼苗的耗水量（WU）随着干旱胁迫的增加而显著减少。白刺花和小马鞍羊蹄甲WUE在干旱胁迫下降低；小雀花的WUE在中等干旱胁迫下升高。 3) 灌木叶片结构特征对干旱胁迫反应 白刺花叶片具有较为典型的旱生型结构，而小马鞍羊蹄甲和小雀花则为中生型结构。在1至2年的干旱胁迫下，灌木叶片结构组成未发生本质性的改变，主要是细胞大小的变化。在中等和严重干旱胁迫下，叶肉组织厚度明显减小；并且气孔和表皮细胞面积也显著减小，气孔和表皮细胞密度显著增大；叶肉细胞层数、P/S值、表皮厚度等无显著变化。 4) 灌木对干旱胁迫的生理响应 气体交换参数和叶片相对含水量（RWC）在中等干旱胁迫下发生了明显的改变，而叶绿素荧光参数和光合色素含量在严重干旱胁迫下才发生显著变化。在干旱胁迫下，净光合作用速率（Pn）、气孔导度（gs）和RWC呈下降趋势，而叶片温度（Tl）呈增加趋势，蒸腾速率（Tr）的变化不明显。除了日最大Pn减小以外，干旱胁迫对气体交换参数的日变化无显著影响，但是对光合-光响应曲线有显著的影响，使有效光合时间缩短。在严重干旱胁迫下光系统受到损害而代谢减弱，PSⅡ中心的内禀光能转换效率（Fv/Fm）、量子产量（Yield）、光化学淬灭参数（qP）显著降低，而非光化学淬灭参数（NPQ）明显增加。气孔限制和非气孔限制对Pn的影响与干旱胁迫强度有关。在中度胁迫下，气孔限制起主导作用，在严重胁迫下非气孔限制起主导作用，40% FC水分条件可能是灌木由气孔限制向非气孔限制的转折点。 5) 灌木对干旱胁迫的适应能力及其种间差异 三种灌木对干旱胁迫具有较好的适应能力，即使在20% FC，幼苗未因干旱胁迫III而死亡；80% FC适宜于幼苗生长。白刺花生长速率慢，耗水量较少，具有较强的耐旱和耐贫瘠能力，并具有干旱忍受机制，能够在较干旱的环境中定居和生长。小马鞍羊蹄甲和小雀花，生长快，水分消耗量较大，尤其是小雀花，对干旱胁迫的忍受能力较弱，具有干旱回避机制，因而适宜于在较为湿润的生境中生长。综合分析表明，生长速率较慢的物种抗旱能力较强，其更适宜于作为干旱地区植被恢复物种。 Drought is often a key factor limiting plant establishment, growth and distribution inmany regions of the world. The harsh environmental conditions and long-termanthropogenic disturbance had resulted in habitat destruction in the dry valley ofMinjiang river, southwest China. Recently, it tended to be more severe on the vegetationdegradation, soil erosion and water loss, natural disaster, as well as desertification, whichimpact on regional booming economy and harmonious development, and would be verydangerous to the environmental security in the middle and lower reaches of Yangzi River.Therefore, ecological restoration in the dry valley is one of the vital tasks in China. Waterdeficit is known to affect adversely vegetation restoration in this place. Moreover, in thecontext of climate change, an increased frequency of drought stress might occur at aregional scale in the dry valleys of Minjiang River. The selection of appropriate plantingspecies for vegetation restoration in regard to regional conditions is an important issue atpresent and in further. The research on responses of indigenous species to drought stresscould provide insights into the improvement of the vegetation restoration in the dry valleys of Minjiang River. In this paper, the responses of three indigenous leguminous shrubs, Sophora davidii,Bauhinia faberi var. microphylla and Campylotropics polyantha, to various soil watersupplies were studied in order to assess drought tolerance of seedlings, and to compare interspecific differences in seedlings’ responses to drought stress. The results were as follows: 1 Growth and reproduction of shrubs in response to drought stress Seedling growth reduced significantly while leaf senescence accelerated underdrought stress, the cumulative responses to prolonged drought were found. The capacityfor reproduction was limited by severe drought stress, and improved by moderate droughtstress. Leaf responses were more sensitive than shoot to various water supplies. 2 WUE, biomass production and its partitioning of shrubs in response to drought stress Drought stress reduced significantly the total dry mass and their components ofseedlings, and altered more biomass allocation to root system, showing higher R/S ratiounder drought. Water use (WU) and water-use efficiency (WUE) of both S. davidii and B.faberi var. microphylla declined strongly with drought stress. The WU C. polyantha ofalso declined with drought stress, but WUE improved under moderate drought stress. 3 Anatomical characteristics and ultrastructures of leaves in response to drought stress There were xeromorphic for S. davidii leaves and mesomorphic for B. faberi var.microphylla and C. polyantha at the all water supplies. The foundational changes in leafstructures were not found with drought stress. However, mesophyll thickness, the areas ofstomatal and epidermis reduced slightly while the densities of stomatal and epidermisincreased under severe drought stress. Variations in these parameters could mainly be duoto cell size. Other structures did not displayed significant changes with drought stress. 4 Physiological responses of shrubs to drought stress The gas exchange parameters and leaf relative water content (RWC) were affectedby moderate stress, while chlorophyll fluorescence and chlorophyll content were onlyaffected by severe stress. Drought stress decreased net photosynthesis rate (Pn), stomatalconductance, light-use efficiency and RWC, and increased leaf temperature. Therespiration rates (Tr) were kept within a narrower range than Pn, resulting in aprogressively increased instantaneous water use effiecency (WUEi) under drought stress.Moreover, drought stress also affected the response curve of Pn to RAR, there was adepression light saturation point (Lsat) and maximum Pn (Pnmax) for moderate andsevere stressed seedling. However, diurnal changes of gas exchange parameters did notdiffer among water supplies although maximum daily Pn declined under severe stress.VISevere stress reduced Fv/Fm, Yield and qP while increased NPQ and chlorophyll content.Photosynthetic activity decreased during drought stress period due to stomatal andnon-stomatal limitations. The relative contribution of these limitations was associatedwith the severity of stress. The limitation to Pn was caused mainly by stomatal limitationunder moderate drought stress, and by the predominance of non-stomatal limitation undersevere stress. In this case, 40% FC water supply may be a non-stomatal limitation 5 Interspecific differences in drought tolerance of shrubs Three shrubs exhibited good performance throughout the experiment process, evenif at 20% FC treatment there were no any seedlings died, 80% FC water supply wassuitable for their establishment and growth. S. davidii minimized their water loss byreducing total leaf area and growth rate, as well as maintained higher RWC and Pncompared to the other two species under drought stress, thus they might be more tolerantto the drought stress than the other two species. On the contrary, it was found that C.polyantha and B. faberi var. microphylla had higher water loss because of their stomatalconductance and higher leaf area ratios. They reduced water loss with shedding theirleaves and changing leaf orientation under drought stress. Based on their responses, thestudied species could be categorized into two: (1) S. davidii with a tolerance mechanismin response to drought stress; (2) C. polyantha and B. faberi var. microphylla withdrought avoidance mechanism. These results indicated that slow-growing shrub speciesare better adapted to drought stress than intermediate or fast-growing species in present orpredicted drought conditions. Therefore, selecting rapid-growing species might leavethese seedlings relatively at a risk of extreme drought.

水分梯度上不同灌木生长对干旱河谷土壤理化和生物学性质的影响

岷江上游干旱河谷区水土流失强烈，地质灾害频繁，生态环境十分脆弱，而土壤条件恶劣（水分不足和养分缺乏）是阻碍该区植被恢复的关键因子，因此研究水分和乡土灌木生长对土壤的影响对该区的生态恢复具有指导意义。本文通过定点模拟实验，选取三种优势豆科灌木为研究对象，分别是白刺花（Sophora davidii）、小马鞍羊蹄甲（Bauhinia faberi var. microphylla）和小雀花（Campylotropics polyantha），设置5 个水分梯度，分别为100%、80%、60%、40%和20%田间持水量（FC），对栽种植物与不种植物下土壤理化性质和酶活性进行测定分析，系统比较和研究了不同水分条件和不同乡土灌木生长对干旱河谷区土壤结构、养分循环、酶活性以及微生物量的影响。主要结果如下：1. 无论生长植物与否，土壤的毛管持水量和毛管孔隙度都随着水分含量的减少而降低，最大持水量、总孔隙度和容重变化不大，相应地，土壤中的非毛管孔隙随含水量的减少而升高。各水分条件下，种植植物的毛管持水量和毛管孔隙度低于无植物生长的土壤，非毛管孔隙度相应地高于无植物土壤。土壤含水量在100%－40% FC 时，三种豆科灌木的毛管持水量和毛管孔隙度存在差异，而20% FC 条件下，三种豆科灌木土壤的物理性质基本相同。2. 水分胁迫影响土壤中养分的矿化和积累，主要表现在降低了水溶性碳和铵态氮的含量，中等程度胁迫时（60% FC）促进了有机碳和硝态氮的富集，对速效钾和有效磷没有明显作用。种植豆科灌木后各水分梯度上都增加了有机碳、铵态氮、速效钾和有效磷的积累。增加程度上三种豆科灌木间有一定差异，对于土壤有机碳总量，种植白刺花和小马鞍羊蹄甲明显高于小雀花，同样的情况还出现在铵态氮和速效钾上，但是对于有效磷，种植小雀花后的增加程度则明显高于白刺花和小马鞍羊蹄甲。种植豆科灌木不仅增加了土壤养分的相对含量，也改变了其在水分梯度上的变化趋势及其变化幅度，这种作用主要体现在碳元素和氮元素上。3. 无植物生长时脲酶活性随水分含量的减少而升高，水分胁迫对磷酸酶和过氧化氢酶的作用不显著，蔗糖酶也保持在相对较高的水平。种植植物后，蔗糖酶、磷酸酶活性与无植物时相比有较大幅度的提高，种植白刺花的脲酶活性也升高，其升高的程度在不同水分含量时不同。种植植物还降低了酶活性在水分梯度上的变幅，使之在水分梯度间的差异显著性降低。脲酶活性在指示土壤性质改变方面是较敏感的指标，其它三种酶在不同植物间的差异不明显。4. 在无植物生长时，中等程度的水分胁迫（60% FC）提高了土壤微生物量碳含量，过高或过低的土壤水分均不利于微生物碳的积累。种植小马鞍羊蹄甲后微生物量碳在水分梯度上的变化趋势与无植物生长时一致，而种植白刺花和小雀花后微生物量碳随着水分含量的减少而降低。不同种类植物的微生物量碳在水分梯度上的变化特征也不同，100% FC 条件下三种植物间没有差异，80%和60% FC 条件下小马鞍羊蹄甲显著高于白刺花和小雀花，40%和20% FC 条件下白刺花和小马鞍羊蹄甲也显著高于小雀花，说明不同种类植物随着干旱胁迫程度的加深微生物量碳的降低幅度不同，在极度干旱时，白刺花和小马鞍羊蹄甲土壤依然保持了较高的微生物活性，而小雀花土壤微生物量则明显下降。The dry valley of the upper reaches of the Minjiang River is seriously degradedmountain ecosystem. It was endangered by extremely soil lost and frequentlygeological disaster. Previous studies showed that short of water and nutrients in soilwas the principal limiting factors of vegetation restoration in this area. The typical soiland three dominant leguminous shrubs Sophora davidii, Bauhinia faberi var.microphylla and Campylotropics polyantha in upper reaches of arid Minjiang Rivervalley were considered as experimental material. Two-month old seedlings of eachspecies were exposed to five water supplies (100%, 80%, 60%, 40% and 20% waterfield capacity (FC)) in a temperature and light-controlled greenhouse. Afterthree-month water treatment, soil physiochemical variables and soil microbialactivities were determined by conventional methods. The main results showed that:1. Soil capillary capacity and capillary porosity decreased along water supplyregimes in all treatments, while saturated water capacity, total porosity and bulkdensity kept in a relatively stable level, as a result, the non-capillary porosity andcapacity increased with decrease of water supply. Compared to non-planted soil, theplant-soil systems had a higher non-capillary porosity and capacity, suggestingappropriate oxygen was present in soil to maintain the living of microorganism. Soilof three type shrub species shared the same capillary capacity and capillary porosityunder 20% FC.2. Water soluble carbon and NH4+-N decreased in response to water stress, whiletotal organic carbon and NO3--N promoted by moderate water stress and inhibited by 100% and 20% FC. Total organic carbon, NH4+-N, rapidly available K and availableP increased after the planting of leguminous shrubs in five water supply regimescompared to non-planted soil. For TOC, NH4+-N and rapidly available K, thepromotion effect was higher in S. davidii and B. faberi var. microphylla than C.polyantha planted soil, while available P displayed the opposite side. The planting ofshrubs also reduced the variance of observed traits along water supply gradients.3. Drought stress increased urease activity in non-planted soil, while insignificantdifferences were observed in phosphatase and catalase activity among five watersupply regimes. The planting of leguminous shrubs facilitated the β-glucosidase andphosphatase activity compared to the non-planted soil. It also reduced the variance ofenzyme activity along water supply gradients. Urease was more sensitive to waterstress than other three enzymes.4. Soil water content significantly affected microbial biomass carbon andCmic:Corg. S. davidii and B. faberi var. microphylla showed more drought toleranceability than C. polyantha, attributing not only to their relatively smaller variance ofmicrobial biomass carbon along soil water supply gradients, but also to the highlevel of microbial activity under severe water stress. S. davidii and B. faberi var.microphylla benefited reproduction of soil microorganism at 60%-80% FC, whilesevere drought limited it due to the competition of water and nutrients between plantand soil microorganism.

江河源不同区域紫花针茅草原群落特征

选择江河源区玛多、曲麻莱、同德3地区的典型紫花针茅（Stipa purpurea）草原为研究对象，采用样线和样方相结合的方法调查群落，初步分析了江河源区紫花针茅草原的群落特征。结果表明：1）所调查紫花针茅草原群落是物种组成比较简单、北温带分布的属为主体的草原群落。2）所有样线经聚类分析可归为3个群落类型：紫花针茅十二裂委陵菜（Potentilla bifurca）群落（Ⅰ）、紫花针茅＋高山嵩草（Kobresia pygmaea）群落（Ⅱ）、紫花针茅＋川青早熟禾（Poa indattenuata）群落（Ⅲ），且各群落分布于不同区域。虽然这3个群落类型都是典型的紫花针茅群落，但各自的群落结构还是存在一定差异，群落相似性分析结果表明群落Ⅰ和Ⅱ的相似性较高，群落Ⅰ和Ⅲ的相似性较低。3）紫花针茅草原的群落分布呈现出小尺度区域同质性和人尺度异域异质性的特点。4）所调查紫花针茅草原群落的均匀度指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数间以及它们和纬度间均呈显著相关。各α多样性指数在3个地区的群落间表现出基本一致的变化规律，按均匀度指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数从大到小的顺序依次是：群落Ⅱ〉群落Ⅲ〉群落Ⅰ。

黄河源头高寒草原植被退化特征分析

以紫花针茅Stipa purpurea,早熟禾Poa annua为优势植被的高寒草原是黄河源头区典型植被类型之一.由于自然环境变迁以及人为活动的影响,黄河源头以扎陵湖北岸地区为中心的紫花针茅草原和早熟禾草原植被退化十分明显,2002年通过样方调查和植被数量分析的方法,对该地区的退化草地特征进行了系统的调查和分析,结果表明:退化草地植被盖度比未退化区下降10%～55%;优势物种变化,紫花针茅、早熟禾等植物种生长势减弱,物候期推迟,群落优势植物逐步演替为以菊科、豆科等杂类草植物为优势种的群落;物种多样性指数下降55%～79%.由于高寒植被的退化,导致了植被群落整体生态功能的下降,进一步加剧了黄河源头的生态环境恶化.

青海湖区针茅草原植物群落特征及群落多样性研究

根据样方调查资料，采用聚类分析法，研究了青海湖区针茅草原围栏封育后植物群落特征及群落多样性变化。结果表明，草原经过长期围栏后，群落内优势种发生了不同程度的分异，由围栏外的紫花针茅(Stipa purpurea)+青海苔草(Carex ivanovae)草原演变成围栏内的冷地早熟禾(Poa crymophila)+猪毛蒿(Artemisia scoparia)草原群落，导致了群落结构特征的变化；长期的围栏活动对提高草原群落的盖度和生产能力是有益的，但却降低了群落的物种丰富度和多样性；草原开垦后，对周围草原有明显的影响，所形成土垄的群落特征和多样性变化都发生了极大的差异，成为赖草(Leymus secalinus)+大籽蒿(Atremisia sieversiana)群落类型，群落的物种丰富度和多样性均降低。

Distribution and species diversity of plant communities along transect on the Northeastern Tibetan plateau

The distribution and species diversity of plant communities along a 600 km transect through the northeastern Tibetan Plateau (32 degrees 42'-35 degrees 07' N, 101 degrees 02'-97 degrees 38' E) with altitudes from 3255 to 4460 m are described. The transect started from the Youyi Bridge of Banma through Dari, Maqin and Maduo to Zaling Lake. The data from 47 plots along the transect are summarized and analyzed. The mean annual temperature, the mean annual rainfall and the length of growing season decreases from 2.6 to -4.5 degrees C, from 767.2 to 240.1 mm, from 210 to 140 days, respectively, along the transect from the southeastern Banma to northwestern Zaling Lake. The number of vascular plant species recorded in 47 plots is 242 including 2 tree, 34 shrub, 206 herb species. Main vegetation types on the transect from southeast to northwest are: Sabina convallium forest, Picea likiangensis forest, Pyracantha fortuneana + Spiraea alpina shrub, Hippophae neurocarpu shrub, Sibiraea angustata + Polygonum viviparum shrub, Stellera chamaejasme herb meadow, Potentilla fruticosa + Salix obscura + Carex sp. Shrub, Kobresia capillifolia meadow, P. froticosa + Kobresia humilis shrub, Caragana jubata + S. obscura shrub, Kobresia tibetica meadow, Kobresia pygmaea meadow, K. pygmaea + Stipa purpurea steppe meadow, Stipa purpurea steppe. Plant richness and diversity index all showed a decreasing trend with increasing of elevation along transect from southeast to northwest. Detailed information on altitudinal ranges and distribution of the alpine vegetation, vascular flora and environments over the alpine zone at northeastern Tibetan Plateau provides baseline records relevant to future assessment of probable effects of global climate changes.

A Fitoterapia como tratamento complementar na Diabetes mellitus

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Discoplana malagasensis sp. nov. a New Turbellarian (Platyhelminthes: Polycladida: Leptoplanidae) symbiotic in an ophiuroid (Echinodermata), with a cladistic analysis of the Discoplana/Euplana species

A new species of polyclad flatworm from Papua New Guinea is described. It is found symbiotic in the ophiuroid Ophiothrix purpurea von Martens, 1867 (Echinodermata: Ophiuroidea). Apparently it belongs to the taxon Discoplana Bock, 1913 and can be distinguished from the six previously described Discoplana species by its very short ejaculatory duct and a penial papilla covered with a penial sheath, but without any true sclerotised structures such as a stylet or spines. The cladistic analysis of the Discoplana/Euplana species, based on morphological features and including two outgroups, reveals that all species of Discoplana, except D. pacificola, form a monophyletic taxon, that is not a synonym of Euplana Girard, 1893. Therefore the name Discoplana is conserved and the new species will be described as Discoplana malagasensis sp. nov. A key for the Discoplana/Euplana group is provided. In this key the biogeographical distribution and possible synonyms are given.

Valorização dos habitats ecológicos no contexto do plano de gestão do parque ambiental de Vilamoura

Dissertação de mest., Gestão e Conservação da Natureza, Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente, Univ. do Algarve, 2003

Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.

Ethnobotanique de la Nation crie d'Eeyou Istchee et variation géographique des plantes médicinales antidiabétiques

Le diabète de type 2 affecte en moyenne 29% de la population adulte crie d’Eeyou Istchee (CEI). Afin d’identifier les plantes médicinales possédant un potentiel antidiabétique, des interviews ont été réalisés dans les communautés CEI de Wemindji et Oujé-Bougoumou. Utilisant une approche quantitative, les espèces mentionnées ont été classées et comparées à la pharmacopée des communautés avoisinantes. Seize et 25 plantes ont été mentionné à Wemindji et Oujé-Bougoumou, respectivement. Sept nouvelles espèces de plantes et une de champignon se sont ajoutées à la liste des espèces à potentiel antidiabétique, bien que la plupart de celles mentionnées pendant les interviews soit en communes à la pharmacopée CEI générale, démontrant ainsi leur importance culturelle. Des analyses phytochimiques sur deux de ces espèces, Rhododendron groenlandicum et Sarracenia purpurea, ont été réalisées à partir d’échantillons récoltés à différents endroits du territoire eeyouch. Bien qu’aucun patron n’ait été détecté dans la variation des composantes biologiquement actives chez S. purpurea, les composés phénoliques chez R. groenlandicum, particulièrement la (+)-catéchine, l’(-)-epicatéchine et la quercétine-3-galactoside, varient spatialement en fonction de paramètres d’insolation telles la radiation solaire ou la photopériode. Les échantillons de cette dernière espèce, testés in vitro dans le bioessai de l’adipogenèse des cellules adipocytes murines 3T3-L1, augmentent l’accumulation intracellulaire des triglycérides, leur conférant ainsi une activité diabétique semblable à la rosiglitazone. Cependant, cette activité était plus faible dans les échantillons à haute teneur en quercétine, cela pouvant ainsi avoir un impact sur la qualité d'un produit de santé naturel fabriqué à partir de cette espèce.

Variations inter- et intra-spécifiques de la phytoextraction des éléments traces As, Cd, Cu, Ni, Pb et Zn chez trois cultivars de saule

La phytoextraction représente une solution environnementale prometteuse face au problème de contamination des sols en éléments traces (É.T). La présente étude s’intéresse aux différences intra et interspécifiques (S. purpurea, S. dasyclados, S. miyabeana) de trois cultivars de saule lorsqu’ils sont utilisés pour la phytoextration de six É.T. (As, Cd, Cu, Ni, Pb et Zn). Les objectifs sont (i) décrire les variations intrapécifiques du cultivar FISH CREEK (S. purpurea) lorsqu’il est utilisé pour la phytoextraction sur deux sites d’étude; et (ii) décrire les variations intra et interspécifiques des cultivars FISH CREEK (S. purpurea), SV1 (S. dasyclados) et SX67 (S. miyabeana) lorsqu’ils sont utilisés pour la phytoextraction d’un site d’étude. Les indicateurs de variations intra et interspécifiques sélectionnés sont les suivants : la biomasse totale, les concentrations en É.T. extraits et les facteurs de translocation (x ̅ pondérée des conc. É.T. dans les parties aériennes / conc. É.T. dans les racines). La contribution des propriétés du sol (degré de contamination, caractéristiques physicochimiques) à la phytoextraction a été évaluée. Les cultivars ont présenté des variations interspécifiques significatives. Cependant, les variations intraspécifiques sur un site d’étude étaient parfois plus importantes que celles mesurées entre les trois différents cultivars. L’amplitude des variations intraspécifiques que présentent le cultivar FISH CREEK sur deux sites d’étude est attribuée à l’influence du pH, de la minéralogie et au contenu en matière organique, lesquelles diffèrent entre les deux sites. Il a aussi été démontré que la phytoextraction des É.T. n’était pas systématiquement corrélée de façon positive avec le degré de contamination. Cela suggère que les concentrations en É.T. mesurées dans le sol ne peuvent pas expliquer à elles seules la variation des concentrations mesurées dans les tissus. L’implication des mécanismes de rétention dans le sol semblent être davantage responsable des variations observées. La compartimentation des É.T. suggère que le saule est efficace pour l’extraction du Cd et du Zn et qu’il est efficace pour la phytostabilisation de l’As, du Cu, du Ni, et du Pb. En ce qui concerne les quantités extraites, le cultivar FISH CREEK semble le plus performant dans la présente étude.

Analyse de l'effet de la contamination du sol sur la croissance et la physiologie de 11 cultivars de Salix

Mon mémoire de maîtrise a été réalisé dans le cadre du projet Génorem (www.genorem.ca), un projet multidisciplinaire qui réunit différents chercheurs de l'Université de Montréal et de l'Université McGill dans le but d'améliorer les techniques utilisées en bioremédiation. Dans le cadre de l'étude, des saules à croissance rapide (Salix sp.) ont été utilisés comme plantes modèles dans l'étude. Ainsi, 11 cultivars de saule ont été suivis afin de déterminer leur potentiel à produire un bon rendement de biomasse, à tolérer des conditions de stress sévère causé par la présence de HAPs (hydrocarbures aromatiques polycycliques) , BPCs (biphényles polychlorés) et d'hydrocarbures pétroliers C10-C50. L'expérimentation consistait en une plantation de saule à forte densité qui a été mise en place en 2011 sur le site d'une ancienne industrie de pétrochimie à Varennes, dans le sud du Québec. Les boutures des génotypes sélectionnés ont été plantées sur une superficie d'environ 5000 m2. Les plantes ont été suivies pendant les deux saisons de croissance suivant le recépage et une série de paramètres de croissance et de mesures physiologiques ont été récoltés (surface foliaire, taux de chlorophylle, conductance stomatique et statut nutritionnel) dans le but d'évaluer et de comparer les performances de chaque génotype sur un sol pollué. Les analyses statistiques ont démontré que le cultivar S. miyabeana (SX61) était le meilleur producteur de biomasse sur le site contaminé, tandis que S. nigra (S05) et S. acutifolia (S54) présentaient la meilleure capacité photosynthétique. S. dasyclados (SV1), S. purpurea (‘Fish Creek’) et S. caprea (S365) ont semblé particulièrement affectés par la présence de contaminants. La capacité d'établissement et la croissance de S. nigra (S05), S. eriocephala (S25) and S. purpurea x S. miyabeana (‘Millbrook’) indiquent une tolérance globale supérieure à la pollution . Cette analyse comparative des différentes réponses physiologiques des saules cultivés sur un sol contaminé pourra guider le processus de sélection de plantes et les techniques de bioremédiation dans les futurs projets de phytoremédiation.

Contribution des légumineuses, des champignons endophytes et mycorhiziens dans la nutrition azotée des prairies indigènes semi-arides

Les prairies indigènes présentent une source importante d'alimentation pour le pâturage du bétail dans les prairies Canadiennes semi-arides. L'addition de légumineuses fixatrices d'azote et de phosphore dans les prairies indigènes peut améliorer la productivité et la valeur nutritive de fourrage. Ces pratiques peuvent induire des modifications de la structure et de la diversité des communautés fongiques du sol, ce qui peut en retour avoir un impact sur la production et le contenu nutritionnel du fourrage. L’objectif de cette étude était de développer un système de pâturage à bas niveau d’intrants, productif, autonome et durable. À court terme, nous voulions 1) déterminer l'effet des légumineuses (Medicago sativa, une légumineuse cultivée ou Dalea purpurea, une légumineuse indigène) et la fertilité en phosphore du sol sur la productivité et la valeur nutritive des graminées indigènes, comparées avec celles de la graminée introduite Bromus biebersteinii en mélange avec le M. sativa, 2) identifier l'effet de ces pratiques sur la diversité et la structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) et des champignons totaux, 3) identifier l'effet des légumineuses et des CMA sur les interactions compétitives entre les graminées de saison fraîche et les graminées de saison chaude. Les expériences menées au champ ont montré que M. sativa améliorait les teneurs en azote et en phosphore des graminées indigènes au début de l'été, ainsi que la teneur en azote de la graminée de saison chaude Bouteloua gracilis à la fin de l'été de l'année sèche 2009. Par contre, la fertilité en phosphore du sol n'ait pas affecté la productivité des plantes. D'autre part, l'inclusion des légumineuses augmentait la diversité des CMA dans le mélange de graminées indigènes. Cette modification présentait des corrélations positives avec la productivité et la quantité totale d'azote chez le M. sativa et avec la teneur en phosphore des graminées indigènes, au début de l'été. La structure des communautés de champignons totaux était influencée par l'interaction entre le mélange des espèces et la fertilité en phosphore du sol seulement en 2008 (année humide). Cet effet pourrait être lié en partie avec la productivité des plantes et l'humidité du sol. Les expériences menées en chambre de culture ont montré que les CMA peuvent favoriser la productivité des graminées de saison chaude au détriment des graminées de saison fraîche. En effet, Glomus cubense augmentait la productivité de la graminée de saison chaude B. gracilis, en présence de M. sativa. Cet effet pourrait être associé à l’effet négatif du G. cubense sur la fixation de l’azote par le M. sativa et à la diminution de l’efficacité d’utilisation de l'azote de certaines graminées de saison fraîche résultant en une augmentation de la disponibilité de l'azote pour B. gracilis. Par contre, le Glomus sp. augmentait la biomasse de Schizachyrium scoparium, autre graminée de saison chaude, en absence de légumineuse. Ce phénomène pourrait être attribuable à une amélioration de l’efficacité d’utilisation du P de cette graminée. En conclusion, mes travaux de recherche ont montré que la légumineuse cultivée M. sativa peut améliorer la valeur nutritive des graminées indigènes au début de l'été ainsi que celle de la graminée de saison chaude B. gracilis, dans des conditions de sécheresse sévère de la fin de l'été. De plus, l'addition de M. sativa dans le mélange de graminées indigènes peut contribuer à augmenter le nombre des espèces bénéfiques des CMA pour la production et la nutrition du fourrage au début de l'été.