農(nóng)林植生

農(nóng)林植生

荒漠植物適應(yīng)干旱的水分收集和運輸新模式

中科院新疆生態(tài)與地理研究所張元明團(tuán)隊與美國科學(xué)家合作，以齒肋赤蘚為研究材料，闡明了荒漠植物葉片特殊結(jié)構(gòu)在植物體適應(yīng)干旱環(huán)境中的重要作用，揭示了荒漠植物高效利用干燥空氣水分維持生命的機(jī)制，提出了荒漠植物“由上至下”吸收水分的新模式，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于《自然-植物》雜志?；哪参锎蠖鄵碛懈叨冗M(jìn)化的水分吸收和運輸系統(tǒng)，傳統(tǒng)理論認(rèn)為它們能通過發(fā)達(dá)的根系最大限度地從沙土中吸收水分，向上傳輸?shù)角o、葉，同時借助特殊的葉片結(jié)構(gòu)減少水分的損失。齒肋赤蘚的假根系統(tǒng)并不具有水分吸收的作用，齒肋赤蘚密集的葉片芒尖能夠有效地吸收雨滴打擊的能量，從而最大程度地減少雨滴的飛濺和水分的損失，有利于水分的保持和吸收。

干燥狀態(tài)（左）和濕潤狀態(tài)（右）的齒肋赤蘚植株

覆蓋在荒漠地表的蘚類結(jié)皮（干燥時呈現(xiàn)黑色）

喀斯特流域生態(tài)系統(tǒng)或受到更強(qiáng)的氣候脅迫

中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所徐憲立研究組采用基于Budyko水熱平衡框架的氣候彈性分析方法，開展氣候變化條件下喀斯特流域生態(tài)水文響應(yīng)研究，研究論文發(fā)表于《水文學(xué)雜志》?？λ固亓饔蛘羯l(fā)對降水變化的敏感性較大，而對潛在蒸散發(fā)變化的敏感性較小，反映了喀斯特流域蓄水能力差、水分下滲快的水文條件下，水分供給而非能量需求是喀斯特流域生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)的限制因子。近50年的氣候變化引起了喀斯特流域蒸散發(fā)更大程度的降低，而相關(guān)研究表明蒸散發(fā)與植被生產(chǎn)力具有很好的正相關(guān)，這在一定程度上說明喀斯特流域生態(tài)系統(tǒng)可能受到更大的氣候脅迫。變化環(huán)境下喀斯特流域生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)與適應(yīng)的研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

葉綠體分子伴侶素不同亞基頂端區(qū)的功能分化分工

中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所劉翠敏研究組，過對衣藻不同類型的Cpn60頂端區(qū)進(jìn)行篩選和比較發(fā)現(xiàn)：該區(qū)不僅顯著影響分子伴侶素的ATP酶活，而且α型頂端區(qū)對RbcL的結(jié)合能力是β型的三倍，但卻只有β型頂端區(qū)能夠與輔伴侶進(jìn)行有效互作。研究論文發(fā)表于《分子植物》。植物光合作用固碳關(guān)鍵酶Rubisco的折疊組裝依賴于葉綠體分子伴侶素Cpn60，Cpn60如何實現(xiàn)不同底物間的結(jié)合-折疊平衡是個由來已久的科學(xué)問題。研究成果凸顯CPN60 α頂端區(qū)所具有的獨特優(yōu)勢，對分子層面認(rèn)識并優(yōu)化葉綠體蛋白內(nèi)穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而改良光合作用效率具有重要的參考價值。

生境過濾影響同種和系統(tǒng)發(fā)育負(fù)密度制約的可檢測性

中科院西雙版納熱帶植物園研究員曹敏、林露湘等，應(yīng)用廣義線性混合模型分析幼苗存活與鄰體密度變量和生境變量的關(guān)系，相關(guān)成果發(fā)表于《生態(tài)學(xué)》。同種負(fù)密度制約被認(rèn)為是一種驅(qū)動熱帶森林群落樹種共存的關(guān)鍵機(jī)制。最優(yōu)模型表明同種負(fù)密度制約和生境過濾同時影響幼苗存活，與研究人員預(yù)期相反的是，系統(tǒng)發(fā)育正密度制約對幼苗存活存在顯著的效應(yīng)。生境過濾沒有對鄰體的系統(tǒng)發(fā)育正效應(yīng)起到解釋作用，但是生境過濾會降低可檢測到的同種負(fù)密度制約的強(qiáng)度。該研究結(jié)果表明忽略生境因子和系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系會影響同種和異種鄰體對幼苗存活重要性的判斷。

青藏高原凍土碳庫評估

中科院植物研究所楊元合研究組以青藏高原多年凍土區(qū)為研究對象，發(fā)展了基于地面觀測、衛(wèi)星遙感、氣候要素和土壤信息等多源數(shù)據(jù)與支持向量機(jī)相結(jié)合的碳庫估算方法體系，系統(tǒng)評估了青藏高原3米深度凍土碳庫的大小及其分布特征，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在《全球變化生物學(xué)》雜志上。凍土是指零攝氏度以下并含有冰的各種巖土和土壤，主要分布在北半球的寒冷地區(qū)。過去幾十年，持續(xù)的氣候變暖使全球凍土分布區(qū)出現(xiàn)了以凍土活動層厚度增加、熱融喀斯特加劇等為標(biāo)志的融化現(xiàn)象。顯著的凍土融化很可能會導(dǎo)致凍土中長期封存的大量有機(jī)碳被分解釋放，形成對氣候變暖的強(qiáng)烈正反饋。該研究結(jié)果表明青藏高原多年凍土區(qū)是一個重要的碳庫。

科研人員于2013年至2014年對青藏高原多年凍土區(qū)大范圍取樣，獲得342個3米深度和177個50厘米深度的土壤剖面樣品

青藏高原凍土碳庫呈現(xiàn)出從研究區(qū)東南向西北遞減的趨勢

草本被子植物占優(yōu)勢的植被形成時間

中科院植物研究所陳之端研究組及其合作者利用古老的草本被子植物——毛茛科作為代表研究了以草本被子植物占優(yōu)勢的植被的進(jìn)化，研究論文發(fā)表于《科學(xué)報告》。以早白堊世被子植物大爆發(fā)為標(biāo)志的“陸地革命”和白堊紀(jì)末恐龍為代表的生物大滅絕是白堊紀(jì)的兩個重大事件，它們對陸地生態(tài)系統(tǒng)的重新構(gòu)建和現(xiàn)代化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。以草本被子植物占優(yōu)勢的林下草本層與以被子植物占優(yōu)勢的森林的興起是同步的，共同對白堊紀(jì)“陸地革命”做出了貢獻(xiàn)，而開放生境中以草本被子植物占優(yōu)勢的植被則稍晚于森林的形成，或者在森林形成末期才興起。同時，根據(jù)毛茛科植物多樣化速率在白堊紀(jì)-古近紀(jì)交界沒有發(fā)生明顯變化，認(rèn)為以草本被子植物占優(yōu)勢的植被受白堊紀(jì)末大滅絕事件影響較小。

森林土壤有機(jī)碳激發(fā)效應(yīng)

中科院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所人工林生態(tài)組王清奎研究員等開展了土壤含水量變化對亞熱帶人工林土壤有機(jī)碳分解激發(fā)效應(yīng)影響的研究，研究論文發(fā)表于《生態(tài)系統(tǒng)》。根據(jù)IPCC報告，強(qiáng)降水、長期干旱等極端氣候事件發(fā)生頻率將持續(xù)增加，將會引起土壤干濕交替、土壤水分經(jīng)常性發(fā)生變化。這一變化將會對土壤碳輸入等地下生態(tài)過程產(chǎn)生深刻影響。正激發(fā)效應(yīng)促進(jìn)土壤有機(jī)碳的分解，能降低土壤碳儲量，而負(fù)激發(fā)效應(yīng)則有利于生態(tài)系統(tǒng)土壤碳固持。該研究提升了科研人員對全球變化背景下陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳循環(huán)的認(rèn)知，也為全球變化背景下如何管理人工林、增加其碳匯功能提供科學(xué)支撐。

附生苔蘚植物對林下蔭濕生境的適應(yīng)機(jī)制

中科院西雙版納熱帶植物園恢復(fù)生態(tài)研究組劉文耀研究員等，以哀牢山山地云霧林中三種優(yōu)勢附生苔蘚樹平蘚、刀葉樹平蘚、阿薩羽苔為對象，研究其功能性狀和光合特性之間的關(guān)系，以期從功能性狀的角度揭示附生苔蘚植物對林下蔭濕生境的適應(yīng)機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《苔蘚學(xué)期刊》。三種附生苔蘚具有典型的耐蔭植物的光合特征和極低的光合效率系數(shù)，強(qiáng)光下呈現(xiàn)出光抑制現(xiàn)象，其光合特征與林下蔭濕的生境相協(xié)調(diào)。附生苔蘚的諸多性狀有利于提高附生苔蘚在低光照生境下的量子捕獲效率。因此，苔蘚植物對林內(nèi)蔭濕生境的適應(yīng)是其功能性狀之間權(quán)衡與優(yōu)化的結(jié)果。通過功能性狀間的權(quán)衡，在林內(nèi)蔭蔽生境下附生苔蘚對資源的高截留的生存策略得以適應(yīng)和生存。