海北高寒草甸生态系统研究定位站没有发现C4植物——来自于稳定性碳同位素的证据

通过对海北高寒草甸生态系统研究站25个科、70个属、102种植物叶片的稳定性碳同位素的测定,以确定植物群落的光合型。结果表明,所测定的102种植物的稳定性碳同位素比值(δ^13C)介于-28．24‰和-24．84‰之间,说明这102种植物均属于C3植物,无C4植物或CAM植物。植物这种光合型的分布与该生态系统中的环境因子密切相关,是低温、强辐射等环境因素长期作用的结果,也反映了植物对这种特殊环境的适应。     

海北高寒草甸生态系统研究定位站没有发现C4植物--来自于稳定性碳同位素的证据

通过对海北高寒草甸生态系统研究站25个科、70个属、102种植物叶片的稳定性碳同位素的测定,以确定植物群落的光合型.结果表明,所测定的102种植物的稳定性碳同位素比值(δ13C)介于-28.24‰和-24.84‰之间,说明这102种植物均属于C3植物,无C4植物或CAM植物.植物这种光合型的分布与该生态系统中的环境因子密切相关,是低温、强辐射等环境因素长期作用的结果,也反映了植物对这种特殊环境的适应.     

基于稳定碳同位素技术研究青藏高原东部高寒区植被的光合型

通过对青藏高原东部玛多县境内高寒地区20个科、38个属、62种植物叶片的稳定性碳同位素的测定,来确定植物群落的光合型。结果表明,所测定的62种植物的稳定性碳同位素比值(δ^13C)介于-28．6‰和-25．2‰之间,说明这62种植物均属于C3植物,没有C3植物或CAM植物。植物这种光合型的分布与该研究区的环境因素有密切关系,低温是该区没有C3植物分布的关键因素,同时光合型的分布也反映了植物对独特地理环境的适应。     

大鵟的食性改变:来自稳定性碳同位素的证据

通过对大规模灭鼠后的海北高寒草甸生态系统大鵟、小型哺乳类以及雀形目鸟类肌肉稳定性碳同位素比值的测定发现,大篱的肌肉稳定性碳同位素比值介于-22．60‰和-23．10‰之间;小型哺乳类和主要雀形目鸟类肌肉稳定性碳同位素比值分别介于-25．57‰和-25．78‰以及-24．81‰和-22．51‰之间,且它们之间差异性显著。基于碳同位素的分馏模式(即动物和它食物之间稳定性碳同位素分馏在1‰～2‰之间),我们推断经大规模灭鼠后,大篱的食性发生了较大变化,其食物主要来源于高寒草甸的雀形目鸟类,而非原来的小型哺乳类。通过稳定性同位素营养级模型的运算发现,大蔫处在4．23左右的营养级;雀形目鸟类处在2．4到3．39左右的营养级,而小型哺乳类则处在1．45到1．82左右的营养级。进而采用稳定性同位素质量平衡模型计算得出,大篱的食物由35．04％的小型哺乳类和64．96％的雀形目鸟类所组成,进一步说明小型哺乳类在大量灭鼠后仅占大篱食物的很小一部分。由此可见,采取大规模的化学灭鼠,不仅降低了小型啮齿类天敌——大鵟的数量,而日使得其食谱发毕了巨大改变而转向草甸主要雀形目鸟类[动物学报49(6)：764～768,2003]。     

中国暖温带落叶阔叶林中某些树种的13C自然丰度:δ13C值及其生态学意义

利用质谱分析仪对暖温带地区落叶阔叶林优势种稳定碳同位素的分析发现不同树种叶片的稳定碳同位素比率差别较大 ,大多数优势种叶片δ13C值在 -2 4.75 1‰± 0 .85 4‰～ -2 8.1 1 3‰± 1 .5 1 9‰之间。叶片的δ13C值可以分为 3个等级 , 级 ,叶片的 δ13C≥ -2 5 .5‰ , 级 ,叶片的 δ13C值在 -2 5 .5‰～ -2 7.5‰之间 , 级 ,叶片的 δ13C≤ -2 7.5‰ ,由于δ13C值在一定程度上能够反映植物的生理生态特性 ,这表明所研究的植物在生理生态特性方面也可以分为 3个类型。同时 ,由于植物的不同器官具有不同的生理生态特性 ,导致器官对 13C具有不同的分馏特性 ,也导致器官之间的δ13C值产生差异 ,分析结果显示树干、根和小枝的δ13C值一般要较叶片的δ13C值高 ,但不同树种又各具特点。生境的差异是影响稳定碳同位素比率的另一个重要原因 ,良好生境条件下生长的植物的δ13C值一般较生长在干旱瘠薄生境下的低。     

内陆黑河流域植物稳定碳同位素变化及其指示意义

对黑河流域山地、绿洲和荒漠区木本植物叶片或同化枝进行稳定碳同位素分析得出,山地植物稳定碳同位素比率(δ13C)在-23‰～-29‰之间,平均值为-26.3‰;绿洲植物在-26‰～-30‰之间,平均值为-27.2‰;荒漠植物在-23‰～-28‰和-12‰～-15‰两个范围,平均值分别为-26.0‰和-13.8‰,严酷生境植物δ13C 值较高.同种植物在不同生境下的δ13C值,也表现为较差生境高于较好生境.荒漠河岸林树种胡杨(Populus euphratica)柳树形叶的δ13C值低于杨树形叶.无论是山区还是荒漠区,随着海拔高度增加,有些植物稳定碳同位素辨别力(Δ)减小,有些变化不明显,青海云杉(Picea crassifolia)的△值随着海拔升高线性递减显著.研究得出,荒漠植被中高水分利用效率(WUE)的C4植物占有一定比例.严酷生境下植物WUE高于较好生境.胡杨长条形叶的WUE最低,圆形叶的最高,由幼苗时期的柳树形叶向杨树形叶的演变中WUE在提高.青海云杉为黑河上游山区环境变化的重要指示植物.同种植物过高的δ13C值指示着植物的衰退和生境的严重胁迫.植物适应干旱环境是沿着有利于提高水分利用效率的方向发展.     

新的C4及CAM光合途径植物

以稳定性碳同位素比(δ~(13)C)鉴别禾本科、莎草科、苋科和萝摩科共46种植物的光合作用途径,发现了36种新的C_4植物(δ~(13)C-10.43到-13.66‰)和1种CAM植物(δ~(13)C-15.24‰)。根据Hattersley区分C_4植物三种亚类型的不同δ~(13)C值,提出在36种C_4中有8种具δ_(13)C值-10.4到-10.9‰者是NADP-ME型,6种具δ~(13)C值-13‰左右的是NAD-ME型,其余种类可能是NADP-ME或PCK型。     

人工食物对高原鼠兔稳定性碳和氮同位素组成的影响

以玉米面、小米面和绿豆粉 (质量比为 5∶3∶2 )的混合食物饲喂青藏高原地区特有种高原鼠兔 ,4 0d后断头杀死 ,取其后腿肌肉测定稳定性碳和氮同位素组成。结果表明 ,用混合食物饲喂后 ,高原鼠兔的稳定性碳同位素比值显著升高 ,由对照的 (- 2 4 6 6± 0 2 5 )‰上升为 (- 19 0 5± 0 0 9)‰ ;稳定性氮同位素的组成变化较小 ,仅由对照的 (3 2 8± 0 13)‰增加为饲喂后的 (3 6 1± 0 32 )‰。经人工食物饲喂后 ,高原鼠兔与其食物间稳定性碳同位素的分馏效应为 4 73‰ ,稳定性氮同位素的分馏效应为 2 79‰。C4组分食物的加入影响高原鼠兔的稳定性同位素 (特别是氮同位素 )代谢模式 ,其稳定性同位素代谢周转率可能高于原来预测的 4 0d。     

海北高寒草甸土壤有机碳同位素组成及C3/C4碳源的变化

通过对高寒嵩草草甸土壤剖面不同深度(0～5cm,5～15cm,15～25cm,25～35cm,35～50cm,50～65cm)有机碳稳定性碳同位素的测定发现,土壤有机碳稳定性同位素(δ^13C)随土壤深度的增加而变大。表层土壤(0～5cm,定义为现代土壤)的δ^13C值最小,基本上接近现代植被的碳同位素特征。在土层5～10cm深度以下(粗略地定为古土壤),土壤有机碳稳定性同位素骤然上升,与表层土壤的同位素特征明显不同。考虑到影响土壤碳同位素的诸多因素,通过稳定性碳同位素的质量平衡模型计算,得出初步结果：来自C4(或CAM)植物的碳源随土壤深度的增加而增大。进一步推测,该地区植被可能经历由C4植物占优势的群落向C3植物占优势的群溶演化的过程。在这个过程中,大气碳同位素的变化和土壤有机质的形成过程(有机质淋溶过程)等也会引起土壤碳同位素的升高,因此质量平衡模型可能会过多地估算C4组分,而低估C3组分。     

宁夏同心中中新世三种植食性哺乳动物牙齿碳同位素分析

宁夏同心中中新世Platybelodondanovicheni,Amebelodontobieni和Stephanocemasthomsoni化石牙齿的δ1 3C值为 - 8.7‰～ - 1 0 .3‰ ,说明这些动物可能以δ1 3C值为 - 2 0 .7‰～ - 2 5 .3‰的C3植物作为主要食物来源。根据齿冠高低与取食嫩叶或硬草的关系 ,这三种动物的低冠齿所指示的食性支持了牙齿釉质的碳稳定同位素所指示的食性。     

接种蚯蚓对秸秆还田土壤碳、氮动态和作物产量的影响

通过为期 2年的小区 (2 .8m× 1.0m)试验 ,研究了旱作水稻 小麦轮作条件下接种蚯蚓对施用玉米秸秆 (第一季用量 15 0 0g·m-2 ,以后各季为 75 0g·m-2 )农田土壤碳、氮动态和作物产量的影响 .结果表明 ,接种 10条·m-2 或 2 0条·m-2 环毛蚓 (Pheretimasp .)对土壤有机碳和全氮含量无显著影响 ,蚯蚓活动未造成土壤C库的衰减 ,土壤碳、氮基本维持平衡 .接种蚯蚓处理土壤N的矿化作用增强 ,矿质N含量提高 ,NO3 - N含量增加 ,而且稻季比麦季增加更为明显 .接种蚯蚓在稻、麦季均能提高微生物量碳、氮含量 ,蚯蚓具有扩大土壤微生物量N库和促进有机N矿化的双重作用 .这种作用在有效C源供应丰富的作物生长发育旺盛期更为明显 .接种蚯蚓对旱作水稻和小麦有一定的增产作用 ,其中水稻的增产幅度达 9.3% ,小麦为 5 .1% .接种蚯蚓后土壤容重明显降低 ,孔隙度显著增加 .蚯蚓在保持土壤C库平衡的同时 ,对于促进秸秆有机肥N素养分的再循环和作物生产力的提高具有重要的生态学意义 .     

论短期农作物生境中节肢动物群落的重建I.群落重建的概念及特性

农田生态系统是一个不稳定的生态系统,包括作物生境和非作物生境两个组成部分。非作物生境对作物生境中的害虫及其天敌可产生正的或负的影响。在短期农作物生境中,周期性的种植和收割使得其中的节肢动物群落亦周期性地呈现出群落重新形成、群落发展和群落瓦解３个阶段。这一群落的发展和自然群落的富替是两种不同的发展方式。因此,将短期农作生境内节肢动物群落的重新形成过程定义为群落的重建,而非作物生境内的节肢物群落称之为     

中国北方干湿气候区C_3草本植物δ~（13）C值及其与湿润指数的关系

通过对中国北方C3草本植物稳定性碳同位素的测定以及有关该区植被碳同位素资料的收集,共获取了47个样点的地理位置、气候因子和325个植物样品的碳同位素数据;计算了中国北方不同气候分区的湿润指数,分析了C3草本植物δ13C值的空间特征以及与湿润指数等环境因子之间的关系。在所调查的范围内,中国北方地区C3草本植物δ13C值的分布区间为-29.9‰--25.4‰,平均值为-27.3‰。C3草本植物δ13C的平均值从半湿润地区到半干旱地区再到干旱地区显著变重;3个气候分区植物δ13C值的变化范围分别是-29.9‰--26.7‰（半湿润区）、-28.4‰--25.6‰（半干旱区）和-28.0‰--25.4‰（干旱区）。一元回归分析表明,各气候分区C3草本植物δ13C值与湿润指数的关系存在差异,在半干旱区、半湿润区和整个北方地区,C3草本植物δ13C值与湿润指数均呈显著线性负相关（P〈0.05）,随着湿润指数的增加,C3植物δ13C平均值均变轻,但下降幅度不同。而在北方干旱气候区内,C3草本植物δ13C与湿润指数呈显著正相关（P〈0.05）,湿润指数每升高0.1,植物δ13C平均值增加1.3‰。年均温度可能是决定该区内各样点湿润指数和C3植物对13C分馏能力差别的主要原因。     

不同作物轮作制度对土壤杂草种子库特征的影响

为明确不同作物轮作制度对杂草种子库特征的影响,比较研究了玉米-小麦(MW)、大豆-小麦(SW)轮作和原水稻-小麦(RW)轮作方式下杂草种子库的特征。结果表明,作物轮作显著影响杂草种子库的密度和种类组成,进行玉米-小麦或大豆-小麦轮作2年后,杂草种子库密度分别比稻麦轮作降低27．16％、44．44％。在原水稻-小麦轮作方式下,种子库中主要杂草为陌上菜、异型莎草、菵草、水苋菜、千金子等。玉米-小麦轮作使种子库中马唐、碎米莎草、飘拂草的相对优势度显著上升,鸭舌草、水苋菜、菵草的相对优势度显著下降。而在大豆-小麦轮作方式下,种子库中通泉草、马唐、鳢肠、飘拂草的相对优势度显著上升。玉米-小麦轮作种子库的物种多样性指数高于大豆-小麦轮作和水稻-小麦轮作。玉米-小麦与大豆-小麦轮作种子库的物种组成相似性较高。作物轮作影响杂草种子库密度和种类组成的机制,可能在于通过轮换种植不同的作物,提供了多样化的选择压,限制了某些对单一种植系统有着良好适应性的杂草种类的生长。     

Enhancing C3 photosynthesis: an outlook on feasible interventions for crop improvement

Despite the declarations and collective measures taken to eradicate hunger at World Food Summits, food security remains one of the biggest issues that we are faced with. The current scenario could worsen due to the alarming increase in world population, further compounded by adverse climatic conditions, such as increase in atmospheric temperature, unforeseen droughts and decreasing soil moisture, which will decrease crop yield even further. Furthermore, the projected increase in yields of C3 crops as a result of increasing atmospheric CO₂ concentrations is much less than anticipated. Thus, there is an urgent need to increase crop productivity beyond existing yield potentials to address the challenge of food security. One of the domains of plant biology that promises hope in overcoming this problem is study of C3 photosynthesis. In this review, we have examined the potential bottlenecks of C3 photosynthesis and the strategies undertaken to overcome them. The targets considered for possible intervention include RuBisCO, RuBisCO activase, Calvin–Benson–Bassham cycle enzymes, CO₂ and carbohydrate transport, and light reactions among many others. In addition, other areas which promise scope for improvement of C3 photosynthesis, such as mining natural genetic variations, mathematical modelling for identifying new targets, installing efficient carbon fixation and carbon concentrating mechanisms have been touched upon. Briefly, this review intends to shed light on the recent advances in enhancing C3 photosynthesis for crop improvement.     

黄土高原半干旱区苜蓿草地土壤干燥化特征与粮草轮作土壤水分恢复效应

实地测定了黄土高原半干旱区固原不同生长年限苜蓿草地和连作8a苜蓿草地翻耕轮作不同年限粮食作物后深层土壤水分特征,分析了苜蓿草地土壤干燥化特征和粮草轮作对土壤水分的恢复效应.结果表明:(1)苜蓿连作1a、5a、8a和12a等4类苜蓿草地0～1000cm土层平均土壤湿度值为6.6%,平均土壤水分过耗量702.8mm,平均土壤干燥化速率147.1mm/a,达到强烈干燥化程度,苜蓿连作5a土壤干层深度超过1000cm,苜蓿连作8a土壤干层深度超过1360cm,苜蓿草地合理利用年限为7a.(2)连作8a苜蓿草地翻耕并轮作4～7a和25a粮食作物等5类粮田0～1000cm土层土壤湿度介于6.74%～11.95%,土壤贮水量恢复值介于210.6～887.3mm,平均土壤水分恢复速率为80.8mm/a.轮作6a后粮田土壤干层轻度恢复程度以上深度达到1000cm.通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度需要13a以上.黄土高原半干旱区适宜的粮草轮作模式为:7a苜蓿→13a粮食作物.     

Mineralisation of nitrogen from an incorporated catch crop at low temperatures: experiment and simulation

The release of nitrogen from incorporated catch crop material in winter is strongly influenced by soil temperatures. A laboratory experiment was carried out to investigate this influence in the range of 1-15 °C. Samples of sandy soil or a mixture of sandy soil with rye shoots were incubated at 1-5-10-15 °C, and samples of sandy soil with rye roots were incubated at 5-10-15 °C. Concentrations of N_min (NH₄ ⁺-N and NO₃ ^--N) were measured after 0-1-2-4-7-10 weeks for the sandy soil and the sandy soil:rye shoot mixture, and after 0-2-7-10 weeks for the sandy soil:rye root mixture. At 1 °C, 20% of total organic N in the crop material had been mineralised after ten weeks, indicating that mineralisation at low temperatures is not negligible. Maximum mineralisation occurred at 15 °C; after ten weeks, it was 39% of total applied organic nitrogen from shoot and 35% from root material. The time course of mineralisation was calculated using an exponential decay function. It was found that the influence of temperature in the range 1-15 °C could be described by the Arrhenius equation, stating a linear increase of ln(k) with T^-1, k being the relative mineralisation rate in day^-1 and T the temperature (°C). A simulation model was developed in which decomposition, mineralisation and nitrification were modelled as one step processes, following first order kinetics. The relative decomposition rate was influenced by soil temperature and soil moisture content, and the mineralisation of N was calculated from the decomposition of C, the C to N ratio of the catch crop material and the C to N ratio of the microbial biomass. The model was validated first with the results of the experiment. The model was further validated with the results of an independent field experiment, with temperatures fluctuating between 3 and 20 °C. The simulated time course of mineralisation differed significantly from the experimental values, due to an underestimation of the mineralisation during the first weeks of incubation.     

烟蒜轮作与套作对烤烟产量及根际土壤磷组分的影响

通过大田小区试验,研究烟蒜轮作、套作对烤烟产量和土壤不同形态磷的影响.结果表明： 烟蒜轮作、套作下烤烟产量和上中等烟比例较烤烟单作显著提高,下部叶成熟期根际土壤有效磷含量分别是烤烟单作的1.3和1.7倍.不同种植方式根际和非根际土壤无机磷组分含量均以O-P和Fe-P含量最高,Ca₂-P和Al-P次之,Ca₈-P和Ca₁₀ -P含量最低.与烤烟单作和烟蒜套作处理相比,烟蒜轮作在上部叶成熟期根际土壤Ca₂-P含量最低,Ca₈-P在下部叶成熟期含量最低,Ca₁₀-P含量在中部叶成熟期最低.烟蒜轮作和套作在下部叶成熟期和中部叶成熟期根际土壤Al-P含量分别是烤烟单作的1.6和1.9倍、1.2和1.9倍.烟蒜轮作和套作根际土壤O-P含量均显著低于烤烟单作.烟蒜轮作较烟蒜套作更能活化土壤中难溶的O-P、Ca₁₀-P和高稳性有机磷,提高烤烟产量和中上等烟比例.     

Heterogeneity from increasing crop types: effect on carabid beetles

We investigated the effect of crop type heterogeneity on carabid beetles in intensively managed agricultural landscapes. We compared different crops and habitat type configurations and compositions. In addition we assessed the effect of artificial fragmentation by paved roads and water channels in an agricultural landscape. Crop type heterogeneity negatively affected carabid assemblages. Spatial dissection by artificial structures had an even more negative effect on carabid diversity. The nested structure of the carabid assemblages among crop types was caused by a negative response to heterogeneity in the agricultural landscape. Even though crop types in an intensive agricultural landscape increased, the landscape may tend to fragment habitat. Although artificially fragmented habitats had more unstable carabid assemblages, heterogeneity from different crop types has also been shown to be a characteristic of fragmented landscapes. To produce a positive relationship between biodiversity and heterogeneity in an agricultural landscape, farming intensity should be reduced to allow for the conversion of highly productive lands into more natural habitats.