基因型多样性对羊草种群年龄结构的影响

基因型多样性作为遗传多样性的重要组成部分,不仅在群落水平,而且在种群水平均可以发挥重要生态作用。以羊草（Leymus chinensis）为研究对象,设置5种基因型多样性梯度试验控制小区,进行基因型多样性对羊草种群年龄结构的影响研究。结果表明：随基因型多样性梯度的逐步增加,2a分蘖株生物量和数量均显著增加（P<0.05）;1-4龄级羊草根茎生物量、长度和干物质积累量多数呈极显著性增加的变化趋势（P<0.01）。在1、2、4、8和12种基因型多样性梯度时,分蘖株生物量及数量年龄结构均以1a或2a分蘖株所占比例为最高,年龄结构表现为增长型或稳定型;而羊草种群根茎生物量和长度也以2a根茎所占比例为最高,年龄结构表现为稳定型。随基因型多样性水平的增加,羊草种群分蘖株数量和生物量的年龄结构从增长型向稳定型过渡,但根茎长度和生物量的年龄结构均为稳定型。12基因型多样性水平的4龄级分蘖株和根茎的特征高于其他基因型多样性水平。因此,在不同基因型多样性水平羊草种群分蘖株和根茎具有增长型或稳定型的年龄结构,适当的基因型多样性数量显著促进了各龄级羊草分蘖株和根茎的生物量和数量特征的升高,但高度的基因型多样性水平会增加羊草种群中高龄级的分蘖株和根茎所占的比例,种群发展表现出衰退信号。     

内蒙古典型草原建群种羊草基因型多样性抑制群落物种多样性的生态功能

植物群落的物种多样性以及群落建群种的基因型多样性对群落生态功能是否存在交互影响已成为群落生态学研究的热点内容。以内蒙古典型草原群落内常见物种为研究对象,研究了群落物种多样性与建群种羊草(Leymus chinensis)基因型多样性及其交互作用对群落生物量生态功能特性的影响。结果表明:(1)羊草基因型多样性、物种多样性及其交互作用对群落地上、地下和总生物量无显著影响(P0.05);(2)羊草基因型多样性、物种多样性及其交互作用对多样性效应(净多样性效应、互补效应和选择效应)有显著影响(P0.05)。羊草基因型多样性抑制多样性净效应的发挥,且主要抑制互补效应;而物种多样性则促进多样性净效应的发挥,主要表现为选择效应对地上生物量的正效应;(3)互补效应对群落生物量多样性净效应起主要贡献。实验所得结果不仅为探讨多样性效应在物种水平以及群落水平上对群落生物量的影响因素提供了重要启示,而且为内蒙古草原种质资源的保护及合理利用,乃至生态系统的恢复和重建提供理论指导。     

不同邻居物种的基因型多样性对冷蒿生长的影响

植物物种多样性与基因型多样性对群落的结构和功能具有重要的生态作用,近年来植物基因型多样性对植物间相互作用的影响已成为研究者关心的重要科学问题。实验选择退化草原优势种冷蒿(Artemisia frigida)为目标植物,稳定群落建群种羊草(Leymus chinensis)和群落伴生种洽草(Koeleria cristata)为邻居植物,来研究基因型多样性不同的邻居植物对冷蒿生长表现(株高、地上生物量、地下生物量和总生物量)的影响,并通过测量植物相对竞争强度及邻居植物性状变异来进一步探究邻居植物基因型多样性对目标植物影响的内在机制。结果表明:(1)邻居物种为羊草时,基因型多样性对冷蒿的生长表现影响显著,当邻居为6基因型时,冷蒿的株高、地上生物量以及总生物量显著低于单基因型和3基因型时的表现(P0.05),且相对竞争强度高于其他两种处理;而邻居物种为洽草时,基因型多样性对冷蒿所有观测指标以及相对竞争强度的影响均不显著(P0.05)。(2)利用主成分分析法来分析基因型多样性对自身性状变异的影响发现,邻居物种为羊草时,基因型多样性对性状变异响应显著,主要表现为3基因型时,羊草种群的株高、总生物量、地上生物量显著高于单基因型时的表现(P0.05);而邻居物种为洽草时,基因型多样性对性状变异影响不显著(P0.05)。(3)邻居物种为羊草时,羊草总生物量和比叶面积与冷蒿的地上生物量和总生物量呈显著负相关(P0.05);邻居物种为洽草时,洽草各性状与冷蒿性状间无显著相关性(P0.05)。实验结果揭示,基因型多样性对目标植物生长的效应受邻居植物种类的影响,稳定群落建群种羊草高基因型组合能显著抑制冷蒿的生长,这可能与羊草高基因型多样性种群性状变异大且对冷蒿有较高的相对竞争强度有关。所得结果为建群种基因型多样性影响种间相互作用提供了实验证据,为草原的合理利用和保护提供了理论指导。     

羊草基因型数目对地下动物及微生物群落的影响

群落建群种的基因型多样性是否具有与物种多样性类似的生态功能已经成为种群生态学非常关注的问题,研究结果能够为种群或群落的保护和恢复提供理论指导。基于已构建并施加不同强度干扰(无刈割、留茬10 cm和留茬5 cm)的不同基因型组合(1-、3-、6-基因型)的羊草种群,本研究采集其地下部土壤研究羊草基因型数目及干扰对地下动物群落和微生物群落的影响。结果表明:(1)羊草基因型数目和干扰强度的交互作用对土壤动物的种类、数量的影响显著(P0.05)。(2)在留茬10 cm处理组中,土壤动物的数量与羊草种群基因型数目呈显著的正相关关系(P0.05),符合"资源化假说"。(3)在无刈割处理组中,羊草的基因型数目对根际土壤中微生物群落的组成和结构具有显著的影响(P0.05)。     

松嫩草原不同种群密度羊草草地生态系统有机碳分配

以松嫩草原自然生长状态下不同种群密度羊草生态系统为研究对象,采用野外取样与室内分析相结合的方法,研究其生物量分配、各构件有机碳含量及贮量、土壤有机碳含量及储量的变化特征。结果表明:随着种群密度的增加,羊草群落的根、茎、叶、根茎生物量以及根冠比无显著差异,而生殖构件生物量显著减少(P0.05);种群密度对羊草构件的有机碳含量无显著影响;随着种群密度的增加,羊草生殖构件有机碳贮量显著降低(P0.05),而对羊草非生殖构件无显著影响;种群密度影响土壤碳截获能力,低种群密度羊草生态系统碳截获能力更强,在土壤深层(20~100 cm)则更为显著(P0.05)。     

羊草种群生物量分配动态模拟

基于4种密度羊草种群的温室模拟试验,分析了羊草种群地上生物量与地下生物量的动态变化．结果表明：羊草种群的地上生物量与地下生物量随生长期呈增加的趋势,且随密度的增加而增加,但不同密度间羊草地上生物量与地下生物量的相对生长速率没有显著差异;不同密度羊草种群的根冠比随生长进程而增加,但差异不显著,表明环境因子是影响羊草种群根冠比变化的主导因素;单株羊草及羊草种群的地上生物量和地下生物量间存在显著的幂函数关系,但幂函数指数与系数随羊草密度的变化而变化,表明资源竞争引起的微环境差异导致了羊草种群根冠比的动态变化,可为定量研究光合产物分配提供参考．     

基因型数目对溚草生长表现的影响

物种内基因型多样性是否具有类似物种多样性的生态功能是恢复生态学与保护生态学研究的热点问题。在一些群落建群种的研究中,基因型多样性被证明确实具有与物种多样性类似的生态功能,然而群落伴生种是否也具有类似的生态功能并没有实验证据。本研究以中国北方草原群落伴生种溚草为研究对象,采用单因素实验设计,构建溚草基因型单种和4基因型混种2种处理,通过2次收获分别得到溚草地上部绿叶干重、地上部枯叶干重、地上部干重(绿叶+枯叶)、地下部干重以及分蘖数5个指标对基因型数目的响应。结果表明:(1)尽管所得结果均表明4基因型组合种群的表现优于基因型单种,但仅第一次收获时地下部干重这一指标在两种处理之间差异显著(P0.05);(2)仅第一次收获时地下部干重的基因型多样性净效应为显著正效应(P0.05);(3)将所得多样性净效应分解为互补效应和选择效应,发现9/10的互补效应值为正值但与0之间差异不显著(P0.05),而7/10的选择效应为负值,且第二次收获时地上部枯叶干重的选择效应显著小于0(P0.05)。这些结果表明,群落伴生种溚草混种时选择效应不对基因型多样性正效应起正面作用,而基因型间并不能发挥类似物种多样性间的功能互补,因此仅在1/10指标中得到基因型多样性效应的正效应,显著低于已有的关于物种多样性以及建群种基因型多样性所得结果,这些结果为合理评价退化草原的生态功能提供了新的视角。     

氮素对内蒙古典型草原羊草种群的影响

为了研究氮素对内蒙古典型草原植物种群的影响, 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 实施了长期的氮素添加试验。就两年来不同梯度氮素处理对羊草 (Leymuschinensis) 种群的影响进行了分析。结果表明, 氮素对羊草种群具有显著的调节效应, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群密度、种群高度、地上生物量、地下生物量、总生物量均显著增加, 羊草种群地下生物量 /地上生物量比值逐渐降低。氮素对羊草种群构件的生物量分配有显著影响, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群生物量向根茎的分配比例显著降低, 向叶片和根系的分配比例显著提高。羊草种群的相对密度和相对生物量也随着氮素梯度的增加而显著提高。     

松嫩平原两个趋异类型羊草无性系种群特征的比较研究

松嫩平原上羊草(Leymus chinensis(Tzvel.)Tzvel.)有两个趋异类型:灰绿型和黄绿型。两个类型羊草的分蘖节一般均存活2～4年,最多可存活5年;根茎一般存活2～3年,最多可存活4年。两个类型无性系种群的分蘖株均为增长型的年龄结构类型。种群根茎的累积长度,灰绿型为18035cm/m~2,黄绿型为21218cm/m~2,其中,均以1、2龄占绝对比重。两个类型均以1龄分蘖株生产力最大,至3龄分蘖株明显减小;各龄根茎的生物量随着年龄的增加呈直线下降;1龄根茎的营养繁殖力甚强,至8月中旬所形成的芽数均已远远多于地上全部分蘖株数;2龄根茎尚存在较小的营养繁殖潜力,3、4龄根茎均已丧失了营养繁殖力。两个类型羊草无性系种群都是通过根茎芽补充更新。     

水分和养分添加对羊草功能性状和地上生物量的影响

研究水分和养分添加对植物功能性状的影响, 对于揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文采用盆栽试验的方法, 进行不同水平水分处理(增水50%, 减水50%, 以498 mm降水量作为对照)和养分添加(无养分添加, 单施氮肥, 单施磷肥, 氮磷共施), 研究羊草(Leymus chinensis)的10种功能性状和地上生物量对水分和养分添加的响应。得出以下结论: (1)双因素方差分析结果表明, 水分主效应对羊草株高、分蘖数、茎生物量、叶生物量、叶面积、叶质量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 养分主效应对羊草分蘖数、茎生物量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 水分和养分的交互作用对羊草分蘖数、茎生物量、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响。(2)各功能性状对降水量的响应在不同养分添加水平是不同的, 分蘖数和叶面积在单施氮肥和氮磷共施条件下随降水量增加而增加, 而在无养分添加和单施磷肥条件下无显著变化; 茎生物量在无养分添加、单施氮肥和单施磷肥条件下随降水量增加而增加, 而在氮磷共施条件下无增加趋势; 比叶面积在单施氮肥条件下增水处理显著低于对照组, 而在其他养分添加条件下无明显变化。(3)短期氮磷处理显著影响羊草叶片光合生理性状, 而对叶形态性状影响不显著。(4)羊草地上生物量随降水量的增加呈现上升趋势, 并且在单施氮肥条件下, 增水处理使地上生物量达到最高, 为522.55 g·m ^-2。总之, 羊草的功能性状对降水量增加表现出明显的响应, 响应格局在不同养分条件下不同, 反映了其对水肥环境变化的适应。     

羊草基因型数目与氮添加对土壤微生物群落的交互影响

物种多样性(或同一物种遗传多样性)减少和氮富集都是影响陆地生态系统进程的主要因素,它们之间的交互作用是否对土壤微生物群落产生显著影响已成为研究者关心的主要科学问题。研究羊草基因型数目(1、2、4三种基因型数目组合)和氮添加(无氮添加、低氮添加和高氮添加3种水平)对土壤微生物群落的总磷脂脂肪酸(PLFA,Phospholipid Fatty Acid)含量、细菌PLFA生物标记含量、真菌PLFA生物标记含量、真菌/细菌比、以及基于每个PLFA生物标记相对含量百分比所得微生物群落的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数的影响。结果表明:氮添加对细菌PLFA生物标记含量,以及土壤微生物PLFA生物标记的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数具有显著影响(P0.05);基因型数目对所测变量无显著影响(P0.05),但基因型数目和氮添加的交互作用对细菌PLFA生物标记含量和真菌/细菌比具有显著影响(P0.05)。研究结果为全球变化背景下氮沉降及重要物种种群数量减少对土壤微生物群落的影响提供了科学数据,为合理解释群落动态变化提供了数据支持。     

On the relative importance of the effects of selection and complementarity as drivers of diversity–productivity relationships in Mediterranean shrublands

Extensive research has been devoted to understanding the role of biodiversity as a driver of ecosystem functioning. However, no previous study has evaluated the relative contribution of complementarity and selection to productivity in shrublands. We have attempted to do this for a Mediterranean shrubland dominated by Quercus coccifera , Cistus albidus , Ulex parviflorus and Rosmarinus officinalis . We found a highly significant and linear positive relationship between productivity and species richness. No selection effect was apparent, but both the complementarity and net effects were highly significant. The magnitude of these effects increased from two to three species, but became non-significant in the four-species mixtures. Analysis of pairwise interactions revealed that legumes did not promote overyielding. Complementarity was mostly driven by Cistus , which always performed better when growing with other species than when growing with conspecifics. Our results are an addition to the still scarce literature dealing with diversity–productivity relationships in communities dominated by woody species, and show that methodologies commonly used to assess complementarity may not provide a precise estimation when a given species has negative effects on its conspecifics.     

切根和浅耕翻措施对退化草地生长季土壤性质及植物群落的影响

草地退化是我国主要生态问题之一,研究草地不同改良措施的生态效应对于科学有效地恢复草地生态系统具有重要意义。以切根、浅耕翻两种典型改良措施为对象,在内蒙古锡林郭勒盟毛登草原内蒙古大学生态学研究基地研究了两种改良措施对土壤硝化速率、羊草群落植物生物多样性和生物量的影响。结果表明:与对照相比,浅耕翻措施显著降低了土壤硝化速率(P0.05),切根措施对土壤硝化速率有提高效果,且土壤硝化速率呈现出明显的时间动态,土壤硝化速率6月份显著最高、9月份显著最低;浅耕翻措施显著降低了羊草群落植物多样性和生物量(P0.05),而切根处理则显著提高了羊草群落植物多样性(P0.05),切根处理对植物生物量提高有作用但效果不显著。研究结果表明不同草地恢复措施显著影响了土壤性质和植物群落,在短期内,浅耕翻措施不是草地恢复的有效措施,而切根处理有助于提高退化草地生物多样性。     

Functional traits explain ecosystem function through opposing mechanisms

The ability to explain why multispecies assemblages produce greater biomass compared to monocultures, has been a central goal in the quest to understand biodiversity effects on ecosystem function. Species contributions to ecosystem function can be driven by two processes: niche complementarity and a selection effect that is influenced by fitness (competitive) differences, and both can be approximated with measures of species’ traits. It has been hypothesised that fitness differences are associated with few, singular traits while complementarity requires multidimensional trait measures. Here, using experimental data from plant assemblages, I show that the selection effect was strongest when trait dissimilarity was low, while complementarity was greatest with high trait dissimilarity. Selection effects were best explained by a single trait, plant height. Complementarity was correlated with dissimilarity across multiple traits, representing above and below ground processes. By identifying the relevant traits linked to ecosystem function, we obtain the ability to predict combinations of species that will maximise ecosystem function.     

Differentiation between responses of primary productivity and phosphorus exploitation to species richness

Several studies have shown that ecosystem functioning increases with increasing species richness. Most of these studies examined the effects of species richness on primary productivity. The underlying mechanism that explains this pattern is usually the selection effect. The higher the diversity in plant communities the higher the chance in including a very productive species that dominates the community, or a legume species that brings N into the soil. Less attention has been given so far to the effects of species richness on phosphorus exploitation. The aim of this work was to investigate the effect of species richness on aboveground primary productivity and P accumulation in a plant diversity experiment. For this reason, 14 grassland plant species were grown in containers as monocultures and in mixtures of 2-, 3-, 4-, 8-, 11- and 14-species combinations. Results show that the aboveground phytomass and total P increased with increasing species richness. Complementarity effects, probably through partitioning of resources, were most apparent in the highest levels of species richness, and were observed to be greater for total P in comparison to phytomass. Selection effects generally were greater for phytomass than for total P; they were significantly positive at the 2- to 8-species combinations but close to 0 or negative in the highest levels of species richness. The increases in phytomass and total P at the highest levels of species richness appeared to be caused by the increased performance of intermediate-productive species. Responsible Editor: Tibor Kalapos.     

Partitioning the net effect of host diversity on an emerging amphibian pathogen

The ‘dilution effect’ (DE) hypothesis predicts that diverse host communities will show reduced disease. The underlying causes of pathogen dilution are complex, because they involve non-additive (driven by host interactions and differential habitat use) and additive (controlled by host species composition) mechanisms. Here, we used measures of complementarity and selection traditionally employed in the field of biodiversity–ecosystem function (BEF) to quantify the net effect of host diversity on disease dynamics of the amphibian-killing fungus Batrachochytrium dendrobatidis (Bd). Complementarity occurs when average infection load in diverse host assemblages departs from that of each component species in uniform populations. Selection measures the disproportionate impact of a particular species in diverse assemblages compared with its performance in uniform populations, and therefore has strong additive and non-additive properties. We experimentally infected tropical amphibian species of varying life histories, in single- and multi-host treatments, and measured individual Bd infection loads. Host diversity reduced Bd infection in amphibians through a mechanism analogous to complementarity (sensu BEF), potentially by reducing shared habitat use and transmission among hosts. Additionally, the selection component indicated that one particular terrestrial species showed reduced infection loads in diverse assemblages at the expense of neighbouring aquatic hosts becoming heavily infected. By partitioning components of diversity, our findings underscore the importance of additive and non-additive mechanisms underlying the DE.     

人为干扰对栲树次生林群落物种多样性和土壤理化性质的影响

为探究人为干扰对栲树群落的影响,采用典型样地法研究不同程度人为干扰对碧峰峡栲树(Castanopsis fargesii)次生林群落的物种多样性和土壤理化性质的影响。结果表明,碧峰峡栲树群落共有维管植物148种,隶属60科106属。乔木层和草本层物种多样性指数随干扰强度的加强先增加后减小,灌木层物种多样性水平最高。乔木层优势种以栲树、杉木(Cunninghamia lanceolata)等为主,灌木层物种丰富,优势种较多,草本层优势种数量为中度干扰轻度干扰重度干扰。土壤有机碳、钾含量和含水量与群落物种多样性水平显著相关(P0.05)。中度干扰在一定程度上能够促进碧峰峡栲树群落物种多样性并改善土壤性质,土壤有机碳、钾含量和含水量对物种多样性有显著影响。