长白山森林生态系统凋落物层和土壤层跳虫物种多样性和功能多样性对海拔梯度的响应

山脉是生物多样性研究的热点地区,以往关于山脉的研究多集中于地上植物和脊椎动物,无脊椎动物相关的研究明显滞后。跳虫(Collembola)是土壤无脊椎动物的主要类群之一,在分解有机质、疏松和活化土壤过程中发挥着重要的作用。以跳虫为研究对象,采用梯度格局法,在长白山北坡自海拔800 m至1700 m,每隔150 m进行凋落物层和土壤层样品的采集,对比分析了土壤层和凋落物层的群落组成与群落结构,采用4个物种多样性指数(丰富度指数、Pielou均匀度指数、Shannon-Weiner多样性指数和Simpson多样性指数)和4个功能多样性指数(功能丰富度FRic指数、功能均匀度FEve指数、二次熵Rao''s Q指数和功能离散FEiv指数),探讨了多样性沿海拔梯度的分布格局。共获得跳虫5542头,隶属于12科42属83种,其中等节跳科为绝对优势类群(相对密度>50%)。非度量多维尺度分析结果表明,凋落物层和土壤层的跳虫群落结构差异显著,长角跳科、鳞跳科和疣跳科物种多分布于凋落物层,而棘跳科物种多分布于土壤层。线性或二次回归模型结果表明,在凋落物层跳虫的丰富度指数,Shannon-Weiner多样性指数和Simpson多样性指数沿海拔梯度的变化呈增加格局;但在土壤层跳虫物种多样性指数沿海拔梯度的变化无明显趋势。在凋落物层,跳虫的功能丰富度指数和功能离散度Rao''s Q指数随海拔梯度的变化呈现单峰分布格局;在土壤层,跳虫的功能丰富度指数随海拔梯度的变化也呈现单峰分布格局,但其他功能多样性指数沿海拔梯度的变化无明显趋势。研究表明凋落物层和土壤层跳虫的群落组成,群落结构及多样性存在显著差异,跳虫的物种多样性指数和功能多样性指数对海拔梯度变化的响应不同,未来在探讨土壤动物沿海拔梯度的分布格局及其物种共存机制时,应综合考量垂直分层(凋落物层和土壤层)和多个度量维度(物种多样性和功能多样性)。     

北京东灵山土壤动物多样性海拔格局的尺度推绎规律

识别群落内部各类群多样性格局的复杂性是生态学家面临的挑战,而尺度推绎规律是揭示复杂生态结构的有效途径之一。本研究利用多重分形的方法探索了不同海拔土壤动物多样性格局的尺度推绎规律,对比分析了凋落物层和土壤层之间多重分形谱的差异。结果表明: 与之前对植物群落的分析结果相似,土壤动物多样性尺度推绎规律同样具有幂律特征,如丰富度、Shannon多样性指数和Simpson多样性的倒数。凋落物层和土壤层中不同相对多度土壤动物的丰富度也具有幂律尺度推绎规律。凋落物层和土壤层中土壤动物多样性格局都具有多重分形特征,但凋落物层中多样性的分形结构比土壤层更均匀,且两层间优势类群与稀有类群的尺度推绎特征在多重分形谱上不同格局。幂律尺度推绎规律对于有着较高丰富度与多度的土壤动物同样存在,从而有助于揭示地下生物多样性的空间分布机制。     

辽宁老秃顶子北坡植物群落物种多样性及其与土壤特性的相关性分析

通过沿海拔梯度的系统样方调查,利用物种丰富度、α多样性和β多样性等指标,对辽宁老秃顶子北坡植物群落木本层和草本层物种多样性随海拔梯度的变化趋势进行了研究,并对植物群落物种多样性与土壤特性之间的相关关系进行了初步探索。结果表明:木本植物物种多样性随海拔梯度的升高呈波动式降低的趋势;草本植物物种多样性随海拔梯度的变化趋势为先降低后升高;群落类型间的过渡带是植物物种替换速率较高的地区;老秃顶子北坡土壤类型以棕色森林土和暗棕色森林土为主,土壤有机质含量较高;群落物种多样性与土壤特性之间存在着一定的负相关性。     

川西高山林线三种灌木凋落叶分解中的无脊椎动物多样性

以无脊椎动物为主体的土壤动物是影响凋落物分解的重要生物因素,对维持陆地生态系统物质循环和能量流动具有重要作用。高山林线交错带是高山植被垂直带谱中重要的过渡区域,拥有比相邻生态系统更高的生境复杂性和物种多样性。林线上温度波动和冻融循环频率显著高于针叶林,为了了解林线交错带上环境差异对凋落物分解过程中的土壤动物群落结构和多样性的影响,采用凋落物分解袋的方法,于高山生态系统的两个主要时期,即雪被末期和生长季末期,研究了林线主要代表性灌木——高山柳(Salix cupularis)、高山杜鹃(Rhododendron lapponicum)和红毛花楸(Sorbus rufopilosa)凋落叶分解的土壤动物多样性特征。结果表明:凋落物中的无脊椎动物群落多样性及个体、类群密度随物种、海拔梯度和季节而变化,且季节差异对无脊椎动物多样性的影响比物种和海拔梯度更显著。3个因子的交互作用不仅影响土壤动物群落多样性和均匀度,而且影响群落个体密度和类群密度。雪被末期,凋落物中的无脊椎动物多样性指数H、均匀度指数J及丰富度指数D以针叶林最高,优势度指数C以林线最高;生长季节末期的无脊椎动物类群密度和个体密度显著高于雪被末期。总体上,凋落物中的无脊椎动物群落丰富度以生长季末期最高,林线较针叶林丰富。这意味着,未来气候变暖情景下,灌丛密度增加,凋落物输入量增大,可能导致无脊椎动物多样性增加。     

贵阳市区灌木林生态系统生物量及碳储量

采用直接收获法和实测数据,以贵州省贵阳市区天然灌木林内木本和草本植物、凋落物及土壤为研究对象,研究了灌木林生态系统的生物量、碳含量及碳储量。结果表明:灌木林植被层生物量为23.16 t/hm2,其中木本植物层生物量为12.46 t/hm2;草本植物层为3.74 t/hm2;凋落物层为6.96 t/hm2,分别占植被层生物量的53.08%、16.15%、30.05%。木本植物25种的碳含量范围为445.91—603.46 g/kg;草本植物6种的碳含量为408.48—523.04 g/kg;凋落物层碳含量为341.01—392.81 g/kg;土壤层碳含量为5.73—26.68 g/kg。生态系统总碳储量为88.34 t/hm2,其中植被层为8.10 t/hm2;凋落物层为2.56 t/hm2;土壤层为77.68 t/hm2,分别占系统总碳储量的9.17%、2.89%、87.94%。灌木林生态系统碳储量的空间分布格局为:土壤层植被层凋落物层。研究结果,可为喀斯特城市估算森林生态系统碳储量和碳平衡提供科学依据。     

陆地生态系统混合凋落物分解研究进展

凋落物分解在陆地生态系统养分循环与能量流动中具有重要作用,是碳、氮及其他重要矿质养分在生态系统生命组分间循环与平衡的核心生态过程。自然生态系统中,植物群落大多具有较高的物种丰富度和多样性,其混合凋落物在分解过程中也更有可能发生养分传递、化学抑制等种间互作,形成多样化的分解生境,多样性较高的分解者类群以及复杂的级联效应分解,这些因素和过程均对研究混合凋落物分解过程、揭示其内在机制形成了极大的挑战。从构成混合凋落物物种丰富度和多样性对分解生境、分解者多样性及其营养级联效应的影响等方面,综合阐述混合凋落物对陆地生态系统凋落物分解的影响,探讨生物多样性在凋落物分解中的作用。通过综述近些年的研究发现,有超过60%的混合凋落物对其分解速率的影响存在正向或负向的效应。养分含量有差异的凋落物混合分解过程中,分解者优先利用高质量凋落物,使低质量的凋落物反而具有了较高的养分有效性,引起低质量凋落物分解加快并最终使混合凋落物整体分解速率加快;而凋落物物种丰富度对土壤动物群落总多度有轻微的影响或几乎没有影响,但是对线虫和大型土壤动物的群落组成和多样性有显著影响,并随着分解阶段呈现一定动态变化;混合凋落物改变土壤微生物生存的理化环境,为微生物提供更多丰富的分解底物和养分,优化微生物种群数量和群落结构及其分泌酶的活性,并进一步促进了混合凋落物的分解。这些基于植物-土壤-分解者系统的动态分解过程的研究,表明混合凋落物分解作用不只是经由凋落物自身质量的改变,更会通过逐级影响分解者多样性水平而进一步改变分解速率和养分释放动态,说明生物多样性确实在一定程度上调控凋落物分解及其养分释放过程。     

多年模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹人工林土壤节肢动物的影响

土壤动物在生态系统养分循环中扮演着重要角色,其中土壤节肢动物在凋落物破碎和土壤团聚体形成中起着决定性作用。为探究多年模拟氮沉降对苦竹人工林土壤节肢动物的影响,于2007年11月起在华西雨屏区苦竹人工林进行了每月1次的模拟氮沉降试验,以硝酸铵为氮源,设对照(0 g N·m~(-2)·a~(-1))、低氮(5 g N·m~(-2)·a~(-1))、中氮(15 g N·m~(-2)·a~(-1))和高氮(30 g N·m~(-2)·a~(-1)) 4个处理。在施氮6.5年后分别于2014年1月、10月,2015年1月采集凋落物层和0～15 cm土层样品带回实验室分离鉴定。结果显示:本试验共观察到土壤节肢动物1852只,隶属于3门7纲18目;凋落物层土壤节肢动物个体数和类群数随施氮浓度的升高而增加,且高氮处理显著高于对照;土壤层土壤节肢动物个体数和类群数随施氮浓度的升高而减少,但与对照相比均不显著;模拟氮沉降对凋落物层和土壤层土壤节肢动物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均无显著影响。     

太白山森林样地系统发育多样性格局及其影响因素

太白山森林样地系统发育多样性格局及其影响因素 系统发育多样性指数常被用作区分植物群落构建过程中生态和演化过程的相对作用。系统发育多样性格局的推断方法(如系统树的构建和不同的系统发育多样性指数)、演化历史(如生活型)以及环境梯度都可能影响系统发育多样性格局的估计值,进而可能影响我们对植物群落构建过程的认知。因此,有必要区分这些因素如何作用于系统发育多样性格局的估计值,但其相对重要性及其交互作用仍不清楚。本研究利用位于太白山北坡沿海拔分布的20个森林样地(整体高差2800 m左右)的野外调查数据,包括274种木本植物和581种草本植物。对于上述样地内所有植物,我们构建了当前广泛采用的合成树和分子树以比较系统树的构建,特别是合成树末端的多歧分支结构,及其对系统发育多样性格局估计值的可能影响。同时,我们计算了每个样地的3种不同的系统发育多样性指数,包括Faith’s PD, 平均成对距离(MPD)和平均最近类群距离(MNTD),并分别对木本和草本植物进行计算。多模型比较分析系统发育多样性格局的估计值与系统树重建方法、多样性指数、生活型、海拔及其交互作用的最简约关系。研究结果表明,基于合成树和分子树所得到的系统发育多样性格局之间没有显著差异。海拔和多样性指数与生活型在解释系统发育多样性格局方面存在强烈的交互作用,并且能够解释44%以上的变异。系统发育多样性格局的估计值总体随海拔升高而降低,但草本植物相比木本植物变化更平缓。对于木本植物,3种系统发育多样性指数表现出一致的海拔分布格局(即系统发育聚集),而草本植物的平均成对距离指数则表现为随机的海拔分布格局。因此,分析沿环境梯度的系统发育多样性格局需要考虑系统发育格局的推断方法和演化历史的影响,以帮助我们更好地理解植物群落的构建过程。     

四川盆地亚热带常绿阔叶林不同物候期凋落物分解与土壤动物群落结构的关系

为了解植物生长不同物候时期凋落物分解过程中土壤动物群落结构动态及其与凋落物分解的关系,以四川盆地亚热带常绿阔叶林典型人工林树种马尾松和柳杉,次生林树种香樟和麻栎凋落物为研究对象,采用凋落物分解袋试验研究,凋落物分解过程中土壤动物的群落特征。4种凋落物分解袋共获得土壤动物8047只,其中,柳杉(2341只)>香樟(2105只)>马尾松(2046只)>麻栎(1555只)。其中,秋末落叶期、萌动期和展叶期,马尾松凋落物袋中主要以捕食性土壤动物为优势类群,而后以菌食性土壤动物为主;香樟凋落物袋中除秋末落叶期和叶衰期以菌食性土壤动物为主要优势类群外,其他各时期均以捕食性土壤动物为主要优势类群;柳杉凋落物分解各时期均以菌食性土壤动物为主要优势类群;麻栎凋落物分解在前3个时期以菌食性为主,而后以植食性土壤动物为主要优势类群。相关分析表明,在秋末落叶期和萌动期土壤动物的个体密度主要和氮、磷含量及其格局密切相关,叶衰期主要和难分解组分木质素显著相关。除在秋末落叶期土壤动物对凋落物分解的贡献率与土壤动物的个体密度显著相关外,其余主要物候关键时期均与土壤动物的类群密度及其食性显著相关。     

植物物种多样性的垂直分布格局

生物多样性沿环境梯度的变化趋势是生物多样性研究的一个重要议题,而海拔梯度包含了多种环境因子的梯度效应,因此研究生物多样性的海拔梯度格局对于揭示生物多样性的环境梯度变化规律具有重要意义。在不同的研究尺度,植物多样性沿海拔梯度具有不同的分布格局,而形成这种格局的因素有很大差异。本文从α多样性,β多样性和γ多样性三个尺度总结了植物物种多样性沿海拔梯度分布格局及其环境解释。α多样性沿海拔梯度的分布格局在不同生活型的物种之间差异很大,但对于木本植物来说,虽然也存在其他格局,但α多样性随海拔升高而降低是被广泛接受的一种格局。在一般情况下,β多样性随着海拔的升高而降低,并且对于不同生活型的物种,β多样性沿海拔梯度具有相似的分布格局。γ多样性沿海拔梯度具有两种分布格局：偏峰分布格局和显著的负相关格局;特有物种数往往随着海拔的升高而减少,而特有度则随着海拔的升高而增加。     

Factors causing spatial heterogeneity in soil properties, plant cover, and soil fauna in a non-reclaimed post-mining site

This study explored processes responsible for environmental heterogeneity at a man-made post-mining landscape formed by heaping of homogeneous overburden in longitudinal “waves”. Soil chemistry (pH; conductivity; total C; total, available, and water-soluble P; and available K, Na, and Ca), the distribution of woody and herbaceous plants, litter quantity, and the distribution of soil fauna were studied along a100-m transect. Heterogeneity between waves was very low, and only available P and biomass of herbaceous plants differed among waves. In contrast, all investigated parameters except of total and available P and fauna density differed among position inside waves. Woody plants were more numerous on the wave tops and slopes than on the bottoms. Distribution of shrubs between waves affect between-waves distribution of other parameters, namely soil C_ox, as waves with more shrubs have larger litter input and more soil carbon.     

上海大金山岛植被功能组成对草本植物、土壤动物和细菌多样性的影响

揭示植物群落对土壤动物和微生物多样性的上行调控效应有助于理解不同营养级生物多样性的维持机制。以往的研究主要集中在植物物种多样性对土壤动物和微生物多样性的影响,而关于植被功能组成自下而上的影响研究较少。以上海大金山岛13个植物群落为对象,在分析落叶木本植物占比与树木和草本物种多样性,以及土壤动物和细菌多样性的关系基础上,利用结构方程模型区分了落叶木本植物占比对土壤动物和细菌多样性的直接与间接影响效应。结果显示：落叶木本植物占比不仅分别对草本物种多样性和土壤动物多样性分别产生直接正效应和负效应（P<0.01;P<0.05）,也会通过草本物种的级联效应间接的降低地下土壤细菌多样性（P<0.10）。然而,木本植物多样性仅与草本物种多样性显著正关联（P<0.10）,与土壤动物和细菌多样性无显著关联（P>0.10）。该研究结果表明,相较于木本植物多样性,落叶植物占比在中亚热带北缘森林生态系统不同营养级生物多样性维持格局中扮演着更为重要的角色。     

山西关帝山森林群落物种、谱系和功能多样性海拔格局

探索和揭示生物多样性的空间格局和维持机制是生态学和生物地理学研究的热点内容, 但综合物种、系统进化和功能属性等方面的多样性海拔格局研究很少。该文以关帝山森林群落为研究对象, 综合物种、谱系和功能α和β多样性指数, 旨在初步探讨关帝山森林群落多样性海拔格局及其维持机制。研究结果表明: 随着海拔的升高(1 409-2 150 m), 关帝山森林群落物种丰富度指数(S)、谱系多样性指数(PD)和功能丰富度指数(FRic)整体上表现出上升的趋势, 特别是海拔1 800 m以上区域。随着海拔的升高, 总β多样性(β_total)和更替(β_repl)上升趋势明显, 而丰富度差异(β_rich)则逐渐下降。不同生活型植物的物种、谱系和功能多样性海拔格局差异较大。随着海拔的升高, 草本植物S和物种多样性指数(H′)上升趋势高于木本植物。影响草本植物S分布的主要因素是地形因子, 而影响木本植物S分布的主要因素是历史过程。随着海拔的升高, 木本植物β_total上升趋势要比草本植物明显。随着海拔的升高, 木本植物β_repl和β_rich分别表现出单峰格局和“U”形格局, 而草本植物β_repl和β_rich则分别表现出单调递增和单调递减的格局。随着环境差异和地理距离的增加, 群落间物种、谱系和功能β多样性显著增加。环境差异(环境过滤)对木本植物的β多样性具有相对较强的作用; 而环境差异(环境过滤)和地理距离(扩散限制)共同作用于草本植物的β多样性。     

长白山北坡土壤动物群落物种共有度的海拔梯度变化

群落间各生活型土壤动物科及所有土壤动物科的共有度,一定程度上反映了群落间的相关性及沿环境梯度的物种替代关系。应用梯度格局法在长白山北坡海拔550～2650m地段,每隔100m海拔高度设置一块样地,共计22块样地,并应用Jaccard指数,对各海拔不同土壤动物群落间物种共有度的海拔梯度变化进行了分析。结果表明,不同海拔土壤动物群落间物种的共有度,无论以哪一生活层的土壤动物科来表达,基本都以与其最相邻的群落间为最高,群落间物种共有度峰值与谷点反映了群落类型随海拔具有间断性变化。线虫、甲螨、弹尾等各生活型土壤动物的共有度以及所有土壤动物科的共有度,均随着海拔差的增加呈下降趋势,但并非与植被情况完全吻合。     

Species richness and phylogenetic diversity of different growth forms of angiosperms across a biodiversity hotspot in the horn of Africa

Woody and herbaceous plants are differentially influenced by the environment, with non‐random association with the evolutionary history of these taxa and their traits. In general, woody plants may have climate‐dominated niches, whereas herbaceous plants may have edaphic and microhabitat‐dominated niches. Here, we explored and mapped how the patterns of species richness, phylogenetic diversity, and structures of total, woody, and herbaceous plants vary across the geographical regions and with respect to 12 environmental variables across Ethiopia and Eritrea, in the horn of Africa. Our result showed that both richness and phylogenetic diversity had almost the same tendency in total woody and herbaceous plants, in which they showed positive relationships with annual precipitation, precipitation annual range of climate, all the three variables of topography, and total nitrogen and total extractable phosphorus of soil, and negative relations with mean annual temperature. Compared with the total and herbaceous plants, the environmental variables explained greater variance both in the standardized effect size phylogenetic diversity and net relatedness index for woody plants. Our results highlight that, on the large spatial scales, the environmental filtering process has played a greater role in structuring species into local communities for woody plants than for herbaceous plants.     

Cursorial spiders and succession: age or habitat structure?

Summary The structure of cursorial spider assemblages was examined along a gradient of four temperature successional communities. Species diversity (H), richness (S), and evenness (J) exhibited a dichotomy between herbaceous and woody communities rather than a progressive change with community age: all three parameters were higher in the two younger fields than in the two older woodlands, which is contrary to conventional successional theory. Species importance curves were steeper in the two woody communities. The breadth of the distribution of adult body lengths was greater in the two herbaceous communities. Indices of community similarity revealed neither a successional trend nor the vegetative dichotomy. We suggest the hypothesis that habitat structure is a more important determinant of cursorial spider diversity than successional age per se, and that the switch in dominance from herbaceous to woody vegetation is the critical change. We further suggest that competition for prey is more important to cursorial spiders in early successional (herbaceous) communities, because of a switch in the limiting resource from prey in these communities to the amount of accumulating litter (a spatial resource) in older woody stands. This may explain the greater variation in adult body size of these generalist predators in the two younger communities.