希腊莱斯沃斯岛中新世木化石研究进展

希腊莱斯沃斯岛是世界上最为著名的木化石产地之一, 出露有由中新世火山活动而形成的大规模矿化森林, 保存有大量的植物以及部分动物化石。其中大多数木化石横卧或直立原地埋藏, 并保留比较完整的根系, 是目前保存最完整的新生代矿化森林生态系统。本文对莱斯沃斯岛已报道的木化石进行详细梳理分析, 共计8科15属32种, 包括裸子植物6科11属22种, 被子植物2科4属10种, 并着重介绍了发现自莱斯沃斯的代表性木化石特有类群系统古生物学属性。通过木化石反映的植物类群, 初步恢复莱斯沃斯岛中新世属于北半球亚热带气候, 总体比较温暖潮湿, 有着明显的季节性变化特征。最后对莱斯沃斯岛木化石的埋藏环境进行了简要讨论, 并对今后的研究进行了展望。     

帽儿山温带落叶阔叶林细根生物量、生产力和周转率

细根在森林生态系统能量流动与物质循环中占有重要地位,但其生物量、生产和周转测定尚存在很大的不确定性,而且局域尺度空间变异机制尚不清楚。本研究分析了帽儿山温带天然次生林活细根生物量和死细根生物量在0～100 cm剖面的垂直分布与0～20 cm细根的季节动态、生产力和周转率,对比了采用连续根钻法(包括决策矩阵法和极差法)和内生长袋(直径3和5 cm)估测细根生产力和细根周转率,并探讨了可能影响细根的林分因子。结果表明: 76.8%的活细根生物量和62.9%的死细根生物量均集中在0～20 cm土层,随着深度增加,二者均呈指数形式减少。活细根生物量和死细根生物量的季节变化不显著,可能与冬季几乎无降雪而夏季降雨异常多有关。2种直径内生长袋估计的细根生产力无显著差异;对数转换后决策矩阵、极差法和内生长法估计的细根生产力和细根周转率差异显著。随着土壤养分增加,活细根生物量和死细根生物量比值显著增加,死细根生物量显著减少,但活细根生物量、细根生产力和细根周转率均无显著变化;细根周转率与前一年地上木质生物量增长量呈显著正相关,但与当年地上木质生物量增长量无显著相关关系。     

人工与天然云杉林土壤真菌群落多样性及菌群网络关系特征

土壤真菌群落多样性和菌群关系是维持生态系统的多样性及稳定性的关键。本文以粗枝云杉人工林和天然林为研究对象,利用高通量测序技术和生物信息学分析方法,研究了云杉根际和非根际土壤真菌群落组成、多样性及菌群网络关系。结果表明: 从群落组成上看,人工林中相对丰度最高的科是丝盖伞科,而天然林中是蜡壳耳科,两处林型下占比最高的属均为丝盖伞属。群落的β多样性在两处林型的根际、非根际下存在显著差异。环境变量与真菌类群的相对丰度和α多样性相关关系不显著,而草本覆盖度、土壤含水率、总有机碳和植被丰富度是群落β多样性的主要影响因素。网络分析显示,天然林土壤真菌菌群之间以负相关关系为主,表明天然林土壤中菌群之间主要存在竞争作用。比较两处林型下的根际、非根际土壤真菌菌群关系发现,非根际区域菌群之间负相关性均较高,表明非根际土壤中菌群的种间竞争作用可能要强于根际土壤。结合差异丰度分析,两处林型下根际和非根际之间存在显著差异的物种中仅有蜡壳耳科为真菌网络中共有的关键菌群,表明人工林和天然林土壤真菌群落结构中差异种群的变化可能对其群落稳定性影响较小。     

内蒙古大兴安岭森林可燃物燃烧释放PM2.5中水溶性离子排放特性

研究森林可燃物燃烧释放的细颗粒物(PM_2.5)的排放因子对于揭示森林火灾对大气和生态系统的影响至关重要,而水溶性离子是细颗粒物的重要化学成分,对颗粒物的形成具有重要意义。利用自主设计的生物质燃烧系统,模拟内蒙古大兴安岭5种典型乔木(蒙古栎、白桦、兴安落叶松、黑桦、山杨)的3种组成部分(树干、树枝、树皮)及其地表死可燃物(凋落物层、半腐殖质层、腐殖质层)以及3种典型灌木(平榛、二色胡枝子、兴安杜鹃)树枝燃烧,采用ISC1100离子色谱分析仪测定2种燃烧状态(阴燃和明燃)下PM_2.5中水溶性离子(Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、NO₃^-、NO₂^-、SO₄^2-)的排放因子。结果表明:乔木所有组成部分及其地表死可燃物和灌木树枝燃烧所排放PM_2.5中检测到的水溶性离子,阴燃以K⁺、Cl^-和Na⁺为主要组分,明燃以K⁺、Cl^-和SO₄^2-为主要组分。不同燃烧状态下相同乔木树种及其地表死可燃物和相同灌木排放PM_2.5中检测到的水溶性离子总量均存在显著差异。灌木树枝在阴燃期间PM_2.5中水溶性无机离子的排放因子比明燃更高。乔木释放的PM_2.5中阳离子与阴离子的比率为1.26,地表死可燃物为1.12,灌木为2.0,表明颗粒物呈碱性。内蒙古大兴安岭的森林大火不会通过释放水溶性离子导致生态系统的酸化。     

不同烈度林火干扰下呼中国家级自然保护区森林各碳库储量的动态变化

本研究通过FireBGCv2模型,模拟不同烈度林火干扰下未来100年呼中自然保护区森林各碳库的动态变化特征,以探究森林不同碳库对火干扰的响应规律,为保护区森林可燃物的管理提供科学依据。结果表明: 林火干扰显著降低了保护区森林碳储量,且林火烈度越大,碳储量降低越多。火干扰影响森林各碳库储量的变化,也改变了森林总碳库的分配特征。林火干扰对各碳库碳储量的影响表现为:林火干扰使活立木、半腐殖质层碳储量降低,使粗木质残体碳储量在模拟前、中期增加,在模拟后期降低,灌草碳库碳储量在模拟后期增加。林火烈度越大,活立木、灌草碳库碳储量越低,枯立木和粗木质残体碳库碳储量越高。林火干扰对总碳库分配的影响表现为:林火干扰后,灌草、枯立木、粗木质残体和土壤碳库占比增加,活立木、半腐殖层碳库在总碳库中的占比减小。林火烈度越大,灌草碳库占比越小,粗木质残体碳库占比越大,烈度对其他碳库占比影响较小。枯落物的周期性变化规律为: 20年达到高值,然后10年内降到低值,这一发现为确定森林可燃物处理的时间间隔提供了有力的依据,建议在大兴安岭地区每隔20年进行一次计划火烧,以合理保护该地区的森林资源。     

基于InVEST与倾向评分匹配模型评估秦岭国家级自然保护区水源涵养服务保护成效

自然保护区在保障水源涵养等生态系统服务方面发挥了重要作用, 对区域水资源的可持续利用具有重要意义。然而, 自然保护区水源涵养服务保护成效的主要影响因素仍然不清, 不利于自然保护区的有效管理和区域可持续发展目标的实现。本文拟探讨: (1)秦岭区域水源涵养服务的总体情况; (2)自然保护区对水源涵养服务的保护成效; (3)自然保护区水源涵养服务保护成效的主要影响因素是什么。本文采用InVEST模型计算秦岭区域19个国家级自然保护区2010-2015年的水源涵养量, 基于倾向评分配比法研究了自然保护区水源涵养服务保护成效, 并通过随机森林回归判断自然保护区水源涵养服务保护成效的主要影响因素。研究结果表明, 虽然在2010-2015年秦岭区域水源涵养服务整体降低, 但与自然保护区外的配对样本相比, 大多数自然保护区(63.16%)水源涵养服务保护成效显著(N = 12, P < 0.05); 少数保护区(26.32%)在减缓水源涵养服务降低的作用不如自然保护区外(N = 5, P < 0.05); 也有个别自然保护区(10.52%)对水源涵养服务保护成效不明显(N = 2, P > 0.05)。从主要影响因素来看, 自然保护区水源涵养服务保护成效主要受降水量变化和自然保护区资金投入的影响。结果显示: (1) 2010-2015年间秦岭区域水源涵养量减少较为明显, 但总体来看自然保护区在减缓水源涵养服务降低方面取得了积极成效。(2)降水量变化对水源涵养服务保护成效起到主导作用; (3)管理因素也对保护区水源涵养服务保护成效有一定影响, 在管理因素中资金投入的大小对水源涵养服务保护效果影响最大。因此, 建议进一步增加资金投入, 以提升自然保护区水源涵养服务的保护成效。     

甘肃省祁连山国家级自然保护区的黏菌物种多样性

黏菌是森林生态系统中不可或缺的生物资源, 在生态系统中发挥重要的作用。为了探讨黏菌在西北地区森林中的物种多样性及影响物种组成和多样性的因素, 本文对甘肃省祁连山国家级自然保护区进行为期2年的多点调查采样, 获得黏菌标本826份, 经形态学鉴定属于4目5科22属71种, 其中甘肃省新记录种30种。发现鹅绒菌(Ceratiomyxa fruticulosa)等9个物种是祁连山保护区广泛分布的物种, 针叶林中的黏菌总物种数(58种)和特有物种数(38种)均高于阔叶林(33种; 13种), 海拔高度对黏菌多样性无明显影响。主成分分析结果表明, 腐木型基质上的黏菌物种多样性最丰富, 木本基物与草本基物上的黏菌物种组成具有明显差异。研究结果表明, 甘肃省祁连山自然保护区的山地森林带的植被类型与基物类型是影响黏菌物种组成和多样性的重要因素。     

Analysis of vegetation index changes and driving forces in inland arid areas based on random forest model: a case study of the middle part of northern slope of the north Tianshan Mountains

全球变化背景下的干旱区植被变化受气候变化和人类活动双重影响。定量评价植被变化特征及其驱动机制, 对监测干旱区区域生态环境变化, 促进区域可持续发展有重要意义。由于复杂多样的人类活动难以量化, 有关这方面的研究多局限于植被对气候变化的响应, 而对人类活动影响考虑不足, 导致关于这方面的认识存在较大的偏差和不确定性。该文首先提出与土地利用相关的人类活动量化表征方法; 然后运用多元线性回归模型和随机森林模型中的较优模型, 分析气候变化和具体的人类活动对北天山北坡中段归一化植被指数(NDVI)的影响。主要结果: (1) 2000-2015年期间北天山北坡中段年NDVI总体呈增加趋势; 基于随机森林构建的NDVI与气候因子和人类活动的模型拟合精度明显优于多元线性回归模型, 其决定系数(R²)至少提高了24%; (2)研究期内与耕地有关的人类活动对北天山北坡中段NDVI分布及时空变化的影响呈增加的特征, 在2000-2015年期间人类活动对NDVI变化的贡献率为0.59, 超过了气候因子。该项研究为气候变化和人类活动对植被的影响研究提供了新思路, 也为干旱区生态环境保护和恢复提供了科学依据。     

植物群落稀有种维持机制与土壤反馈的研究进展

自Janzen-Connell (J-C)假说提出后半个世纪以来, 生态学家在热带及亚热带森林对该假说开展的大量实证研究表明, 由专性天敌导致的J-C效应所引起的负密度制约是维持森林多样性和决定群落组成的重要驱动力, 该假说成功地解释了热带及亚热带森林的丰富多样性。土壤病原真菌所引起的植物-土壤负反馈是J-C效应最主要的表现形式。然而, 对于植物-土壤负反馈是否能够维持森林群落中的大量稀有种仍然存在许多争议。基于当代物种共存理论的“稀有种优势”假说认为, 只有在满足“可入侵准则” (即物种在稀有时具有种群增加的趋势)的前提下, 稀有种才能在群落中与其他物种长期共存。然而, 当前基于土壤反馈的实验结果与该理论预测相悖, 因此在稀有种的维持机制方面仍存在较大的分歧。本文通过介绍植物-土壤反馈理论, 整合了可能对稀有种维持有较大影响的因素, 包括共生菌根真菌、土壤养分以及植物细根性状等在影响土壤负反馈方面的相关研究, 并对这些因素如何影响群落中物种多度和稀有种在群落中的维持进行了探讨。最后, 我们也从其他角度探讨了一些对稀有种维持的研究。我们认为在未来对稀有种的研究中, 探讨使其长期存续的“优势”和制约其种群扩大的“限制”同等重要, 将当代物种共存理论与新技术、新方法相结合对于探究稀有种的维持机制具有重要的意义, 可为稀有种保护提供理论依据。     

基于古菌酪氨酰tRNA合成酶非天然氨基酸插入的研究进展

构筑蛋白质的编码信息存在于高度保守的密码子表中,而生物体仅利用20种天然氨基酸,就能排列组合出不同的蛋白质来行使多种生物学功能。通过合成生物学的飞速发展,使得在蛋白质合成中可控地引入非天然氨基酸成为可能。这极大地拓展了蛋白质的结构和功能,并为生物学工具的开发和生物生理过程的研究提供了便利。具有活性基团的非天然氨基酸可以广泛地应用于蛋白质结构研究、蛋白质功能调控以及新型生物材料构建和医药研发等诸多领域。基因密码子拓展技术利用正交翻译系统,通过重新分配密码子改造中心法则,可以在蛋白质的指定位点引入非天然氨基酸。系统地介绍了目前提升密码子拓展技术插入非天然氨基酸效率的方法,包括tRNA以及氨酰tRNA合成酶的各种突变方法和翻译辅助因子的改造。汇总了利用古细菌酪氨酰tRNA合成酶插入的非天然氨基酸和突变位点并总结了密码子拓展技术在生物医药领域的前沿进展。最后讨论了该项技术目前所面临的挑战,如可利用的密码子数量不多、正交翻译系统的种类有限和非天然氨基酸多插效率低下。希望能够帮助研究者建立适合的非天然氨基酸插入方法并推动密码子拓展技术进一步发展。