陆地生态系统植物功能群研究进展

从植物功能群角度探讨陆地生态系统功能与稳定性维持机理、植物对环境变化的适应与响应以及水分、养分利用效率等成为当前生态系统生态学研究的主要技术路线.植物功能群的提出和研究,为研究复杂的生态系统提供了一个良好的方法和途径.综述了陆地生态系统功能群方面的最新研究进展,介绍了植物功能群定义的发展历程,详细比较了植物功能群划分的依据及方法,对于植物功能群与群落稳定性之间的关系、植物功能群对群落生产力的影响以及植物功能群与环境因子的动态关系等进行了深入讨论.这些研究资料表明,植物功能群整合了功能及对环境响应相似的一类植物,但植物功能特征不是绝对的、单一的,所以对植物功能群就会有不同的理解,会有不同的定义及划分方法.许多研究者从不同的角度、尺度来对植物功能群进行研究,这些研究结果有不同的针对方向和目的,使人们可以从不同的角度更全面的理解复杂的陆地生态系统.学者们在研究生态系统时,或多或少地总要与植物功能群相联系,这大大拓宽了植物功能群的应用范围.所有前人的研究使植物功能群的概念、划分、方向、应用等诸方面越来越清晰.这要求应有一个规范、统一、明确的植物功能群研究方案,这样能使对植物功能群的研究更加深入,能整合全球所有植物功能群的相关研究.     

干旱和复水对大豆(Glycine max)叶片光合及叶绿素荧光的影响

选用河南省大面积种植的大豆品种豫豆29作为实验材料,通过研究逐步干旱和旱后复水条件下大豆叶片光合、叶绿素荧光等指标随土壤水分的动态变化规律,以期为大豆的水分高效利用提供理论依据。研究发现,在土壤相对含水量高于46.5%时,虽然随着土壤相对含水量的下降,豫豆29仍可以保持它的叶片水分状态;豫豆29的叶片净光合速率在土壤水分中等条件下最大,在土壤相对含水量为64.3%时,它比对照组高出11.2%(P<0.01);在实验的第3d,处理组的土壤相对含水量降为46.5%,叶片水势与对照组相比降低了7.2%(P>0.05),净光合速率为对照组的89.6%(P<0.05),但气孔导度却迅速下降为对照组的44.7%(P<0.01),这说明与叶片的光合和水分状况相比,豫豆29的气孔对土壤水分的匮缺更加敏感。复水后,豫豆29叶片的水势、净光合速率、气孔导度和叶绿素荧光等值都可以得到迅速的恢复,并在实验的最后接近对照组的水平,这表明豫豆29的叶片光合在水分胁迫解除后有迅速恢复的能力。     

盐胁迫对冬小麦幼苗干物质分配和生理生态特性的影响

以冬小麦(Triticum aestivum L.)品种周麦18(Zhoumai18)和豫麦49(Yumai49)为材料,采用盆栽培养,研究100、250、350 mmol/L和450 mmol/L NaCl 浓度胁迫下,小麦幼苗干物质分配、根系特征、叶绿素含量、游离脯氨酸含量和根系活力变化规律.结果表明,随着盐分浓度的增加,两个品种小麦的叶面积、地上干重以及根的长度显著减小;根系干重、根直径、根表面积、根体积、根系活力以及叶绿素含量呈先上升后下降趋势,在250 mmol/L NaCl处理下达最大.叶绿素a/b随NaCl浓度升高而上升.随盐分浓度变化周麦18叶片游离脯氨酸含量高而变化幅度大,450mmol/L处理组的含量高于对照组1.5倍.供试品种冬小麦耐盐阈值为250～350 mmol/L.     

水分胁迫下紫花苜蓿和高粱种子萌发特性及幼苗耐旱性

利用PEG溶液(水势梯度:-0.1～-0.5MPa)模拟水分胁迫,研究了紫花苜蓿(品种:阿尔冈金和陇东)和高粱(品种:抗四)种子的萌发能力的变化及对萌发环境的最低水分需求,并进行种间差异比较.结果显示:PEG水分胁迫通过限制种子有效水分的吸收而抑制了其萌发,且随着胁迫强度的增加,萌发能力减弱,主要表现在:萌发率、吸水速率、萌发活力、萌发胁迫指数等随胁迫强度的增加而下降,根芽比则随之增加.另一方面,种子群体萌动、萌发和出苗达50%概率时间随胁迫强度的增加而越发延迟,且各阶段对环境临界水势的需求不同,出苗阶段最为严格,说明种子出苗过程对环境水分胁迫最为敏感,耐旱能力最弱.相比之下,在同等胁迫条件下,高粱种子的萌发能力较苜蓿种子受到影响较小,各个阶段对环境水势的需求也相对较为宽松.因此,苜蓿苗期对干旱胁迫的忍耐能力不及高粱,且出苗过程中对环境水分条件的需求存在品种间差异.     

开花期土壤短期干旱和复水对大豆光合作用和产量的影响

以大豆(Glycine max)为材料,研究开花期土壤水分变动对叶片光合生理以及产量形成的影响,以期为大豆的节水栽培和水分高效利用提供理论依据。研究发现,大豆叶片气孔导度(Gs)对土壤水分的匮缺更加敏感。干旱胁迫降低了叶片的净光合速率(Pn),但复水后,叶片水势和净光合速率等在实验过程中都可以得到迅速恢复,并且蒸腾速率(Tr)、气孔导度和胞间CO2浓度(Ci)在复水后的第3天与对照相比显著提高,表现出一定的超补偿效应。研究发现,在开花期即使短期的土壤干旱,也会对大豆后期的生物量及其分配产生较大的影响,开花期干旱和复水,显著降低了大豆叶片和茎的生物量,使根茎比提高16.7%(P<0.05),收获指数增加26.3%(P<0.05)。     

农业景观非农生境植物多样性及其影响因素

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地和生物多样性保护的重要区域之一。黄河中下游地区是我国最重要的农业区之一,在区域农业景观中,非农生境中各群落植物物种多样性组成特征有何差异?在不同尺度上,景观异质性特征与生境特征对植物物种多样性特征有何影响?在黄河中下游典型区域布点,对区内主要非农生境(次生林、次生灌丛、人工林和农田边缘等)中的植物群落物种多样性进行调查。结果显示:(1)次生灌丛中的物种丰富度和多样性显著高于其他生境,而农田边缘也保育有较多的物种;(2)从物种组成来看,景观尺度上样点间物种多样性差异(β_2)是所有生境中物种丰富度的最主要组成部分,而次生灌丛与次生林两类自然生境中小尺度(α和β1)物种丰富度的贡献相对较高。(3)景观异质性特征指标对物种多样性的影响主要体现在样方尺度上(α_(样方)),而β和γ多样性与之的关系并不甚密切。表征生境特征的群落高度和盖度指标能更好的预测物种多样性的特征。研究发现,常用的表征景观异质性的指数在各尺度上对植物群落物种多样性特征的影响也并不显著,局地群落特征的影响更为直接和重要。在探讨景观异质性特征与生物多样性关系时,常用的多样性指数(Shannon多样性指数、均匀度指数和Simpson指数等)并不合适,而拆分后的物种丰富度会更有效。但景观异质性对生物多样性的影响也不容忽视,它的改变会是影响群落物种多样性及其组成结构的重要潜在因素,在更大尺度上景观异质性会通过对景观组成要素特征(生境组成和构型)的影响进而影响到区域植物物种丰富度的变化。     

伏牛山自然保护区植物功能群组成种的生态位研究

基于对河南省伏牛山自然保护区南坡森林生态系统的样地调查,以物种的重要值为指标,将伏牛山南坡森林生态系统按环境梯度划分为8个植物功能群。应用Levins生态位宽度公式和相似性百分率公式对组成8个植物功能群的7种主要乔木、14种主要灌木、4种主要草本种群进行了生态位宽度和生态位重叠计算与分析。结果表明：（1）重要值大的种群一般具有较宽的生态位,生态位重叠与生态位宽度有关,较宽的生态位常伴随着较高的生态位重叠。（2）高生态位重叠可能是生境斑块化和空间异质性的结果。（3）环境梯度上生态位宽度的变化,反映了功能群组成种对环境适应性和资源利用能力的变化,并最终导致植物功能群组成的变化。     

CLASSIFICATION OF PLANT FUNCTIONAL TYPES BASED ON DOMINANT TREE SPECIES IN THE FOREST ECOSYSTEM AT FUNIU MOUNTAIN NATIONAL RESERVE, EAST CHINA

 乔木层优势种左右着森林生态系统的结构与功能, 以乔木层优势种为主体划分森林生态系统功能型, 可以对森林生态系统的功能、框架结构及类群分布有一个明确的认识。伏牛山国家级自然保护区是中国东部森林样带中的亚热带和暖温带的结合点, 具有南北气候过渡带的典型特征, 群落的优势种突出, 随着环境梯度(海拔)的变化, 乔木层优势种变化明显, 能较好地反映出植被与环境的动态关系。采用群落生态学的调查方法, 在伏牛山南北坡设置66个样地。根据调查结果, 通过计算重要值, 选取37个优势度相对较大的乔木树种进行种间联结及相关性分析, 以χ2检验为基础, 结合联结系数AC和共同出现百分率PC来测定乔木优势种间的联结性, 根据优势种间的联结性及其在海拔梯度上的变化异同来划分植物功能群。结果表明, 栓皮栎(Quercus variabilis)、短柄枹(Q. glandulifera)、锐齿栎(Q. acutidentata)、华山松(Pinus armandi)依海拔升高分别具有最大的优势势性。以这4个优势种为主体将伏牛山自然保护区乔木层划分为4个植物功能型, 第一组功能型为: 栓皮栎、槲栎(Q. aliena)、山槐(Albizia kalkora)、茅栗(Castanea seguinii)(1 100 m以下); 第二组功能型为: 短柄枹、化香(Platycarya strobilacea)、黄连木(Pistacia chinensis)(1 100~1 400 m); 第三组功能型为: 锐齿栎、千金榆(Carpinus cordata)、漆树(Toxicodendron verniciflum)(1 400~1 800 m); 第四组功能型为: 华山松、油松(Pinus tabulaeformis)、六道木(Abelia biflora)、白桦(Betula platyphylla)、红桦(B. albo-sinensis)(1 800 m以上)。功能群间的形态特征有明显的区别, 如叶片的大小、形状等, 这些区别需要生理生态学的进一步研究。     

干旱胁迫下冬小麦(Triticum aestivum)高光谱特征和生理生态响应

2006年于冬小麦(Triticum aestivum)孕穗期、开花期和灌浆期,采用ASD Fieldspec HH光谱仪测定了不同水分胁迫下冬小麦高光谱反射率、红边参数和对应的冬小麦生理生态参数叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素a b(Chla b),叶片水分含量(LWC),叶面积指数(LAI).结果表明,冬小麦生理生态参数随生长发育呈现先上升后下降趋势,Chla、Chlb和Chla b开花期达最大值;LWC和LAI孕穗期达最大值.随干旱胁迫程度增加,Chla、Chlb和Chla b、LWC和LAI减少.不同水分处理下冬小麦高光谱反射率具有绿色植物特征.用红边一阶微分光谱特征参数分析,冬小麦孕穗期和开花期红边(λred)位于728～730nm,灌浆期红边(λred)移到734nm.Chla、Chlb和Chla b与Dλ730:Dλ702、Dλ730:Dλ718,LWC与Dλred、Dλ718以及LAI与Dλ718、Dλred、Sred均呈正相关,相关系数大于0.5(p<0.05).经回归分析,Chl与Dλ730:Dλ702、LWC与Dλred呈线性关系(R2=0.87),LAI与Sred呈二次关系(R2=0.68).因此,用冬小麦高光谱特征及红边参数能判断冬小麦生育后期长势和农田水分胁迫程度.     

干旱和复水对不同倍性小麦光合生理生态的影响

以不同倍性的小麦为材料,研究干旱和复水对小麦光合生理生态的影响,以期为小麦的抗旱生理和育种提供理论依据.研究发现,在逐步干旱过程中不同倍性小麦的净光合速率都下降,但叶片净光合速率下降时的土壤相对含水量明显不同.复水后,不同倍性小麦净光合速率的恢复能力也有差异,豫麦49的净光合速率恢复最快,并且表现出较强的旱后超补偿效应.当土壤相对含水量减少时,栽培二粒叶片蒸腾速率的降低要明显快于净光合速率的下降,但节节麦蒸腾速率的变化没有变现出类似的适应现象.在正常供水条件下,各组WUE(water use efficiency)的大小为栽培二粒＞豫麦49＞节节麦,变水处理增加了栽培二粒和豫麦49叶片的WUE,但节节麦叶片的WUE在变水条件下却没有增加.