Geometric morphometrics throws light on evolution of the subterranean catfish Rhamdiopsis krugi (Teleostei: Siluriformes: Heptapteridae) in eastern Brazil

Rhamdiopsis krugi is a highly specialized troglobitic (exclusively subterranean) catfish from phreatic water bodies of caves located within two separated metasedimentary basins in the region of Chapada Diamantina, Bahia state, Brazil. In order to test the hypothesis of isolation with differentiation of the groups from the Una‐Utinga and Irecê metasedimentary basins, we compared five populations among themselves and with an epigean species of Rhamdiopsis. This was accomplished using geometric morphometrics, a powerful tool for detecting differences in body shape at population and species levels. All studied samples differed significantly from each other, the epigean sample being the most distinct and the Una Basin populations clustering together. Geological and hydrological barriers explain the differences among the subterranean populations. We discuss our results together with the autapomorphies found in R. krugi, which validate its monophyly. These results imply an old age for the R. krugi clade, more than 10 Myr; alternative hypotheses are also presented. We propose a two‐step vertical colonization model of the subterranean habitat through the hyporheic zone by an epigean ancestral, with a progressive acquisition of the autapomorphies characterizing R. krugi. For conservation purposes, the two differentiated sets of populations should be considered and referred to as R. krugi ‘Una morphotype’ and R. krugi ‘Irecê morphotype’. © 2014 The Linnean Society of London, Biological Journal of the Linnean Society, 2014, 114 , 136–151.     

岩溶区表土与第四纪孢粉样处理方法研究

目前孢粉提取主要有两种方法:即传统酸碱处理法和过筛法。笔者根据西南岩溶区现代以及第四纪沉积物化学组成特点及实践经验,将以上两种方法稍作改进,创制了一种新方法:HF-碱处理法。该方法与传统酸碱法相比具有用时短、效率高、成本低、污染少、花粉孢子破坏少的优点。     

利用CASA模型模拟西南喀斯特植被净第一性生产力

基于SPOT NDVI遥感数据并结合数字高程模型、气象数据和植被参数,利用实测植被生产力计算和修正最大光能利用率,通过改进CASA过程模型,本文估算了中国西南喀斯特地区1999—2003年的植被净第一性生产力（NPP）。结果表明：1）改进后的CASA模型模拟的植被NPP与实测值相关性显著,可较好用于西南喀斯特植被的NPP估算;2）西南8省市区1999—2000年喀斯特和非喀斯特植被的NPP有轻度增加,但空间变化不显著,2001年低值区范围增加,2002年NPP高值区的范围明显扩大,随后在2003年又降低,但仍高于2001年;3）5年间西南喀斯特地区年NPP的变化范围是381.7—439.9 gC m-2 yr-1,平均值为402.34 gC m-2 yr-1,逐年NPP波动中呈现总体增长趋势,平均增加值为9.93 gC m-2 yr-1,5年总增加量为11TgC,但非喀斯特地区的年NPP平均值和增加值都大于喀斯特地区;4）5年间喀斯特地区的热带森林、亚热带森林、灌丛和草地的逐年NPP均小于非喀斯特地区,温带森林和农业植被则相反;这6种典型植被年NPP均呈增加趋势,热带森林的增加值最大,草地最小,非喀斯特地区植被NPP的增长趋势相似,但每种植被的年NPP增加值均大于喀斯特地区。西南喀斯特地区植被NPP的时空变化与气温、降水和太阳辐射的变化有关,而喀斯特植被NPP低于非喀斯特地区,则主要由喀斯特地区水分匮缺、土壤贫瘠等恶劣条件而抑制植物生长造成的。     

火烧对黔中喀斯特山地马尾松林土壤理化性质的影响

在黔中喀斯特山地马尾松人工次生林内取样分析火烧和对照样地间土壤理化指标的变化,研究了火烧对林地土壤理化性质的影响。结果表明马尾松火烧林地表层土壤毛管孔隙度和总孔隙度升高、最大持水量和最小持水量增加,土壤密度和非毛管孔隙度降低、土壤质量含水量和体积含水量减少;土壤有机质、全N量、全P量、全K量,水解N量、有效P量、速效K量、交换性盐基量和pH值增大,阳离子交换量降低。林火对马尾松林地土壤主要理化指标影响的趋势为或表层土壤影响率大于剖面影响率、或表层土壤影响率小于剖面影响率,不同指标在土壤剖面的变化趋势或增加、或降低,对数或幂函数拟合曲线均达相关显著性水平。火烧和对照样地间的表层土壤理化指标变化主要反映了林火影响,近岩层土壤理化指标变化主要是成土母质在空间上的分异,也受生物的影响。乔木层植株死亡率同表层土壤最大持水量、最小持水量、有机质量和全N量的正相关性显著,同土壤密度的负相关性显著;灌木层植株死亡率同表层土壤密度正相关性显著,同毛管孔隙度、总孔隙度、质量含水量、最大持水量、最小持水量、有机质量、全N量、全P量和速效K量的负相关性达显著或极显著水平;灌木层生物损失量同表层土壤密度和有机质量正相关显著,同速效K量的负相关性显著,枯物层生物损失量同pH值的正相关性显著。火烧马尾松林分平均胸径同表层土壤密度正相关性显著,同毛管孔隙度、总孔隙度、质量含水量、最大持水量、最小持水量和有机质量的负相关性显著。     

喀斯特常绿落叶阔叶混交林植被的空间异质性

基于广西环江木论国家级自然保护区喀斯特典型峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林2 hm2动态监测样地,选择4个多样性和5个群落结构属性变量,运用地统计学和分形几何学理论方法,分析植被的空间异质性、分形特征和分布格局,以探讨其维持机制。结果表明:(1)样地树木种类和除平均高度外的4个结构属性变量均值适中,变异系数较高(48.37%～71.01%),植物多样性丰富且稳定性强,Shannon指数、Simpson指数和均匀度指数变异系数仅在5.49%～22.64%之间。(2)除均匀度的Moran’s I系数接近0且无规律外,其他8个属性变量均有不同程度的空间自相关性,分别用球状、指数和高斯模型拟合的决定系数(R2)高达0.900～0.982,C/(C0+C)值和分维数D值分别在0.582～0.827和1.738～1.871之间,具有中等以上的空间依赖性。(3)密度、平均冠幅和高度的自相关范围和变程小于其他指标,其分布和形成过程决定了整个森林植被的空间格局。(4)森林植被的Kriging等值线图充分表征了人为干扰、地形、土壤质量的综合差异。(5)自相关、半方差模型的变程和Kriging等值线图综合分析表明,喀斯特峰丛洼地常绿落叶阔叶混交林空间异质性研究的采样间隔10 m左右较适宜,但采样范围应大于10hm2,这对确定该区域动态监测样地的面积具有一定的指导意义。     

Reduction in the metabolic levels due to phenotypic plasticity in the Pyrenean newt,Calotriton asper,during cave colonization

According to theories on cave adaptation, cave organisms are expected to develop a lower metabolic rate compared to surface organisms as an adaptation to food scarcity in the subterranean environments. To test this hypothesis, we compared the oxygen consumption rates of the surface and subterranean populations of a surface‐dwelling species, the newt Calotriton asper, occasionally found in caves. In this study, we designed a new experimental setup in which animals with free movement were monitored for several days in a respirometer. First, we measured the metabolic rates of individuals from the surface and subterranean populations, both maintained for eight years in captivity in a natural cave. We then tested individuals from these populations immediately after they were caught and one year later while being maintained in the cave. We found that the surface individuals that acclimated to the cave significantly reduced their oxygen consumption, whereas individuals from the subterranean population maintained in the cave under a light/dark cycle did not significantly modify their metabolic rates. Second, we compared these metabolic rates to those of an obligate subterranean salamander (Proteus anguinus), a surface aquatic Urodel (Ambystoma mexicanum), and a fish species (Gobio occitaniae) as references for surface organisms from different phyla. As predicted, we found differences between the subterranean and surface species, and the metabolic rates of surface and subterranean C. asper populations were between those of the obligate subterranean and surface species. These results suggest that the plasticity of the metabolism observed in surface C. asper was neither directly due to food availability in our experiments nor the light/dark conditions, but due to static temperatures. Moreover, we suggest that this adjustment of the metabolic level at a temperature close to the thermal optimum may further allow individual species to cope with the food limitations of the subterranean environment.     

喀斯特次生林幼树更新空间分布格局及种间关联性

本研究以贵州省喀斯特典型区域紫云苗族布依族自治县撂荒30余年后自然恢复形成的次生林为对象,设置140 m×120 m固定样地,系统调查样地内幼树更新,并采用空间点格局分析方法分析幼树更新优势种群在不同空间尺度下的分布格局和种间关联性。结果表明: 调查样地中幼树共计1291株,包括39个树种,其中光皮桦、化香、马尾松、枫香和山杨5个树种的幼树个体数量总和达83.7%,重要值总和达77.8%,为幼树更新的优势树种。光皮桦、化香和枫香3个幼树优势种群的空间分布格局在0～60 m空间尺度上均呈现较强的聚集分布;马尾松和山杨2个幼树优势种群在小尺度上呈现聚集分布,大尺度上则随机分布。幼树优势种群空间关联性多呈现正关联,仅马尾松与枫香和山杨在小尺度呈现正关联,大尺度呈现不相关。调查样地5个幼树优势种群空间分布格局及种间关联性差别较大,可能与树种的生物学特性、生境及空间资源的利用密切相关。目前,林分多以先锋树种为主,群落结构不稳定;以马尾松和光皮桦为优势种群的松-桦混交林可能成为下一阶段演替方向,建议通过森林经营措施加快植被恢复进程。     

茂兰喀斯特区68种典型植物叶片化学计量特征

研究茂兰喀斯特区不同功能(类)群植物叶片的养分含量及化学计量特征,揭示其在时间和空间尺度上的变化规律,阐明碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)等养分含量与C∶N∶P间的相互关系,探讨N∶P对该区域植物生长的指示作用,以期能够更深入的了解其养分利用状况及适生性,为喀斯特森林的稳定性及维持机制提供理论依据。以茂兰喀斯特区68种典型植物为研究对象,分别测定不同生长阶段植物叶片的C、N、P和K含量,并计算其化学计量比。结果表明:研究区68种植物分属40科62属;其叶片C、N、P和K含量的几何平均值分别为445.87 g/kg、17.32 g/kg、1.35 g/kg和9.86 g/kg,C∶N的算术平均值为26.93,C∶P、C∶K、N∶P、N∶K和P∶K的几何平均值分别为330.93、45.22、12.85、1.76和0.137;C与N呈极显著负相关,N与P、K以及P与K均呈极显著正相关,N与C∶P和C∶K、P与C∶N、C∶K和N∶K以及K与C∶N、C∶P和N∶P均呈极显著负相关,且它们之间均具有二次函数、指数函数或幂函数的非线性耦合关系;从变异程度来看,C含量为弱变异,N、P、K含量及各元素的化学计量比则均属中等变异或强变异。从植物不同生活型来比较,各生长阶段的C含量均表现为灌木乔木草本,N、P和K含量均为草本灌木乔木,各元素的化学计量比则均为乔木灌木草本。从植物不同系统发育来分析,各生长阶段蕨类植物的N、P、K含量均要高于种子植物,而各元素的化学计量比则正好相反。从不同生长阶段来看,各功能(类)群植物生长期(或生长盛期)的养分含量均要高于落叶期(或生长末期);乔木、灌木和草本等不同生活型植物落叶期的C∶P、C∶K、N∶P和N∶K均要高于生长期;蕨类植物各元素的化学计量比不同生长阶段间差异都不显著;而种子植物的C∶P、C∶K、N∶P和N∶K则均表现为落叶期生长期。对比我国其他地区及全国和全球尺度上的研究结果,该区域植物的生长发育易受N和P素的双重限制,但又因功能(类)群及生长阶段的不同其受限的养分元素也存在一定差异,体现了对高度异质的喀斯特生境不同的适应策略;而植物体内较高的K含量则可能是提高其自身抗性、适应恶劣环境的重要因素。减少人为干扰、加之适当的保护,在植物生长期配以适量的N素添加,有利于其更好的生长发育,有助于提高喀斯特森林生态系统的稳定性和抗干扰性。研究结果揭示了喀斯特森林植物的适生机制,对喀斯特森林的保护具有重要的指导意义。     

岩溶石山台湾桤木生长表现及根瘤生物量特征

了解台湾桤木(Alnus formosana)在岩溶石山的生长表现以及根瘤生物量的特征,对石山植被的恢复与重建具有重要意义。该文采用典型样地调查方法对岩溶石山4.5年生台湾桤木与速生乡土树种任豆(Zenia insignis)、顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)进行了调查研究,并用方差分析方法进行统计和评价。结果表明:台湾桤木平均胸径、树高、材积和冠幅分别为8.39 cm、7.72 m、0.0271 m3和3.18 m,均大于任豆和顶果木,且差异达到极显著水平;台湾桤木冠长达6.01 m,分别比任豆和顶果木增加106.53%和70.25%;台湾桤木在岩溶石山表现出速生的特性。对台湾桤木样株的根瘤生长状况进行深入调查分析发现,台湾桤木根瘤生物量平均每株达52.77 g,根瘤在水平方向分布从树干基部至树冠投影范围均有生长,离树干50 cm与离树干50～100 cm范围的根瘤生物量相近,离树干100 cm至树冠投影范围的根瘤生物量最多,三个地段的根瘤分别占整株根瘤生物量的15.7%、16.9%、67.4%;大根瘤(直径≥1 cm)在离树干100 cm至树冠投影范围分布最多;根瘤在垂直方向主要分布在0～20 cm土层,20～40 cm土层少有根瘤出现;台湾桤木在岩溶石山表现出良好的结瘤固氮特性。该研究结果可为台湾桤木在岩溶石山的推广发展提供科学依据。