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。     

中国东部海岛黑松群落功能多样性的纬度变异及其影响因素

黑松(Pinus thunbergii)群落在中国东海和黄海海域的海岛广泛分布, 研究其功能多样性的纬度变化特征及其影响因素, 有助于揭示是否在高度隔离的片断化景观中, 同一植物群落类型的生物多样性也具有显著的纬度地带性特征。该研究调查和测定了中国东部海域跨越13个纬度的27个海岛60个黑松群落的物种组成和植物功能性状, 分析了生物因素(黑松优势度和物种多样性)与非生物因素(年平均气温、总太阳辐射和干旱指数)与黑松群落功能多样性的关系, 并利用广义线性回归和方差分解揭示了各影响因素对黑松群落功能多样性的相对影响。主要结果: 随纬度升高, 群落的黑松优势度和物种丰富度, 以及枝干性状和枝叶性状总体的功能丰富度、功能分散度、Rao二次熵均显著降低, 但叶片功能多样性无显著变化趋势。黑松优势度、物种多样性和气候综合解释了枝叶性状总体功能丰富度、分散度和Rao二次熵变异的63%、47%和39%, 枝干性状功能丰富度、分散度和Rao二次熵变异的56%、67%和53%, 对叶片性状功能多样性的综合解释度较低(21%-30%)。物种丰富度和辛普森多样性显著增加叶功能多样性, 香农-维纳多样性显著降低叶功能丰富度。干旱度显著增加枝叶性状总体和枝干功能多样性, 年平均气温显著降低枝干功能分散度和Rao二次熵。该结果表明, 中国东部海岛黑松群落的功能多样性具有明显的纬度格局, 气候因素和物种丰富度是决定黑松群落功能多样性纬度变异的重要因素。     

基于河段尺度的太湖流域城市河流生境评价

快速城市化背景下,太湖流域城市河流水环境与生态功能退化问题日益突出,系统开展城市河流生境评价尤为重要。本研究参考和修正了英国城市河流调查评价体系,基于太湖流域城市河流特点,构建了太湖流域城市河段生境质量指数(SHQI)评价体系,分析太湖流域城市河流生境现状及空间差异。结果表明: 50 个河段的SHQI值介于8～21,3个河段的SHQI值为好,6个为较好,27个为一般,9个为较差,5个为差。太湖流域城市河流生境中植被指数情况较好,物理生境、材质指数情况较差。生境总体状况在空间上表现为镇江>湖州>杭州>嘉兴>苏州>无锡>常州,各城市的物理生境、材质指数与污染指数存在显著差异。干流河段与支流河段的SHQI值无显著差异,但干流河段与支流河段的材质指数和污染指数差异显著。本研究构建的评价体系较好地反映了太湖流域城市河流生境现状,可为城市河流生态修复工作提供参考。     

基于现代物种共存理论的入侵生态学概念框架

在入侵生态学60多年的发展历程中, 生态学家提出了多种多样的假说来解释生物入侵的机制。这些纷繁复杂的假说在丰富我们对生物入侵认知的同时, 也给入侵生态学概念的整合带来了困难。其中, 外来种和土著种是否存在生态学差异, 以及这种差异如何影响生物入侵, 是入侵生态学研究和争论的焦点问题。现代物种共存理论通过将外来种和土著种的生态学差异划分为生态位差异和适合度差异, 为入侵生态学概念的整合提供了新的视角。依据该理论, 外来种可以通过两种策略实现成功入侵: 一是扩大与土著种的生态位差异, 二是提高自身相较于土著种的适合度优势。因此, 外来种-土著种的生态位差异和适合度差异共同决定了入侵的成败与危害程度。通过对经典入侵假说进行梳理, 我们发现大部分假说都可以在该理论框架下进行解读, 不同假说的主要差别在于强调不同生态学过程对生态位和适合度差异的影响。同时, 这一理论框架很好地解释了为什么外来种-土著种的亲缘关系和性状差异会对生物入侵产生复杂的影响, 为达尔文归化谜团的和解以及外来种-土著种功能性状的比较研究提供了新的思路。目前, 现代物种共存理论还处于快速发展的阶段, 依旧存在很多不足, 但将其运用到生物入侵的实证研究中将是入侵生态学今后一个重要的发展方向。     

浙江天童国家森林公园常绿阔叶林凋落叶养分含量的时空分布特征

植物凋落叶养分含量的时空分布格局在森林生态系统的物质循环和能量流动中发挥着关键作用,尤其是对森林土壤养分情况有重要的影响,而在群落结构复杂的亚热带森林中基于群落整体水平的凋落叶养分含量特征研究相对匮乏。在位于浙江天童国家森林公园中的20 hm²动态监测样地进行,收集凋落叶并测定其碳、氮、磷含量,结合不同生活型物种的凋落高峰,春季和初夏为常绿树种凋落高峰;秋季为落叶树种凋落高峰,以及地形特征对凋落叶养分含量的时空分布特征进行探究。结果表明：在时间尺度上,凋落叶养分含量表现为不同凋落高峰之间的差异,碳含量表现为秋季高峰 < 春季高峰 < 初夏季高峰,氮、磷含量为秋季高峰大于春季和初夏季高峰;在空间尺度上,凋落叶养分含量则表现为沟谷地形和山脊地形之间的差异性,在秋季凋落高峰时碳含量在沟谷地形显著低于山脊地形,氮、磷含量在山脊地形显著低于其他地形。研究结果表明群落物种组成及其生活型差异是造成森林群落水平凋落叶养分含量时空差异的主要原因。     

复合群落土壤微生物和酶活性对大气CO2浓度和温度升高的响应

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究川西亚高山林线复合群落根际、非根际土壤微生物数量以及根际、非根际土壤酶活性对大气CO2浓度升高(环境CO2浓度+350(±25)μmol.mol-1,EC)和温度升高(环境温度+2.0(±0.5)℃,ET)及其两者同时升高(ECT)的响应。结果表明:(1)与对照(CK)相比,EC、ET和ECT处理能够增加土壤根际微生物数量,但不同微生物种类对EC、ET和ECT的反应有所差异。(2)不同种类的根际土壤酶对EC、ET和ECT的响应不同。(3)与CK相比,EC、ET和ECT的非根际土壤微生物数量以及非根际土壤酶活性均无显著提高。(4)EC、ET和ECT处理对复合群落土壤微生物总数的根际效应明显;除ET处理的转化酶为负根际效应,其余处理的过氧化氢酶,脲酶及转化酶均表现为正根际效应。     

基于移动监测的城市环境大气黑碳浓度空间特征及来源解析

黑碳(BC)是大气细颗粒物的重要组分,对全球气候变化和人体健康有重要影响。本研究以上海市闵行区为研究区域,在电动出租车上安装MA200便携式黑碳仪和GPS定位系统组成移动观测平台,识别城市环境大气BC空间分布和热点区域,解析大气BC来源及影响因素。结果表明:上海市闵行区近地面大气BC空间分布格局总体呈现北高南低的特征,大气BC浓度平均值为(4.11±4.87) μg·m^-3,工作日与非工作日BC平均浓度分别为(4.22±1.49)和(3.52±2.26) μg·m^-3。大气BC浓度高值区变异性较大,移动观测中BC浓度升高与路段中交通偶发事件有关。除人类活动外,大范围的密集植被会对BC扩散产生抑制作用。波长吸收指数值为(0.82±0.54),更接近化石燃料燃烧波长吸收指数,化石燃料排放、生物质燃烧和混合源对于本研究中BC来源的贡献占比分别为67.5%、4.9%和27.6%。     

海三棱藨草及其近缘种果实形状和果皮微形态特征研究

利用光学显微镜和扫描电镜对海三棱藨草(× Bolboschoenoplectus mariqueter (Tang & F. T. Wang))及其5个近缘种的果实形状、果皮微形态特征进行观察和分析。结果显示,海三棱藨草果实形状为双凸状,表面为波形网状纹饰,外果皮为中果皮厚度的2倍,与扁秆荆三棱( Bolboschoenus planiculmis (F. Schmidt) T. V. Egorova)明显不同,而与海滨三棱草( Bolboschoenus maritimus (L.) Palla)相似。研究结果支持将海三棱藨草归入三棱草属,不支持将海三棱藨草作为扁秆荆三棱的异名,推测其可能为海滨三棱草水滨亚种( Bolboschoenus maritimus subsp. paludosus (A. Nelson) T. Koyama)的异名。     

淀山湖浮游植物优势种生态位

运用改进的Levins公式和Petraitis指数测定了淀山湖浮游植物优势种的生态位宽度和生态位重叠,分析了生态位宽度、种间生态位重叠与优势种密度和优势度的相关性.结果表明： 不同时期各优势种的生态位宽度和生态位重叠不尽相同,各物种对环境因子的适应能力存在差异.根据不同季节的生态位宽度可以将淀山湖浮游植物优势种分为4类;尖尾蓝隐藻和小球藻的生态位较宽,数量较多,分布较广,能充分利用环境资源.水华暴发时期,蓝藻门各优势种与其他藻类之间的生态位重叠程度相对偏高;铜绿微囊藻的生态位变宽,而其他优势种的生态位宽度相对有所降低.各季节优势种的优势度与其生态位宽度呈显著相关,优势种密度与生态位重叠呈极显著相关.     

浙江天童常绿阔叶林不同演替阶段木本植物的水力结构特征

水力结构是植物应对环境形成的与水分运输相关的形态策略.探索不同演替阶段和群落不同高度层植物的水力结构特征, 有助于理解植物的水分运输和利用策略.该研究以浙江天童常绿阔叶林演替前中后期群落的上层木(占据林冠层的树种)和下层木(灌木层物种)为对象, 测定了演替共有种(至少存在于两个演替阶段的物种)和更替种(仅存在于某一演替阶段的物种)的枝边材比导率,叶比导率和胡伯尔值, 以及边材疏导面积,末端枝总叶面积和枝条水势, 分析植物水力结构在群落上层木和下层木间以及在演替阶段间的差异, 及其与枝叶性状的相关关系.结果显示: (1)上层木植物边材比导率和叶比导率显著高于下层木植物(p < 0.05); (2)上层木和下层木的边材比导率与叶比导率在演替阶段间均无显著差异(p > 0.05); 上层木的胡伯尔值在演替阶段间无显著差异, 下层木的胡伯尔值随演替显著下降(p < 0.05); (3)上层木共有种仅边材比导率随演替进行显著降低(p < 0.05), 更替种的3个水力结构参数在演替阶段间无显著差异; 下层木共有种水力结构参数在演替阶段间无明显差异, 更替种仅胡伯尔值随演替减小(p < 0.05); (4)植物边材比导率与枝疏导面积和末端枝所支撑的总叶面积显著正相关(p < 0.01), 胡伯尔值与枝条水势及末端枝总叶面积显著负相关(p < 0.01).以上结果表明: 天童常绿阔叶林演替各阶段上层木比下层木具有更大的输水能力和效率; 随着演替进行, 上层木与下层木的共有种和更替种边材比导率的相反变化表明上层木水力结构的变化可能由微生境变化引起, 而下层木水力结构特征的变化可能由物种更替造成.