生态系统多功能性的指标选择与驱动因子: 研究现状与展望

全球变化和人类活动正以空前的速度在世界范围内改变着生物多样性, 这导致了全球生物多样性的锐减以及生产力的下降、病虫害的增加和抗入侵能力的减弱等生态问题。近30年来, 生态学家开始对于生物多样性的持续丧失是否以及如何影响生态系统功能的问题越来越感兴趣, 生物多样性与生态系统功能(biodiversity and ecosystem functioning, BEF)关系的研究应运而生, 并成为生态学研究的热点之一。但长期以来, 研究者更多地关注单一生态系统功能, 而忽略了生态系统能够同时提供多种生态系统功能的能力, 即生态系统多功能性(ecosystem multifunctionality, EMF)。本文综述了EMF研究中功能指标的选择、生物多样性的不同维度、微生物多样性对EMF的影响以及其他非生物因子对EMF的驱动等进展。因只考虑单一功能可能会低估生物多样性对整体生态系统功能的影响, 故生物多样性与生态系统多功能性(BEMF)关系的研究成为BEF关系研究的重点。近年来, BEMF关系的研究发展较快, 在不同生态系统(包括水生、草地、森林、旱地、农业等)、不同研究尺度(从区域到全球尺度)、BEMF关系的驱动机制(从单一驱动机制到多种驱动机制共同作用)、研究方法(包括新概念以及新的量化方法的提出和应用)等方面均取得了新的进展。但仍有不足之处, 如对于EMF研究中功能指标的选取没有统一的标准、对地下微生物多样性的关注度不够、涉及多营养级水平下的BEMF关系研究较少、驱动EMF的机制仍存在争论等。未来应加强对于功能指标选取的标准研究, 综合分析地上、地下生物多样性以及非生物因子对EMF的整体影响, 加强生态系统多服务性(ecosystem multiserviceability, EMS)方法的研究和应用。     

普洱季风常绿阔叶林次生演替中木本植物幼苗更新特征

以时空替代的方法,将针阔混交林、季风常绿阔叶林的次生林与成熟林等3个处于同一空间下的群落作为次生演替进程中的3个阶段,研究云南普洱地区次生演替过程中的木本植物幼苗更新特征,分析了次生演替过程中木本植物幼苗的物种组成、密度、高度级及与环境因子的相关性。结果表明:在8个共144 m2的幼苗样地中调查木本植物幼苗101种2014株,其中乔木幼苗是主要组成。随着次生演替的进行,木本植物幼苗、乔木与藤本幼苗密度逐渐增加,灌木幼苗密度无显著变化;藤本植物幼苗的物种丰富度随着次生演替进行而增加,乔木与灌木幼苗则无显著变化,成熟季风常绿阔叶林中木本植物幼苗Shannon-Wiener指数要显著小于针阔混交林与次生季风常绿阔叶林。次生与成熟季风常绿阔叶林木本植物幼苗多度随高度级增加而减少,针阔混交林则呈现偏峰曲线,幼苗密度均集中分布在高度20 cm以内,3个群落演替阶段木本植物幼苗物种丰富度随高度级增加呈现偏锋曲线。相似性系数反映出乔木和藤本幼苗的更新来源与群落的物种组成存在着紧密的联系。乔木幼苗密度分布与样地坡度之间存在着显著的负相关,灌木幼苗密度与土壤pH值之间存在着显著正相关。     

南亚热带季风常绿阔叶林不同演替阶段物种-面积关系

通过对云南普洱地区季风常绿阔叶林演替15年、30年及原始林群落的调查,探讨了不同演替阶段群落的物种-面积关系.结果表明:不同演替阶段群落中,取样面积与总物种数,乔木、灌木和藤本物种数均具有极显著相关关系,其变化解释率均超过94%;演替30年群落中总物种和乔木的物种累积速率(Z)最低(0.334和0.394),演替15年群落中灌木和藤本的Z值最低(0.437和0.326);不同演替阶段中总物种、乔木、灌木和藤本的物种-面积曲线截距无显著变化,但原始林中总物种和藤本物种-面积曲线的决定系数(R2)显著高于演替15年和30年群落.演替15年群落中,初始乔木及灌木物种丰富度解释了Z值变化的99.9%,而其他演替阶段群落中初始乔木、灌木、藤本及总物种丰富度与Z值均无显著相关性.     

普洱市周边地区4种土地利用类型土壤种子库特征

通过对云南普洱市周边地区次生季风常绿阔叶林、针阔混交林、人工更新形成的针叶林及茶园等4种土地利用类型的野外调查及土壤种子库的萌发实验,探讨其土壤种子库的密度大小、物种丰富度和组成及与地上植被的关系。结果表明:干扰强度与频度不同导致土地利用类型之间土壤种子库密度与物种丰富度存在较大差异,土壤种子库密度大小顺序为:针叶林(248.67±116.86)粒·m-2>针阔混交林(186.00±43.27)粒·m-2>次生季风常绿阔叶林(107.33±16.48)粒·m-2>茶园(51.67±10.17)粒·m-2;茶园土壤种子库物种丰富度要显著低于其他类型。4种土地利用类型土壤种子库生活型组成差异极显著,主要以草本植物组成,以菊科与禾本科占优势;针阔混交林的草本植物种子密度最多,非森林的原生物种是草本植物的主要组成;针叶林外来物种的种子密度要显著高于其他类型,紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)是其主要组成。土壤种子库与地上植被的相似性系数较低,其大小顺序为:次生季风常绿阔叶林(0.175)<针阔混交林(0.176)<针叶林(0.215)。     

滇西北云南红豆杉群落结构与更新特征

以云南西北部云南红豆杉(Taxus yunnanensis)群落为研究对象,利用在兰坪县、香格里拉县和宁蒗县的野外样地调查数据,分析了云南红豆杉群落物种组成、多样性、结构及云南红豆杉更新特征.结果表明:云南红豆杉群落主要物种包括玉山竹(Yushania niitakayamensis)、云南铁杉(Tsuga dumosa)、云南红豆杉、红桦(Betula albo-sinensis)和云南箭竹(Fargesia yunnanensis).香格里拉县具有较高的科、属、灌木物种丰富度,但乔木、藤本及总物种丰富度在3个地点之间无显著差异.兰坪县和香格里拉县均在较低径级和高度级中具有较高的物种丰富度和个体多度,而宁蒗县则在第Ⅱ径级和第Ⅱ高度级中具有最高的物种丰富度和个体多度.云南红豆杉野生种群实生苗更新困难,但云南红豆杉具有较强的萌生能力,萌生个体多度与实生个体多度比为1.314,萌生方式主要为干基萌生和干萌生;宁蒗县萌生个体最多,但3个地点萌生植株平均胸径和平均高无显著差异.     

地形异质性对云南普洱季风常绿阔叶林物种多样性的影响

地形异质性通过调控树木生长所需的养分、水分和光照等而成为亚热带森林结构与物种组成的重要驱动因子。但是, 地形异质性对季风常绿阔叶林物种多样性及其分布影响的研究还相对较少。该文基于云南普洱30 hm²森林动态监测样地(大样地) 750个20 m × 20 m的样方调查数据, 以海拔、坡度、凹凸度和坡向4个地形因子为变量, 采用C均值模糊聚类分析大样地的地形类型, 进而分析不同地形条件下的群落物种组成及群落物种多样性; 采用Torus转换检验法, 探讨物种与地形关联性, 为季风常绿阔叶林生物多样性保护提供科学依据。研究结果表明, 大样地可分为山脊、陡坡、缓坡、高谷和沟谷等5类地形, 地形面积分别是8.00、6.04、7.68、2.76和5.52 hm²。大样地中胸径(DBH) ≥ 1 cm的木本植物个体153 418株, 分属79科179属271种。5类地形中, 物种丰富度、不同径级的植株密度和比例明显不同, 多样性及优势物种多度分布具有较大差异。种-面积曲线表明, 同等面积条件下, 随着取样面积增加, 山脊的物种丰富度始终最小, 高谷次之, 沟谷的物种丰富度始终最大。种-个体数累积曲线表明, 随着个体数增加, 山脊物种丰富度的累积速率最小, 种丰富度增加缓慢, 高谷次之。在被检验的123个物种中, 与地形相关的物种有83个, 高达67.5%的物种与至少一类地形存在显著相关关系。山脊和缓坡中与地形具有显著负相关关系的物种数超过显著正相关的物种数; 而与陡坡、高谷和沟谷显著正相关的物种数高于显著负相关的物种数。普洱大样地地形异质性对物种多样性维持的贡献率为7.8%。     

云南普洱季风常绿阔叶林演替系列植物和土壤C、N、P化学计量特征

通过测定中国西南季风常绿阔叶林不同演替阶段(演替15a,演替30a及原始林)群落中植物叶片与土壤中C、N、P含量,探索了季风常绿阔叶林不同演替阶段群落C、N、P化学计量特征及其与物种丰富度及多度的相关性。结果表明:土壤及植物中全N、全P含量及土壤中C含量均为演替30a群落中最低,而植物中C含量在不同演替阶段群落间无显著性差异。在不同演替阶段共有种中,40%的物种N含量原始林中最高,40%的物种P含量演替15a群落中最高,而80%的物种C含量无显著性差异。土壤中C:N比在不同演替阶段间无显著变化,而N:P及C:P比则随演替呈减小趋势。植物中C:N及C:P比均为演替30a群落最高,而N:P比则随演替呈增加趋势。不同演替阶段共有种的C:N比中,40%的物种原始林中最低,40%的物种无差异,而C:P与N:P比中则均有60%物种无显著性差异,但70%物种在演替15a群落中N:P小于14,演替30a群落中50%物种N:P在14—16,原始林中则有80%物种N:P大于16。群落物种丰富度及个体多度均与C:N、N:P、C:P无显著的相关性,但植物中的N、P与土壤的N、P分别具有显著的线性正相关,说明土壤中N、P供应量影响植物体中的N、P含量。     

思茅松天然群体种实表型变异北大核心CSCD

以云南省思茅松(Pinus kesiya var.langbianensis)天然分布区的11个种群的16个种实性状为研究对象,采用巢式方差分析、变异系数、相关分析和非加权配对算术平均法(UPGMA)等多种分析方法,探讨思茅松种群间和种群内的表型变异。结果表明:思茅松种实表型性状在种群间和种群内均存在着较丰富的差异,种群内的变异(54.76%)大于种群间的变异(10.44%),种群间平均分化系数为11.95%,分化程度相对较小。球果总种子数的平均变异系数最高(35.51%),其次是球果质量(35.1%),种子大小的平均变异系数最小(8.86%),成为最稳定的种实性状;景谷县的表型多样性最丰富,景洪市则最小。球果和种子大部分表型性状之间存在显著或极显著相关,其中球果长和球果质量越大,种鳞长、种子长、种翅长、千粒重、球果总种鳞数和球果总种子数就越大。生态因子中,年平均气温对表型性状影响最大,其次是1月平均气温和>5℃积温。利用种群间聚类分析可以把思茅松的11个种群分为2类4个亚类,表型性状依据地理距离进行聚类,聚类结果与年降水量和>5℃积温相关性显著。     

濒危植物澜沧黄杉种群结构及动态特征

澜沧黄杉(Pseudotsuga forrestiiCraib)为中国特有珍稀濒危植物,野外种群个体数量少,分布范围狭窄,研究其种群结构及动态特征可以量化种群未来发展趋势,并为科学合理保护该物种提供依据。通过对云南省迪庆州德钦县不同群落类型下澜沧黄杉种群的调查及数据收集,编制澜沧黄杉静态生命表,绘制存活曲线和生存分析函数曲线,并采用时间序列模型对种群的数量动态进行预测,以揭示不同群落环境下澜沧黄杉的种群结构和动态特征。结果表明:德钦县澜沧黄杉种群主要分布在海拔2200-3300m的区域,栖息地群落类型为澜沧黄杉林、冷杉林与云南松林,三种群落澜沧黄杉种群均属增长型,数量变化动态指数V_pi和V_pi''都大于0,但对外界干扰比较敏感,存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型,表明种群各龄级的死亡率基本接近。不同群落类型下种群大小依次为澜沧黄杉林 ＞ 冷杉林 ＞ 云南松林,结合种群动态分析表明,澜沧黄杉林更适宜种群的生存;生存分析和时间序列预测表明幼龄个体的缺乏、死亡率高,是导致种群野外更新困难的主要原因。野外调查发现澜沧黄杉天然种群受到人类砍伐、放牧、开荒等因素的影响,严重影响了种群的生存,因此未来在加大科学研究力度进一步探究该物种濒危影响因素的同时,还要加大保护宣传力度,并扩大建立保护区以实现对该物种的多方位保护。     

云南兰坪云南红豆杉种群年龄结构与空间分布格局分析

利用点格局分析法对滇西北兰坪县4个云南红豆杉(Taxus yunnanensis)种群的年龄结构、不同生长阶段空间分布格局及其关联性进行分析。结果表明:(1)林窗与人为干扰影响4个云南红豆杉种群的龄级结构,小林窗的种群呈稳定型;较大林窗的种群呈进展型;群落结构完整未出现林窗和有较大人为干扰的种群年龄结构均呈衰退型,幼苗、幼树与小树个体缺乏,种群存在一定程度的更新困难,林窗的大小是种群更新的重要因素。(2)人为干扰、自然生境与本身生物学特性影响4个种群空间分布格局,种群1整体及其不同生长阶段个体均呈聚集分布;种群2和种群4在小尺度呈聚集分布,而在大尺度上呈随机分布;种群3随着空间尺度增大分布格局表现为聚集→随机→聚集趋势。(3)种群2中幼苗、小树和中树在小尺度下表现为聚集分布,其他尺度下表现为随机分布;种群3的小树阶段聚集分布和随机分布皆有出现,中树与大树在不同尺度上表现为聚集分布;种群4聚集分布的强度随生长阶段的增加在减弱。(4)4个种群各发育阶段间皆呈或接近显著正相关,种内竞争弱,有利于种群维持。