五大连池火山色木槭叶功能性状特征

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应, 是连接植物与环境的桥梁, 研究植物功能性状特征及其随坡向的变化规律, 对认识不同微地形生境下植物群落空间格局形成及适应机制具有重要意义。本文以五大连池不同历史年代的8座火山共有树种色木槭(Acer mono)为研究对象, 测定了9类叶功能性状, 研究了植物叶功能性状在火山间及火山坡向间(阴坡-阳坡)的变化规律, 以期揭示生境对火山植物主要叶功能性状的影响, 以及阴阳坡植物生存策略的变化, 初步探讨了植物对环境的适应机制。结果表明: (1)坡向的变化是造成色木槭叶功能性状差异的重要原因; (2)火山间叶功能性状的差异反映了它们具有不同的资源环境, 色木槭生长主要受氮元素的限制; (3)南北坡向及火山间叶片厚度与叶面积均呈极显著的正相关关系, 叶片厚度与比叶面积在不同火山间均呈显著的正相关关系, 这与色木槭在火山土壤条件下的自我保护密切相关, 色木槭通过这些指标间的功能调节来适应环境的变化, 并形成最佳功能组合。五大连池不同历史年代火山的色木槭采用增加植物叶片叶干物质浓度、叶面积、叶片厚度、叶氮和叶磷浓度提高固碳能力, 通过降低比叶面积和氮磷比来适应干旱、土壤养分贫瘠的环境。     

异质生境水位差异对小叶章有性繁殖分配的影响

以三江平原湿地代表植物小叶章为对象,通过对杂类草草甸、典型草甸、沼泽化草甸、沼泽生境中小叶章个体大小与生物量差异及繁殖构件与植株生物量之间相关关系的分析,研究不同生境中水位对小叶章个体生物量与繁殖分配的影响。结果表明: 小叶章个体大小、高度及有性繁殖特征随水位升高而显著降低;杂类草草甸、典型草甸、沼泽化草甸和沼泽中小叶章的繁殖阈值分别为0.245、0.149、0.148和0.157 g;除沼泽化草甸外,其他3种生境中小叶章植株个体大小与繁殖分配均呈显著负相关;相较于个体大小,土壤含水量对于小叶章有性繁殖分配影响更大,不同生境中小叶章对个体大小和繁殖分配的差异投资是其具有良好生态适应性的基础条件。     

五大连池火山土壤细菌多样性及其群落结构

火山熔岩生境孕育了独特的土壤微生物群落。为了解火山生态系统土壤细菌群落多样性和群落结构及其关键影响因子,选择五大连池新、老期火山为研究样点,非火山为对照,基于高通量测序方法,分析不同采样点土壤细菌群落结构和多样性,结合土壤理化指标,进一步分析影响火山生态系统土壤细菌群落多样性的环境因子。结果表明：细菌操作分类单元（OTUs）、Ace指数、Chao1指数和Simpson指数变化趋势一致,表现为非火山 > 新期火山 > 老期火山。三个样点土壤的共有OUTs数量为713个,各自特有的OTUs数量不尽相同。三个样点土壤中检测到共有细菌16个类群,其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和绿弯菌门为优势菌群,老期火山土壤中酸杆菌门、疣微菌门、Rokubacteria相对丰度最大,而Patescibacteria相对丰度最小。三个样点的土壤细菌群落具有明显的空间关系,相似性差异较大,但不符合随地理距离的增加而降低的模型。土壤理化性质测定结果标明：老期火山土壤pH、有机质、全氮、全磷、铵态氮和硝态氮显著高于新期火山和非火山,新期火山土壤含水量和速效磷显著低于老期火山和非火山。喷发时间和火成岩基质等特性会导致不同火山土壤理化性质的差异,进而影响土壤细菌多样性和群落结构。Pearson相关性分析表明：土壤pH显著影响细菌的多样性指数。冗余分析（RDA）结果表明：土壤氮含量、pH和有机质是影响火山森林生态系统土壤细菌群落结构的主要因子。     

五大连池火山熔岩台地草本层物种多样性及环境解释

五大连池火山熔岩台地是一种火山地貌, 研究熔岩台地草本物种分布及其环境解释, 对认识火山原生演替过程中植物群落空间格局形成及适应机制具有重要意义。本文以五大连池熔岩台地的草本物种为研究对象, 调查了苔藓、草本、灌丛、阔叶林和针阔混交林等不同植被类型中的草本层样方, 并测定样方中的土壤养分和水分等状况, 采用多样性指数、优势度指数、均匀度指数、物种丰富度评价草本层物种多样性, 通过典范对应分析方法研究了群落组成与土壤因子的关系。结果表明: (1)熔岩台地草本层物种丰富, 共56种, 占本研究调查区总物种数的82.35%, 草本样地的草本层物种多样性、优势度和均匀性高于其他植被类型。(2)熔岩台地土壤pH值对群落草本层物种丰富度和物种个体的空间分布均有较大影响。(3)土壤因子解释了群落分布的79.39%, 其中土壤pH值、速效磷、硝态氮、铵态氮所占的解释量比较大。(4)岩败酱(Patrinia rupestris)、万年蒿(Artemisia sacrorum)、硬质早熟禾(Poa sphondylodes)和中华苦荬菜(Ixeris chinensis)对环境要求较低, 能够适应熔岩台地土壤贫瘠恶劣的环境。熔岩台地不同植被类型表现出对环境资源的特定需求, 熔岩地貌导致了土壤pH值、养分、水分的差异, 并影响植物群落的分布。     

五大连池新期火山熔岩台地3种共有植物的叶功能性状及其相互关系

以五大连池新期火山熔岩台地13个稳定的自然植物群落共有种香杨、万年蒿、岩败酱为研究对象,测定其叶干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)、叶氮磷比(N/P)等叶功能性状,研究不同生境下3种植物叶功能性状的变异特征,探讨新期火山熔岩台地植物叶功能性状相互之间的内在联系及其对环境的适应性。结果表明:(1)3种植物LDMC变化在0.294~0.359g·g~(-1)之间,SLA变化在9.082~22.347m2·kg~(-1)之间;与其他区域的研究结果相比,新期火山熔岩台地植物的LDMC值相对偏大、SLA值相对偏小,说明五大连池新期火山熔岩台地的植物采用高LDMC低SLA策略适应贫瘠恶劣的环境。(2)3种植物LNC变化在9.690~15.710g·kg~(-1)之间,LPC变化在0.669~1.078g·kg~(-1)之间,叶钾含量(LKC)变化在10.410~29.830g·kg~(-1)之间,叶N/P的变化在9.781~20.990之间;与其他区域的研究结果相比,新期火山熔岩台地植物LNC和LPC值相对偏小,LKC和N/P值相对偏大,说明五大连池新期火山熔岩台地的植物生长主要受磷素的限制,而且LNC偏小和LKC偏高与新期火山熔岩台地土壤中全N、全K的含量变化特征有关。(3)通过ANVOA分析发现,群落间植物叶功能性状的变异幅度较小,3种植物之间N/P、LDMC和SLA的变异幅度也较小,这说明在水分和养分极缺的火山熔岩台地植物对其生境的适应对策相似。(4)Pearson相关分析发现,SLA与LDMC以及N/P与LDMC和SLA均呈显著负相关关系。     

五大连池种子植物属的区系分析

五大连池具有特殊的地理位置和成因,衍生了独特的生态特征,具有极高的科研价值。参照植物区系地理的理论和研究方法,在属的水平上对该区域种子植物区系特点进行了研究,结果表明:(1)五大连池植物区系组成丰富,共有种子植物99科369属869种,单种属和寡种属的比率很高,达到该区总属数的89.16%。(2)地理成分复杂,共有14个分布区类型和10个变型;温带成分占绝对优势,植物区系为温带性质。(3)区系起源古老。     

五大连池新期火山熔岩台地维管束植物物种多样性

在野外调查的基础上,对五大连池新期火山熔岩台地维管束植物物种多样性进行了统计分析,结果表明:(1)五大连池新期火山熔岩台地共有维管束植物35科66属82种,9个优势科含有的属、种数分别占总属、种数的51.52%和57.32%;该研究区熔岩台地种子植物有30科、61属和75种的分布区类型,温带成分占主体;植物资源按其性质和用途分为药用、观赏和蜜源等12类。(2)根据Raunkiaer生活型分类,以地面芽植物的草本植物最占优势,其次为高位芽植物的乔木和灌木。(3)在水分生态类型中,中生植物是主要生态类型,旱生植物占较高的比例。研究认为,五大连池新期火山熔岩台地熔岩新、风化弱、降水大部分渗流、蒸发强等极不利生态条件形成了火山熔岩石生植物的特有种群。     

三江平原湿地小叶章群落沿土壤水分梯度物种组成及多样性变化

水分是影响湿地生态系统植物多样性的重要因素之一。以三江平原湿地小叶章群落为对象,研究了沿土壤水分梯度的典型草甸、沼泽化草甸和沼泽3种生境中群落物种组成及多样性特征。结果表明,3种生境均以小叶章占优势,但是伴生物种组成分化明显,其中,典型草甸指示种为二歧银莲花和垂梗繁缕,沼泽化草甸指示种为灰脉苔草和五脉山黧豆,沼泽指示种为漂筏苔草和毛果苔草;非度量多维尺度分析结果表明,草甸的物种组成差异更大,而沼泽和沼泽化草甸的物种组成差异较小。随土壤水分含量增加,小叶章的优势度逐渐降低,群落物种丰富度和Simpson优势度均呈逐渐降低的趋势,而Shannon-Wiener多样性与Pielou均匀度均呈逐渐上升的趋势;群落相似性系数(CJ、CS)呈现逐渐升高的趋势,二者的最大值分别出现在沼泽化草甸和沼泽,最小值分别出现在典型草甸和和沼泽化草甸,而Cody指数的变化格局呈现渐低的趋势,群落间共有物种数逐渐减少,物种替代速率降低。研究认为,三江平原小叶章湿地植物群落物种组成、Pielou均匀度、Simpson优势度和Shannon-Wiener多样性的变化格局与水分密切相关,β多样性的格局与水分联系紧密,物种丰富度的变化格局与水分无相关性,可能与物种自身的生物学特性以及其它环境因子有关,尚需进一步探讨。     

五大连池新期火山熔岩台地不同植被类型土壤微生物群落的功能多样性

土壤微生物群落是陆地生态系统的重要生物活性成分,其结构和功能多样性直接影响到系统的碳、氮等生态过程,微生物群落功能多样性与地上植被类型变化密切相关,开展植被类型对土壤微生物群落功能多样性的影响研究具有重要意义。以五大连池新期火山熔岩台地苔藓、草本、灌丛、矮曲林、针阔混交林5种典型植被类型为对象,利用BIOLOG微孔板法研究不同演替阶段植被类型土壤微生物群落功能多样性特征。结果表明：不同植被类型土壤微生物群落功能多样性存在显著差异。平均颜色变化率（AWCD）随培养时间延长而逐渐增加,大小顺序为：苔藓 > 针阔混交林 > 矮曲林 > 草本 > 灌丛。灌丛土壤微生物多样性指数与其他植被类型间差异显著。主成分分析结果表明,主成分1和主成分2分别能解释变量方差的56.24%和29.59%,不同植被类型下土壤微生物的碳源利用格局差异主要是由氨基酸类和带磷基糖类引起,二者合计解释总变异量的47.51%。冗余分析表明,速效磷、铵态氮、C：N和pH对微生物功能多样性具有显著的影响,羧酸类、氨基酸类、酯类和胺类的降解更易受到环境因素的影响。研究结果为进一步探讨植被类型与土壤微生物之间在植被演替过程中的关系提供参考。     

细菌对五大连池火山森林凋落物早期分解的影响

为了解火山森林生态系统中微生物在凋落物分解和营养循环中的作用，以五大连池火山熔岩台地森林优势树种落叶松、白桦、山杨为研究对象，采用凋落物袋野外原位分解和高通量测序方法，分析细菌群落结构及多样性对凋落物分解的响应。结果表明：经过18个月的分解，3种植物叶片凋落物质量残留率为63.9%～68.1%,白桦叶片凋落物分解最快，分解前后的N含量、C∶N、N∶P存在显著差异。3种植物叶片凋落物的细菌物种数和多样性指数具有显著差异。变形菌门、放线菌门、拟杆菌门为优势菌门，根瘤菌属、鞘氨醇单胞菌属、假单胞菌属为优势菌属，且在3种凋落物间存在显著差异。分解18个月后，凋落物中优势细菌类群与火山熔岩台地土壤趋向一致，火山森林生态系统中凋落物细菌多样性和群落结构受到凋落物中P含量、C∶N和N∶P的影响。