人类活动对森林林冠的影响——第六届国际林冠学大会述评

1背景介绍 林冠是森林与大气相互作用的关键生态界面,在生态系统生物多样性形成与维系,物质、能量交换过程中发挥着重要的作用[1].过去由于受技术、认识水平及其它方面的限制,人们对森林林冠的了解甚少.近20多年来,随着全球变化、生物多样性和生态系统生态学研究的深入,人们对林冠中丰富的附生生物多样性及其功能产生了浓厚的兴趣.目前,国际上对林冠的概念,已从过去简单的森林顶层或冠层发展为包括森林中的所有叶片、枝条、小枝以及各种附生的有机体及其枯死残留物的总和,也即森林中地表以上的所有植冠的集合‘2].林冠是一个适合于许多生物种类生存的场所,其数量比想象的更为丰富.在全球范围内估计有29 500余种附生植物,其中维管束附生植物的种类高达24 000种,约占总维管束植物种类的10％[3],林冠附生物质的生物量范围在105-44000 kg/hm2之间[1],其中在一些热带和温带天然老龄林中林冠附生物的生物量甚至超过了宿主林木的叶生物量.从20个世纪70年代以来,林冠学研究逐渐兴起,并受到来自森林生态学、气候学、环境科学等研究领域学者越来越多的关注[4-5].Nature和Science就分别报道了林冠生物多样性、林冠与全球气候变化等相关研究成果[3,6-7];一些致力于林冠生态学研究的国际组织(如国际林冠网络InternationalCanopy Network,ICAN、国际林冠塔吊网络International Canopy Crane Network,ICCN、全球林冠项目GlobalCanopy Program,GCP)也应运而生,表明林冠学研究已逐渐成为目前国际上生物多样性、全球变化研究中的热点问题.林冠学已成为国际森林生态学研究的前沿方向,有望逐步发展成为一门新兴学科.     

Responses of the distribution of four epiphytic cyanolichens to habitat changes in subtropical forests

 蓝藻地衣是附生植物类群的重要组成部分, 在森林生态系统的环境监测和养分循环中发挥着重要作用。该研究在云南哀牢山亚热带森林系统的2种原生和6种次生森林群落中, 以粉缘绵毛衣(Leioderma sorediatum)、天蓝猫耳衣(Leptogium azureum)、网肺衣(Lobaria retigera)和双缘牛皮叶(Sticta duplolimbata) 4种常见蓝藻地衣为对象, 共设立120个样地, 调查了它们在3 600株树木0–2 m树干上的分布, 探讨其分布特征及与森林类群、宿主种类以及林龄等生境因子的关系。研究发现4种蓝藻地衣在森林群落间的分布模式明显不同。除双缘牛皮叶的盖度和频度在原生苔藓矮林中最高外, 其他3种蓝藻地衣的最高值均出现于次生林如厚皮香(Ternstroemia gymnanthera)林和滇山杨(Populus bonatii)林中; 而哀牢山地区广布的原生木果柯(Lithocarpus xylocarpus)林中, 4种蓝藻地衣极为少见。4种地衣都能生长于10多个树种上, 但明显表现出对厚皮香、滇山杨和硬壳柯(Lithocarpus hancei)等树种的偏好性, 以及对小花山茶(Camellia forrestii)等的排斥性。森林群落的林龄、胸径、最大胸径、林冠开阔度、基面积、树木密度和树种多样性等因子的变化均对4种附生蓝藻地衣的分布产生重要影响, 但在景观尺度上影响程度相对较小, 在不同森林群落内部却有各自的重要作用。其中, 林龄、林冠开阔度和宿主胸径是影响蓝藻地衣分布的最重要的生境因子。     

西双版纳热带森林附生维管植物的物种多样性与区系特征

附生植物是山地森林生态系统中重要的结构性成分。因受林冠调查技术限制, 人们对林冠附生植物知之甚少。本文在前人有关西双版纳植物区系研究的基础上, 结合野外调查和标本资料, 对该地区附生植物的物种组成与分布进行了整理。结果表明, 西双版纳热带森林附生维管植物共有29科134属486种, 约占全部维管植物的11%。附生兰科是最丰富的类群(69属293种), 其中以石斛属(Dendrobium) (49种)和石豆兰属(Bulbophyllum) (48种)物种数最多。蕨类是仅次于兰科的附生类群(13科38属97种), 其中水龙骨科(51种)占附生蕨类总数的50%以上。基于生活史和养分来源的划分标准, 该地区48%的附生物种属于兼性附生, 其次是以兰科为主的专性附生(46%), 半附生仅占6%。从区系上看, 西双版纳附生植物属的分布具有明显的热带亚洲性质。附生植物主要分布于资源受限的林冠生境, 对环境变化极为敏感, 在人为干扰日益加剧的背景下, 这类植物正面临严重威胁。因此, 需要加强对西双版纳林冠亚系统的保护。     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林两种优势幼苗C、N、P化学计量特征及其对N沉降增加的响应

N沉降对不同森林生态系统的影响是当今全球变化生态学研究的一个热点问题。山地湿性常绿阔叶林是我国西部高海拔地区重要的森林植被类型之一。该文以云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林为对象, 研究了其林下优势树种多花山矾(Symplocos ramosissima)和黄心树(Machilus gamblei)幼苗不同器官中C、N、P含量和生态化学计量特征及其对N沉降增加的响应。结果表明: 两种幼苗C、N、P含量的差异均达到了显著性水平(p < 0.05), 多花山矾的C含量较低, N和P含量较高。N处理对植物幼苗元素含量及其比值影响极显著(p < 0.01), 且与物种和器官之间存在显著的交互作用。N处理提高了幼苗体内N含量, 导致不同器官N:P值有不同程度的增加。随N处理水平的升高, 多花山矾幼苗P含量下降, 黄心树幼苗P含量整体升高, 幼苗间P含量差异减小。在一定范围内, 植物幼苗N含量与土壤无机N含量之间存在极显著的相关性(p < 0.01)。不同器官之间相比, 植物幼苗根和茎的N内稳性比叶片更高, 即植物叶片对N沉降的响应更为敏感。     

PI3K和受体型酪氨酸激酶介导家蚕麻痹肽免疫诱导信号的传递

【目的】普遍存在于鳞翅目昆虫中的ENF肽具有非常相似的结构和生理功能, 对昆虫的发育、 免疫、 应激反应等方面都起着重要的调控作用。有研究报道, 作为ENF肽家族成员之一的家蚕Bombyx mori麻痹肽（paralytic peptide, PP）通过激活MAPK来调控家蚕的免疫应答, 但其完整的分子作用机制尚不明确。本研究旨在解析传递家蚕PP免疫诱导信号的分子通路。【方法】首先通过荧光定量PCR检测了多种昆虫细胞系在PP诱导下抗菌肽基因的转录水平, 并利用Western blot检测p38 MAPK的磷酸化水平, 然后利用不同信号传递分子的抑制剂处理BmE细胞筛选参与传递PP免疫诱导信号的分子。【结果】PI3K抑制剂LY294002和受体型酪酸激酶抑制剂Genistein抑制了PP对BmE细胞抗菌肽基因表达的诱导作用; 且BmE细胞和家蚕血细胞在PP的诱导下, Akt和大小约为70 kDa的细胞膜蛋白均出现磷酸化水平的动态变化。【结论】PI3K/Akt信号通路和Genistein敏感性的受体型酪氨酸激酶介导了PP免疫诱导信号的传递。     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林不同生长基质苔藓植物的组成与分布特征

苔藓植物是构成山地原生常绿阔叶林结构及景观的重要组分之一,在生态系统生物多样性的维系等方面发挥重要的生态功能。本研究以云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林为对象,对林冠树干和林下木质残体、林地及岩石表面四类不同生长基质上苔藓植物的物种分布特征进行了调查研究,并运用Kendall一致性指数计算了各生长基质上苔藓植物物种之间的相关联程度,用聚类的方法对不同生长基质上苔藓植物物种进行了分类。研究结果表明：本区山地森林具有丰富的苔藓植物,共记录141种,分属38科69属,其中林冠树干上分布的苔藓植物的物种数量最多,为94种,林地上最少,仅29种;有27种苔藓植物同时分布在这3种以上的生长基质上。通过对不同类型生长基质之间苔藓植物种间关联程度的分析,发现在微生境的尺度上,随着优势苔藓植物种类间的关联程度的增加,苔藓植物多样性呈现出逐渐减少的趋势。     

超声辅助提取野生与人工栽培黑果枸杞花色苷含量研究

黑果枸杞含有的花色苷类成分对人类健康有着重要意义。为探究野生与人工种植黑果枸杞花色苷含量差异,本实验利用超声辅助回流提取,通过单因素实验和Box-Benhnken实验设计优化提取条件,得到最佳提取条件为:提取时间25.62 min、提取温度48.67℃、乙醇浓度84.35%、料液比1∶20 g·m L-1。在此条件下测得野生、人工种植黑果枸杞花色苷平均含量分别为6.141 mg/g、16.014 mg/g。本实验结果为黑果枸杞种植及利用提供了重要依据。     

哀牢山常绿阔叶林水源涵养功能及其在应对西南干旱中的作用

为了解云南哀牢山中山湿性常绿阔叶林在2010年初西南地区特大干旱中是否遭遇水分胁迫,及其水源涵养功能在应对干旱中的作用,测定了该森林土壤和主要树种在2010年旱季的水分状况,并对比研究了原生林和森林经砍伐烧垦后形成的毛蕨菜-玉山竹群丛的土壤持水、凋落物持水、水面蒸发和土壤水分季节动态。结果表明:常绿阔叶林主要树种在2010年初西南特大干旱中并未遭受水分胁迫(最旱月叶片凌晨水势高于-0.4 MPa)。虽然常绿阔叶林土壤含水量和地下水位在最旱月都达到了有观测以来的最低点,但主要根系分布区的土壤水势仍不低于-0.5 MPa,并高于毛蕨菜-玉山竹群丛。森林较好的水分状况和原生常绿阔叶林较好的水源涵养功能有关。常绿阔叶林的土壤总持水量尤其是非毛管持水量要显著大于毛蕨菜-玉山竹群丛,同时也大于云南地区的一些次生林和人工林。常绿阔叶林地表丰富的凋落物通过持水和抑制土壤蒸发也对水源涵养有一定作用。哀牢山常绿阔叶林良好的水源涵养功能,充足的土壤地下水储存弥补了旱季和特大干旱中降水的不足。结果指示原生林在水源涵养中不可替代的作用,以及加强原生林保护在提高区域抗干旱能力中的重要意义。     

不同水分条件下三种附生地衣的光合作用特性

附生地衣是哀牢山湿性常绿阔叶林生态系统中重要的结构性组分。通过对该区域山地森林中3种典型附生地衣平滑牛皮叶 (Sticta nylanderiana)、网肺衣 (Lobaria retigera) 和橄榄斑叶 (Cetrelia olivetorum)在不同水分条件下的光合光响应及荧光参数的测定分析,结果显示,附生地衣光补偿点 (LCP)、光饱和点 (LSP)较高,对强光适应能力较强。在水分胁迫 (含水量5%~10%) 条件下,3种附生地衣的最大净光合速率 (Pmax) 仅为17~50nmol·g-1·s-1。随着含水量的增加,地衣的最大净光合速率 (Pmax) 与暗呼吸速率 (Rday) 逐渐增大,LCP降低,而LSP随之提高,这表明3种附生地衣具备“阳生植物”的某些特性,从而能够在一定程度上适应野外光照较强的灌丛、向阳林冠等生境。地衣叶绿素光反应中心初始荧光参数 (F0) 和最大光化学效率 (Fv/Fm) 随含水量下降而显著降低,暗示其光反应中心对水分有很强的敏感性。水分条件的改善有助于附生地衣的光反应中心进入到较高的生理活性状态。     

附生蕨类植物的克隆性研究进展

石松类及蕨类植物在高等植物中处于比较特殊的进化与系统发育地位, 同时具有孢子植物(孢子)与种子植物(维管束)的双重特征。附生蕨类植物是蕨类植物中占据独特生境的一个大类群, 其生活史策略及进化历史与其附生生长的森林生态系统紧密相关。大部分附生蕨类植物的克隆生长习性及克隆生活史性状在其生态适应中具有重要作用, 但这方面未引起广泛关注。本文主要综述了中国山地森林中附生蕨类植物的根状茎克隆生长、克隆性与生态适应性、不同克隆生长方式与进化等方面, 并展望了蕨类植物克隆性在森林生态系统过程与功能中的作用, 以及今后如何将蕨类植物生态学研究与气候变化、植被恢复、土地利用变化等全球变化的主流方向进行结合。