种子雨研究进展

种子雨是指在特定的时间和特定的空间从母株上散落的种子量。种子雨的组成和大小具有时空异质性。种子雨的空间异质性表现在种子雨的组成和大小因群落而异,种群间的种子雨因种群而异,种群内部的种子雨因个体而异;种子雨的时间异质性表现在不管是群落、种群还是种群内部的个体,其种子雨既具有季节动态,又具有年际变化。种子雨、种子库、幼苗库和地上植被相互联系、相互作用。种子雨的研究对更好地了解种群和群落动态等具有重要意义。应用现代的分子遗传标记技术、同位素标记法和荧光染料法等研究种子雨的散布过程和种子命运将是未来种子雨研究的热点,种子雨和种子库的结合研究及其与动植物关系的研究尚需加强。     

湖北三峡大老岭自然保护区光叶水青冈群落种子雨10年观测: 种子雨密度、物种构成及其与群落的关系

种子雨是植物种子扩散的起点, 对群落更新及种群动态起着关键作用。该文以三峡大老岭自然保护区内一片面积为1.3 hm ²的光叶水青冈(Fagus lucida)群落固定样地为研究对象, 运用分层随机设计, 在10个不同的地形部位放置了100个种子雨收集框, 自2001年起进行种子雨观测, 对该群落种子雨的数量与物种多样性的年际动态、种子雨和群落物种构成的关系等进行了统计分析。结果表明: 1)过去10年间, 共收集到来自48种木本植物的60 926粒种子, 种子雨的多年平均密度为(82.9 ± 61.5) seeds·m^-2·a^-1(mean ± SD), 平均物种丰富度为(16.7 ± 5.5) species·a^-1(mean ± SD)。2)种子生产的种间差异极为显著, 种子量排名前三的植物贡献了累计种子雨总量的70%。3)群落种子雨的密度和物种丰富度在10年中基本同步, 均呈现显著的周期性波动, 并出现了3个大年。乔木和灌木种子雨密度的年际波动无显著相关性, 但物种数变化显著正相关; 4)种子雨与样地群落共有种为23种, 分别占种子雨和群落中木本植物种数的47.92%和54.76%, 但这些共有种贡献了种子总量的96.22%, 表明扩散限制在研究群落中十分显著。与国内其他森林群落种子雨研究结果相比, 该研究群落的种子雨密度明显较低。     

生态位分化与森林群落物种多样性维持研究展望

一直以来,生态学家和进化生物学家对森林群落物种多样格局及其形成机制持有不同的观点。虽然Robert Ricklefs将进化和生态过程整合的观点已经被群落生态学家广泛接受,但是区域物种进化历史以及局域群落微进化过程是否能够影响群落生态学过程以及这些过程如何影响群落结构和动态还有待商榷。经典的生态位理论同时强调了种间和种内生态位分化对群落多样性维持的影响。但是生态学家普遍认为种间差异足以代表群落内个体间的相互作用关系,并且由于进化过程导致的种内分化往往涉及较长的时间尺度,因此,虽然种内差异是自然选择的重要材料,物种对环境的适应性进化过程所导致的种内分化对群落构建的影响往往被生态学家所忽视。为此,通过回顾种间和个体生态位分化的研究历史,对两类研究分别进行简要阐述,强调在今后的群落生态学研究中需要考虑个体分化对局域群落构建的影响。     

浑善达克沙地沙地榆种子雨的扩散规律

于2010年采用定点连续观测的方法,研究了浑善达克沙地不同树龄(23年生、40年生、56年生)沙地榆孤立木种子雨的数量、组成及散布过程,分析沙地榆种子雨的扩散规律及其与外界环境干扰因子的关系。结果表明:(1)孤立木种子雨的总量随其年龄增长而增加,其中56年生孤立木>40年生孤立木>23年生孤立木,其种子雨的总量分别为(7744±16.26)粒/m2、(5236±18.87)粒/m2、(2456±12.67)粒/m2;(2)40年生孤立木的种子质量较好,成熟种子的比例最高,未成熟、空粒和虫害种子的比例较低,56年生孤立木次之,23年生孤立木质量最差,56年生沙地榆和40年生沙地榆是自然更新种子的主要来源;(3)榆树种子于当年5月下旬开始成熟并于6月初开始脱落,6月中旬达到降落高峰期,落种持续到6月下旬结束,落种期持续近1个月;(4)种子雨的前扩散过程中种子集中降落在主风向的下风向50 m和树冠周围20 m的范围内;(5)在种子的后扩散过程中,种子沿下风向继续运动,散落在下风向50 m范围或更远处,后扩散对前扩散表现为"削锋"作用。     

叶片病原真菌对植物物种共存的影响:进展与挑战

群落内物种如何共存是群落生态学研究中最具争议的核心问题之一。根据当代物种共存理论框架,维持物种共存的机制可以分为稳定化和均等化机制。尽管植物叶片病原真菌在自然界中大量存在,但是目前尚不完全清楚叶片病原真菌如何通过稳定化和均等化机制影响物种共存。本文首先介绍了叶片病原真菌驱动同种负密度制约(稳定化机制)和“生长–防御”权衡(均等化机制)促进物种共存的证据,并阐述了在群落水平抑制叶片病原真菌后物种丰富度的变化。随后,本文归纳了该领域研究中的主要挑战:叶片病原真菌在驱动物种共存过程中相较于环境因子的可能重要性更低、部分叶片病原真菌较弱的宿主专一性无法起到维持物种共存的作用,以及控制叶片病原真菌过程中各种方法均有一定局限性等问题。最后,本文论述了该研究领域未来的主要方向:不同土壤养分/气候变化条件下叶片病原真菌如何影响物种共存、叶片病原真菌与其他高营养层次生物类群的交互作用及其对物种共存的贡献、基于系统发育推断叶片病原真菌对植物群落构建的影响、将叶片病原真菌生活史类型纳入病原真菌影响植物物种共存的相关研究中。     

黄土丘陵沟壑区撂荒坡面种子雨特征

在纸坊沟流域3个撂荒阳坡各设置30个种子雨收集器,于2010年10月—2013年4月收集种子,2011和2012年8月进行植被调查,研究黄土丘陵沟壑区撂荒植被恢复过程中种子雨动态特征及其与地上植被的关系.结果表明:撂荒坡面种子雨来自于17个科的37个物种,主要有达乌里胡枝子、草木樨状黄耆、狗尾草、糙隐子草、长芒草、白羊草、猪毛蒿、铁杆蒿和阿尔泰狗哇花,占种子雨总量的95.8%;种子雨中仅有3个外来物种,与地上植被物种组成的相似性系数为0.77;2011年5月—2012年4月和2012年5月—2013年4月种子雨的平均密度分别为3737和6449粒·m-2,存在显著的"大小年"现象;收集期间不同位置收集器收集的物种数为7~15个,种子雨密度为3853~37923粒·m-2.研究区种子扩散受到限制,种子雨密度与其他草地相比处于中等水平,种子雨的时空分布受降雨和微地形等因素的影响存在明显的异质性.     

秦岭南北坡森林鼠类对板栗和锐齿栎种子扩散的影响

森林鼠类的种子贮藏行为对植物的扩散及更新会产生积极的影响。2012和2013年秋季,分别在秦岭北坡的周至国家级自然保护区和南坡的佛坪国家级自然保护区内,调查了森林鼠类对板栗(Castanea mollissima)和锐齿栎(Quercus aliena)种子的取食和扩散差异。结果显示:1)秦岭南北坡的环境因素,特别是植被因素,对鼠类扩散板栗和锐齿栎种子具有重要的影响。南坡较为丰富的壳斗科植被种类,导致2种种子在南坡存留时间均长于北坡,而北坡的扩散取食和丢失率均高于南坡。2)种子特征影响鼠类的取食或贮藏偏好。由于较高的蛋白、脂肪等营养含量,鼠类更喜好取食或搬运贮藏板栗种子。然而,低营养但高丹宁含量的锐齿栎种子仍然被鼠类大量贮藏。3)2种种子在南北坡的扩散历程在两个年份间有很大差异,在食物相对匮乏的年份(2012年),种子被扩散的速度更快且丢失的比率更高。这种差异反映了种子大小年现象对森林鼠类取食和贮藏策略的影响。4)无论在秦岭南坡还是北坡,营养价值含量(如蛋白和脂肪)较高的板栗种子的取食和贮藏距离都明显大于营养价值含量较低的锐齿栎种子,这与最优贮藏空间分布模型的预测一致。     

准噶尔盆地东南缘梭梭种子雨特征

为了研究梭梭种子散布规律,通过布设种子雨收集器结合室内实验分析,对准噶尔盆地东南缘梭梭种子雨特征进行了研究。研究显示:(1)梭梭种子雨的累积密度达到平均189粒/m2,其中有活力种子占约80%;(2)种子散布的高峰集中在11月初到11月15日时间段,其落种量占整个种子雨的65%。其后种子雨密度随时间逐渐减小;(3)整个种子雨过程,不同时期散落的种子雨质量存在差异,表现为不同时期散落种子的萌发率呈现出先增大后减小的趋势;(4)变异函数分析表明,梭梭种子雨在8.12 m的有效变程内,种子雨具有明显的空间格局,其由空间自相关和随机因素引起的空间异质性各占50.0%。准噶尔盆地东南缘梭梭种子雨密度大且质量较高,同时其时空分布异质性较高,这些特征均将影响梭梭种群的分布格局和种群更新。     

山地常绿落叶阔叶混交林种子雨的地形格局

种子雨是森林群落更新繁殖体的主要来源。而地形对植被空间格局异质性的影响机制之一 ,就是作用于种子雨的空间分布。为了在亚热带山地常绿落叶阔叶混交林群落中检验这一假设 ,在湖北宜昌市大老岭国家森林公园内、海拔 130 0～ 14 95 m之间的一片天然次生林内进行野外比较观测实验。选择 10个不同的地形部位 ,在每一点设置重复 (5个 )的种子雨收集器 ,在种子雨期间定期收集并记录种子雨的种类及数量。 2 0 0 1、2 0 0 2年的观测数据分析表明 :(1)种子雨密度和物种丰富度在不同地形坡位、坡形上差异显著 ,都沿山脊 -山坡 -山谷梯度和凸坡 -平坡 -凹坡梯度而减小 ;(2 )种子雨的密度和物种丰富度受坡向和坡度的影响不显著 ;(3)种子雨和乔木层物种构成的相似性与坡位和坡形呈显著的正相关 ;与坡度呈不显著的负相关 ,与坡向值间存在非线性关系 ;(4 )地形影响种子雨扩散的可能机制包括 ,影响不同种类母树的分布及其密度格局 ,影响不同坡位或坡形上分布的母树种子生产的强度和节律 ,影响风力的方向和大小的分布 ,从而形成水平方向种子流的源 -汇分化。     

茂兰喀斯特森林林隙种子雨、种子库空间变异

以贵州茂兰国家级自然保护区喀斯特森林为研究对象,研究了林隙植被的种子雨、种子库的数量特征及动态变化规律。结果表明:观察期林隙种子雨量达117.4±32.6粒/m2,其中未成熟种子56.3±10.3粒/m2,成熟被害种子15.7±4.7粒/m2,成熟有效种子45.4±8.2粒/m2,林隙更新的种子来源比较丰富。林隙中种子雨的丰富度具有时空异质性特征,将对林隙植物的更新格局产生深刻影响。枯落物层中的种子密度、物种数及Shannon-wiener多样性指数从林隙中心至非林隙林地递减,而土层中的种子变化则相反。林隙中心、近中心、林隙边缘的种子密度分别为2415±639粒/m2、2218±421粒/m2和1815±311粒/m2,林隙植物有很好的更新潜力。林隙与非林隙中枯落物层种子的相似性系数最大,5~10cm土层的次之,0~5cm土层的相似性系数最小。林隙与非林隙中均表现为枯落物层的种子库与现存植被的相似性较大,并随土层的加深而减小。研究结果表明茂兰喀斯特森林林隙植被的更新主要来源于土壤种子库,土壤种子库对林隙填充与发育的贡献较大。     

Tri-trophic interactions affect density dependence of seed fate in a tropical forest palm

Natural enemies, especially host-specific enemies, are hypothesised to facilitate the coexistence of plant species by disproportionately inflicting more damage at increasing host abundance. However, few studies have assessed such Janzen-Connell mechanisms on a scale relevant for coexistence and no study has evaluated potential top-down influences on the specialized pests. We quantified seed predation by specialist invertebrates and generalist vertebrates, as well as larval predation on these invertebrates, for the Neotropical palm Attalea butyracea across ten 4-ha plots spanning 20-fold variation in palm density. As palm density increased, seed attack by bruchid beetles increased, whereas seed predation by rodents held constant. But because rodent predation on bruchid larvae increased disproportionately with increasing palm density, bruchid emergence rates and total seed predation by rodents and bruchids combined were both density-independent. Our results demonstrate that top-down effects can limit the potential of host-specific insects to induce negative-density dependence in plant populations.     

Fire‐sensitive species dominate seed rain after fire suppression: Implications for plant community diversity and woody encroachment in the Cerrado

Woody encroachment is becoming common in tropical savannas. We studied natural seed rain and performed seed addition experiments in a Brazilian savanna that had not been burned for several decades. We found greater abundance of fire‐sensitive species in the seed rain, likely contributing to woody encroachment. Flexible fire management policies that allow for natural and prescribed fires may be required to maintain savanna diversity.     

Vertebrate‐mediated seed rain and artificial perches contribute to overcome seed dispersal limitation in a Mediterranean old field

Natural regeneration of vegetation is a frequent outcome of land abandonment, although the rate and diversity of such regeneration may be severely restricted by seed dispersal limitation, among other factors. In spite of this, studies aiming to quantify seed rain and test methods to enhance it, such as artificial perches, are still underrepresented in the Mediterranean. In our study, we quantified seed rain density and richness and tested the effects of artificial perches on such rain over a distance gradient on seven Mediterranean island old fields. In each of the seven sites, we positioned three sampling stations, each consisting of 1 seed trap under an artificial perch and 1 as a control on the ground, distributed at 30, 60, and 90 m from natural vegetation remnant. All traps received seeds, suggesting no overall dispersal limitation. Of the 11 seed species found, 10 were fleshy‐fruited and dispersed by vertebrates. Seed traps under perches received significantly higher seed rain of fleshy‐fruited species dispersed by birds, while ground traps received significantly more seeds of the species also dispersed by mammals, especially Rubus ulmifolius. The distance from the seed source was nonsignificant in all cases. Our study demonstrates the key role of vertebrate‐mediated seed dispersal services to overcome dispersal limitation in old fields, as well as the effective contribution of even small artificial perches in contrasting such limitation. The lack of differences over the distance gradient reveal that the upper spatial limit of dispersal limitation was not achieved.     

Size of sampling unit strongly influences detection of seedling limitation in a wet tropical forest

Seedling limitation could structure communities, but often is evaluated with sampling units that are orders of magnitude smaller than mature plants. We censused seedlings for 5.5 years in five 1 × 200-m transects in a wet Neotropical forest. For 106 common species (≥ 10 seedlings in a transect), we calculated prevalence (occurrence of ≥ 1 newly emerged seedlings per sampling unit) at 1 m² and at 1 m × mature crown diameter units by aggregating adjacent quadrats. For most species, prevalence was 2–25% at 1 m², but 20–92% at mature crown scales. Increased prevalence arose from broadly distributed seedlings within transects, with unoccupied segments generally shorter than crown diameters. At the landscape scale, 69% of 301 species were locally rare (< 10 seedlings) and only 16% were represented in all transects (maximally separated by 2.4 km). Nonetheless, for more common species, much lower estimates of seedling limitation at mature crown scales suggest weaker influence of seedling limitation on community dynamics than previously assumed.     

海南岛霸王岭热带低地雨林树木的空间格局

树木空间格局及其形成过程是物种共存及生物多样性维持机制研究的一个重要方面。该文以海南岛两个1 hm ²的典型热带低地雨林老龄林森林动态样地为基础, 通过4个点格局模型(均质Poisson过程、异质Poisson过程、均质Thomas过程和异质Thomas过程)模拟扩散限制和生境异质性作用对树木空间分布格局的影响, 并分析不同空间尺度下(< 2 m, 2-5 m, 5-10 m, 10-15 m, 15-20 m和20-25 m)不同作用的相对重要性。结果表明: 热带低地雨林的所有树木总体上呈现聚集分布的空间格局, 随着尺度的增大, 聚集强度逐渐减小。树种在模拟空间分布格局最优模型中的比例由高到低分别是: 均质Thomas过程, 均质Poisson过程、异质Thomas过程和异质Poisson过程。扩散限制作用是形成热带低地雨林树木空间分布格局最重要的生态过程, 其次是完全随机作用以及生境异质性和扩散限制的联合作用, 而生境异质性的作用最小。不同空间尺度上模拟各树种空间分布格局的最优模型比例差异显著, 扩散限制作用能够在多数空间尺度上模拟多个树种的空间分布格局, 其次为随机作用; 生境异质性和扩散限制的联合作用主要在小尺度(0-5 m)影响树种分布, 而生境异质性在较大尺度(15-25 m)上影响树种的空间分布格局。     

杂草种子传播研究进展

种子传播将母株生殖周期的末端与它们后代种群的建立连结了起来,广泛认为,其对植被结构具有深刻的影响。种子传播的整个过程称为种子传播循环。研究表明,杂草种子传播的因子多种多样,包括仅依赖自身来完成的主动传播,以及依赖风、水、动物、人类等外界媒介的被动传播。其中,人类传播杂草种子是影响最广泛的一种,对现代植物的分布格局产生了深刻的影响。杂草种子的传播,对杂草种子库的数量和空间动态影响很大。研究种子传播的主要方法有荧光染料标记法、放射性同位素标记法、稳定同位素分析、分子遗传标记等。结合近几年国内外的研究进展,作者就杂草种子传播对种子库数量和空间动态影响的精确直接研究、杂草种子传播的过程及传播后的命运、杂草种子适应传播的机理、生态控草措施研究、外来杂草入侵蔓延与其种子传播的关系等方面提出了展望。     

浙江省典型天然次生林主要树种空间分布格局及其关联性

松阔混交林和常绿阔叶林是亚热带地区天然次生林代表性的森林类型,通过研究主要树种分布变动趋势,可以有效地指导森林经营措施。在该地区4个1hm~2典型样地,在0—30m尺度范围内综合分析了主要树种的空间分布格局及种间关联性,并对同一树种分发育阶段在不同森林群落中的种群空间分布格局进行了比较,以探讨亚热带地区天然次生林群落空间格局形成和种群维持机制。样地1和2为松阔混交林,其中样地1的马尾松密度较低,样地3和4为常绿阔叶林。研究结果表明:(1)以完全随机模型为零假设时,样地1的主要种群在小尺度(10 m)呈聚集分布,随尺度增加呈随机分布;样地2—4的主要种群在所有尺度呈聚集分布,随尺度增加聚集强度逐渐减弱;以异质泊松模型为零假设时,4个样地的主要种群在大部分尺度呈随机分布;(2)青冈和苦槠的小树(5.0 cm≤DBH10.0 cm)在4样地的所有尺度以聚集分布为主,大树(DBH≥10.0 cm)在松阔混交林样地呈随机分布趋势,但在常绿阔叶林样地青冈在0—20 m尺度、苦槠在所有尺度呈聚集分布;(3)松阔混交林中建群种马尾松和其他树种的种间关联性,在样地1的小尺度为负相关,随尺度增加为不相关,在样地2的所有尺度为负相关;常绿阔叶林中建群种青冈和其他树种的种间关联性在在样地3的小尺度为负相关,随尺度增加为不相关,在样地4的所有尺度为负相关;所有伴生树种的种间关联性以负相关为主。结果说明,种群空间分布格局及其关联性随群落结构和空间尺度的不同而出现变化,在松阔混交林和常绿阔叶林群落格局形成中除了扩散限制和生境异质性以外,密度制约机制在松阔混交林中发挥了重要作用,而在常绿阔叶林中其作用随着树木生活史阶段的提高而减弱。