植物种群更新的补充限制

补充限制基于生态位理论, 从种子萌发、幼苗存活和生长、繁殖体扩散等生活史阶段的种群统计特征及环境因素(土壤水分、养分、凋落物等)着手, 探讨种群的更新问题。种源限制和微生境限制是补充限制理论研究的核心内容, 但是哪个更为重要并没有统一的结论。种源限制与种子生产、土壤种子库和地下芽库中的繁殖体数量不足有关。其中, 气候的年际波动、土壤种子库寿命和动物的捕食都会影响种子生产在种群更新中的作用; 土壤种子库常被视为种群更新的保险库, 与地上种子雨共同促进种群更新, 但是, 如果土壤里种子具有较高的死亡率和休眠率, 将会降低种子库的作用; 地下芽库及其产生的无性分株对于种群更新的意义更多地体现在干扰后种群更强的恢复能力上。扩散限制是种群更新中的普遍现象, 与种子产量、散布能力、传播媒介、幼苗密度等因素有关。微生境限制主要表现为水分、养分、凋落物等非生物因素以及竞争、捕食等生物因素对种子的活力、萌发性、幼苗的存活力、物质分配等过程的影响, 其重要性随着植物生活史阶段而发生变化。未来需要进行综合的、长期的实验, 并应着重加强种源限制及相关生态过程的进化与生态相结合的机理性研究, 从而更深刻地认识和理解种群更新问题, 建立更为综合、系统的种群更新理论体系。     

动物传播者对植物更新的促进与限制

在动物 植物的关系网络中,传播者对植物更新具有促进与限制两方面作用.本文从种群尺度总结了传播者取食、空间利用等行为对植物更新的影响;从群落尺度分析了多种传播者传播有效性对植物更新的促进与限制.传播者对食物的处理方式决定了种子的命运,且具有明显的种间差异;植物在传播者食谱中的地位亦决定其更新的成败,成为动物偏好的食物可助其摆脱森林破碎化等不利事件的影响.动物的空间行为可导致种子命运发生改变.传播者移动距离能否逃逸同种成树对种子的距离限制,影响种子的更新命运;动物偏好的适宜生境与适于植物萌发生境的空间一致性程度影响传播者传播的成效.有效传播者的非冗余性促使种子传播网络更稳定,利于植物更新;无效传播直接限制植物更新,但为其他植物定殖提供了可用空间.今后应将传播者行为融入植物种群更新研究,而从生态系统服务角度揭示传播者在植被恢复的作用应是未来恢复生态学研究的重点.     

珍稀植物连香树在其中国分布区北缘的种子性状及幼苗更新限制

连香树(Cercidiphyllum japonicum)是第三纪孑遗植物, 存在严重的幼苗更新限制。为验证生活史早期(种子萌发)限制中国分布区北缘连香树种群幼苗更新, 并探讨其主要成因, 本研究在秦岭和太行山脉采集不同种源地的种子, 测定其形态性状、营养元素含量和质量、不同贮存时间的活力及不同温度条件下的萌发性状, 通过方差分析、相关分析等方法对不同种源地的种子性状进行分析。结果表明: 在中国分布区北缘, 其种子长度(P < 0.001)、萌发率(P < 0.001)、平均萌发时间(P < 0.001)、氮(P < 0.05)和磷含量(P < 0.001)在不同种源间存在显著差异; 而在区域尺度上(秦岭与太行山), 仅种子碳含量存在显著差异(P < 0.01)。天水种群的种子萌发率最高(21.77%), 平均萌发时间最长(11.12 d); 栾川的萌发率最低(1.38%), 平均萌发时间最短(3.47 d)。在25℃条件下, 济源种群的种子萌发率显著高于10℃、15℃和20℃条件下(P < 0.05), 而其他种源地的萌发率在不同温度条件下无显著差异。在4个温度条件下, 栾川种群种子的初始萌发时间无显著差异, 而其他4个种源地的初始萌发时间都随温度升高而缩短。相关分析结果表明, 种子萌发率与种子活力密切相关, 而种子活力与种子质量、种子的氮和磷含量显著相关。在中国分布区北缘, 连香树种子的自身属性(质量、氮和磷含量)通过影响种子活力间接影响萌发率; 且种子萌发对温度的响应主要表现在萌发时间上。本研究证实种子萌发是限制连香树种群幼苗更新的关键阶段, 主要原因如下: (1)连香树种子在9月成熟后, 10月的温度仍适宜种子萌发, 但较短生长期的幼苗在冬季低温下不能存活; (2)连香树种子萌发率低(14.4%); (3)第二年春天种子活力骤降。     

濒危植物银缕梅(Parrotia subaequalis)不同径级个体的光合能力差异与更新限制

银缕梅(Parrotia subaequalis)是我国华东地区特有种,属国家Ⅰ级濒危保护植物.分别于5月份与8月份采用Li-6400光合系统测定了江苏宜兴龙池大垅西芥银缕梅种群内大 (胸径＞10 cm)、中 (2 cm＜胸径≤10 cm)、幼 (胸径≤2 cm) 3个径级个体的光合生理参数、光合-光强响应曲线及光环境因子,探讨了不同径级个体的光合能力差异及其对种群更新的影响.结果表明:幼树最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(RD) 显著低于大树与中树,但比叶面积(SLA)显著高于大树及中树;低LCP、低RD与高SLA是银缕梅幼树对弱光环境做出的适应性反应.中树LSP仅为大树的二分之一,而其LCP与大树无明显差异,且显著高出幼树;中树LSP与LCP之间的光能利用区间极为狭窄;中树全天平均接受的RAR稍高于LCP,但远低于其LSP;同时,中树的SLA显著低于幼树与大树,致使中树全天碳同化总量严重不足.基于净光合速率(Pn)与光环境参数建立的逐步回归方程进一步证实了光合有效辐射(PAR)对Pn的贡献最大,是影响银缕梅光合碳同化能力的关键因子.由于幼树与中树受到大树遮荫,叶片上方的光合有效辐射均显著降低.尽管银缕梅幼苗在林下表现出较强的弱光适应能力,但在后期建成为中树的过程中,叶片形态与光合生理特性均表现出对遮萌环境的不适应,光资源不足构成银缕梅种群更新的主要限制因子,导致种群的中等径级个体急剧减少.人为干预以形成适宜的林窗环境,有利于银缕梅幼树的后期生长,并促进银缕梅种群的顺利更新.     

啮齿动物捕食和搬运蒙古栎种子对种群更新的影响

2010-2011年,在东北林业大学城市林业示范基地研究了啮齿动物对蒙古栎种子的捕食和搬运。结果表明,蒙古栎种子捕食率在年际间无显著差异,但2010年的蒙古栎种子搬运率显著高于2011年,存留率显著低于2011年。啮齿动物在胡桃楸林、樟子松林、水曲柳林和白桦林内对蒙古栎种子的总捕食率和总搬运率分别达到(5.7±13.5)%和(27.1±37.1)%。蒙古栎种子在樟子松林内的捕食率和搬运率均最高,胡桃楸林内蒙古栎种子存留率最高;2010年蒙古栎种子在与蒙古栎林边缘距离0,10,20,30,40,50m组间的捕食率无显著差异,搬运率和存留率有显著差异,但2011年蒙古栎种子在不同距离组间的捕食率呈显著差异,搬运率和存留率无显著差异。与蒙古栎林边缘距离20m处蒙古栎种子的捕食率最高。2010年和2011年,分别有(37.8±49.7)%和(27.7±49.8)%的蒙古栎种子被啮齿动物利用,这表明啮齿动物是林业示范基地内蒙古栎地表种子的主要捕食者。冬季食物匮乏秋季贮藏种子是造成啮齿动物对蒙古栎种子有较大捕食、扩散压力的主要原因。因此,啮齿动物对蒙古栎种子的捕食和搬运影响了蒙古栎林的种群更新。     

濒危植物长柄双花木自然种群结实的花粉和资源限制

长柄双花木（Disanthus cercidifolius Maxim．vsr．longipes H．T．Chang）只零星分布于湖南、江西和浙江等省的少数县,已处于濒危状态。通过对其野外自然种群试验,研究了花粉和资源的有效性对雌性生殖的影响,并进一步探讨了长柄双花木“花多果少”的生殖机制。结果表明：不同来源的花粉对长柄双花木结果率及结籽率均产生显著影响。花粉来源而不是花粉数量对长柄双花木结实存在显著影响。自然条件下,长柄双花木“花一果转化率”约为54馏,“胚珠-种子转化率”约为83．19。施肥处理有利于花芽发育,可使植株花芽败育率明显下降,开花比例升高;同时座果率和结籽率均显著提高,而果实败育率则显著降低。随剪除叶片量的增加,结果率明显降低,但果实败育率在处理间无显著差异;剪除弱小枝条及病虫枝后,个体总开花数虽有所下降,但是结果率和结籽率均显著提高。去除花后,长柄双花木平均单果重、单粒种子重均显著降低。营养水平的时空异质性使自然种群结籽率受到资源和花粉的限制;补充资源可以通过增强花对传粉者的吸引而间接影响传粉。长柄双花木自然种群的坐果率极低,而且存在严重的“大小年”结果现象,不同的因子可能对其低水平坐果率产生相互作用。选择性败育、子房供应和雄性功能假说似乎是长柄双花木“花多果少”的生殖策略的最合理解释。     

动物分散贮食行为对植物种群更新的影响

分散贮食是许多动物取食行为策略的重要组成部分。对以植物种子为主要贮食对象的动物来说,种子内营养物质含量、种子大小以及种子内次生化合物的含量等因素都直接影响动物的贮食行为。动物偏爱贮藏个体较大的种子,大种子多被搬运并分散贮藏在远离种源的地方,而小种子则多被就地取食,以补充动物贮食过程中的能量消耗。贮食动物主要通过空间记忆、特殊路线以及贮藏点周围的直接线索等途径重新获取贮藏点内食物。在重取过程中,一些贮藏点被遗忘,其中的种子成为植物种群更新的潜在种子库。因此,分散贮食动物不仅是种子捕食者,还是种子传播者,它们对植物种子的捕食、搬运和贮藏,影响了植物种子的存活和幼苗的建成,从而在一定程度上影响植物种群的更新、分布。植物种群为了促进种子的传播,在进化过程中逐渐形成了形式多样的适应性策略,降低种子的直接被捕食率,提高种子的被贮藏率。研究动物分散贮食行为对植物种群更新的影响,将有助于理解贮食动物与植物之间的互惠关系,从而认识贮食动物种群在生态系统中的作用,为生物多样性的保护提供科学依据。     

画稿溪国家级自然保护区珍稀植物桫椤种群结构与更新

根据四川画稿溪国家级自然保护区桫椤(Alsophila spinulosa)种群分布特点,设立4个样地1个样带共44个样方(20 m×20 m),从种群密度、生命表和生境关联(草本层郁闭度和林分受干扰强度)等方面研究了保护区桫椤种群的结构特征。结果表明,每个桫椤种群样方的平均密度为0.088株/m2,幼苗密度为0.049株/m2;桫椤种群的死亡率和消失率曲线变化基本一致,发育过程中出现3个死亡高峰值,分别在第1龄级(H0.01 m)、第7龄级(3.90 m≤H4.80 m)和第10龄级(H≥6.60 m)阶段;种群生存率单调下降,累计死亡率单调上升,第7龄级以后,种群生存率小于1%;根据种群生存率函数Si、累计死亡率函数Fti、死亡密度函数fti和危险率函数λti4个生存函数曲线表明,画稿溪桫椤种群具有前期锐减、中期稳定、后期衰退的特点。桫椤各龄级阶段密度与草本层郁闭度均无显著相关(p≥0.18),然而桫椤幼苗(第1龄级)以上的个体密度、第7龄级密度与干扰度之间呈显著负相关(p0.05)。综合分析表明,画稿溪桫椤种群具有一定的自然更新能力,但人为活动的干扰可能是限制桫椤种群的因素之一。     

黄檗的更新特点及食果实鸟类对其种子的传播

在帽儿山实验林场和哈尔滨实验林场 ,黄檗母树下没有幼苗分布 ,不能进行天然更新 ,需要靠食果实鸟类等将果实和种子传播至远离母树的其他林下。捕食黄檗果实的食果实鸟类有 9种。其中 6种是食果肉鸟类 ,吞入果实后 ,消化果肉 ,而种子完整地随粪便排出而得以传播。其余 3种是食种子鸟类 ,没有传播作用。果实在鸟类消化道内的滞留时间达 2 0～ 30min ,具有很长的潜在传播距离。将鸟类消化后的种子与完整果实和人为去果肉种子进行萌发对比实验 ,消化后种子的累计萌发率与其余二者之间均没有显著性差异 ,说明食果实鸟类的消化 (道 )过程对种子萌发没有明显影响 ,同时证明果肉对种子萌发率没有显著影响 ,果肉中不含萌发抑制物质。黄檗提供多种鸟类以食物 ,而鸟类也同时以多种肉质果植物为食物。因此食果实鸟类和肉质果植物 (包括黄檗 )之间形成了松散的互利共生关系     

从景观更新到社区营造——以福建省厦门市院前社为例

作为体现“心物合一”的自然、物质空间、心理和文化等多维度的整体存在,优质的景观对人类的福祉至关重要。面对存量发展背景下社区可持续发展的要求,景观更新正在成为社区营造的重要途径。厦门市院前社通过多层次的景观更新激发了一系列的社区营造活动,重塑了社区凝聚力与认同感,业已成为“共同缔造”模式下社区营造的典范案例。从院前社景观更新切入,结合近3年的调研成果,探讨景观更新作为社区营造实现途径的可能性。通过定性和定量的方法,梳理院前社以景观更新为途径,从“拆迁村”转型为“生态文化示范村”的过程,并以社区可持续发展为价值标准,具体评价景观更新对社区营造的促进作用。     

Seed dispersal, seedling establishment and gap partitioning among tropical pioneer trees

1 We examined the abundance and distribution patterns of pioneer seeds in the soil seed bank, and of pioneer seedlings in 53 recently formed gaps, in a 50‐ha forest dynamics plot on Barro Colorado Island (BCI), Panama. The aim was to assess the importance of dispersal limitation (failure of seeds to arrive at all sites suitable for their germination) and establishment limitation (failure of seeds having reached a site to germinate successfully and establish as seedlings) in determining patterns of gap occupancy.
2 The abundance of seeds in the soil seed bank was strongly negatively correlated with seed size, but was not correlated with the abundance of reproductive‐sized adult trees in the plot. In contrast, the abundance of pioneer seedlings > 10 cm height in natural gaps was strongly correlated with adult abundance, but was not correlated with seed size.
3 Seedlings were non‐randomly distributed among gaps, but seedling abundance was not directly related to gap size, and there was no evidence of partitioning of the light environment of gaps by small seedlings. Large differences in growth and mortality rates among species were observed after 1 year, and this may result in the gap size partitioning previously found in saplings of the same species.
4 Seedlings of most species, particularly those with large seeds, were relatively more abundant than expected in gaps close to their conspecific adults. Proximity to reproductives, and by inference dispersal limitation, therefore exerts some effect on seedling distribution. None the less, large differences between seed and seedling abundances for some species, and low seedling occupancy rates in some gaps close to adult conspecifics, suggest that seedling emergence probabilities and species‐specific establishment requirements may also be important determinants of local abundance.     

The formation and patterning of leaves: recent advances

Leaves, the plants major photosynthetic organs, form through the activity of groups of pluripotent cells, termed shoot apical meristems (SAMs), located at the growing tips of plants. Leaves develop with a dorso–ventral asymmetry, with the adaxial surface adjacent to the meristem and the abaxial surface developing at a distance from it. Molecular genetic studies have shown that the correct specification of adaxial/abaxial polarity requires communication between the incipient leaf and the meristem, and that the juxtaposition of adaxial/abaxial fates is necessary for lamina outgrowth (Waites and Hudson 1995; McConnell et al. 2001). Over the last few years, a number of factors that control cell fate specification in the apex have been identified. This review will focus on recent advances on distinct but overlapping aspects of leaf development, namely, the transition from meristem to leaf fate and the specification of abaxial/adaxial polarity and its possible role in leaf growth.     

Dispersal and establishment both limit colonization during primary succession on a glacier foreland

Plant colonization can be limited by lack of seeds or by factors that reduce establishment. The role of seed limitation in community assembly is being increasingly recognized, but in early primary succession, establishment failure is still considered more important. We studied the factors limiting colonization on the foreland of Coleman Glacier, Washington, USA, to determine the importance of seed and establishment limitation during primary succession. We also evaluated the effects of seed predation, drought, and existing vegetation on establishment. We planted seeds of seven species into plots of four different ages and found evidence that both seed and establishment limitation are strong in early succession. We also found that seed and establishment limitation both remained high in later stages of succession. Seed predation reduced establishment for most species and some evidence suggested that drought and existing vegetation also limit establishment. Because both dispersal and establishment failure restrict colonization in recently exposed habitat, late-seral forest species may have a difficult time migrating upward in response to global climate change. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.