微生物性状揭示物种分布格局、群落构建机制和生态系统功能

微生物性状是指与其存活、生长和繁殖紧密相关的一系列核心属性,这些属性能够反映微生物对环境变化的响应,进而影响微生物的物种分布格局、群落构建机制以及相应的生态系统功能。越来越多的研究表明,相比于微生物分类学信息,微生物性状可以在种群、群落和生态系统尺度等视角扩展我们对微生物生态过程的理解,并提供生态模式的机理性解释。本文回顾微生物性状研究的发展历程,总结近年来基于微生物性状研究的前沿科学问题,比如微生物性状的分类和测定方法、基于性状的功能多样性定义及应用、性状与物种分布格局和群落构建机制的关系、性状对生物多样性和生态系统功能的影响以及对环境变化的响应等。尽管微生物性状研究已经延伸到生态学领域的各个方面,有力推动着各个前沿科学问题的研究发展,但是仍然面临很多机遇与挑战。因此,本文也从研究方法和研究方向等方面对未来基于微生物性状的研究提出了展望。     

荒漠植物性状权衡策略及功能多样性研究进展

荒漠植物是干旱区具有独特功能性状与资源权衡表征的地带性植物。植物功能性状及其多样性格局与资源权衡策略对群落结构优化和生态系统功能改善起着关键作用。该综述主要从荒漠植物组织、器官功能性状特征、功能性状权衡策略、功能多样性组分及测度3个方面梳理了荒漠植物性状权衡策略与功能多样性研究的进展脉络：1）荒漠植物独特的根、茎、叶功能性状特征揭露了植被对环境变化的响应以及对生态系统功能的影响，基于植物功能性状的研究有助于解决许多生态学的关键性问题；2）作为植物功能性状之间存在的最普遍的联系，权衡策略是经过自然筛选后形成的性状组合，关键性状已经被发掘并创造性的提出了"经济谱"概念。荒漠植物研究过程中，应分析其根、茎、叶的特征属性筛选关键性状，着眼于关键性状间及整株植物性状间的权衡策略；3）功能多样性是影响生态系统运行和发挥作用的生物多样性的重要组成部分，荒漠植物功能多样性能预测和指示群落中物种对于荒漠生态系统功能发挥和过程变化的影响。功能多样性的组分可以从不同角度反映群落的生态位占据状况和资源利用程度，指数的选择要体现在群落内部物种的功能特征之间的差异程度，同时要考虑这些物种自身在群落内的优势程度。本研究为未来荒漠植物功能性状及多样性研究梳理了一些新的研究方向和内容，期望为荒漠植物生理生态学研究的选题和发展提供一些新的思路。     

被子植物性系统的多样性、生态功能及分布规律

性系统是被子植物繁育系统的核心, 决定着植物种群的遗传特征、进化方向与速度, 在种群动态、群落结构及生态系统的构建与维持中具有重要意义。本文回顾了被子植物性系统的发展历程及研究方向, 总结了近30年基于性系统研究的前沿科学问题, 包括性系统的多样性和进化、与其他功能性状的生态关联、沿环境梯度的分布格局及变化规律、与群落物种共存机制和群落动态的关系及其对干扰的响应。尽管有关植物性系统的研究已经延伸到生态学领域的诸多方面, 有力地推动了各方面的发展, 但仍有很多值得关注和需要着重研究的方向和问题。本文对未来基于植物性系统的研究方向等提出了展望, 并指出, 在当前全球气候变化背景下, 性系统可作为重要的功能性状应用于指导生物多样性保护和生态系统管理政策的制定。     

基于植物功能性状的生态学研究进展:从个体水平到全球尺度

植物功能性状是指能够反映植物碳获取、水分传递、养分循环等的重要生命活动的属性,包括植物生理、形态和物候等方面的特征。通过植物功能性状探讨物种分布格局、生长策略和存活机制及其对全球变化的响应与适应,是近年来生态学研究的热点之一。然而,不同尺度下植物功能性状与环境因子的关系存在差异,并且性状之间的关系也不尽相同。从物种、种群、群落、植被区系到全球尺度,围绕植物功能性状之间的相互关系及其对气候环境变化响应的热点问题进行了综述,梳理了近年来植物功能性状研究领域的进展,并讨论了目前植物功能性状研究的局限性和该领域未来的发展趋势。     

植物功能性状与湿地生态系统土壤碳汇功能

湿地生态系统碳平衡对气候变化极为敏感,是陆地生态系统碳循环响应全球变化的重要环节。然而,湿地生态系统碳汇调节机制仍不十分清楚,并且对影响因子的研究多集中在非生物因子上。综述了植物功能性状和功能性状多样性对湿地生态系统土壤碳汇功能的影响,阐明了生物因子对生态系统碳循环响应全球变化的重要性,介绍了植物功能性状对生态系统碳输入和输出过程的影响,简述了植物功能性状多样性的研究现状及其在指示生态系统碳汇功能现状和预测未来趋势等方面的应用。从优势植物、植物种间关系和植物-微生物种间关系3方面总结了植物功能性状多样性直接和间接影响生态系统碳循环的途径。展望了植物功能性状和功能性状多样性与湿地生态系统土壤碳汇功能的研究前景。     

植物功能性状、功能多样性与生态系统功能: 进展与展望

植物功能性状与生态系统功能是生态学研究的一个重要领域和热点问题。开展植物功能性状与生态系统功能的研究不仅有助于人类更好地应对全球变化情景下生物多样性丧失的生态学后果,而且能为生态恢复实践提供理论基础。近二十年来,该领域的研究迅速发展,并取得了一系列的重要研究成果,增强了人们对植物功能性状-生态系统功能关系的认识和理解。本文首先明确了植物功能性状的概念, 评述了近年来植物功能性状-生态系统功能关系领域的重要研究结果, 尤其是植物功能性状多样性-生态系统功能关系研究现状; 提出了未来植物功能性状与生态系统功能关系研究中应加强植物地上和地下性状之间关系及其与生态系统功能、植物功能性状与生态系统多功能性、不同时空尺度上植物功能性状与生态系统功能, 以及全球变化和消费者的影响等方面。     

淡水鱼类功能生态学研究进展

在全球变化和人类活动的影响下,生物多样性正以前所未有的速度丧失,全球生物正经受第六次生物多样性危机。淡水生态系统是最脆弱的生态系统之一。淡水鱼类作为淡水生态系统的重要组成部分,承受着日趋严重的气候变化、栖息地退化、生物入侵和过度捕捞等压力,面临巨大的威胁。在此背景下,如何准确评估鱼类种群和群落对环境变化的响应,以及鱼类群落结构和功能的变化对生态系统功能的影响是淡水鱼类多样性和淡水生态系统保护的关键问题。近年来,淡水鱼类功能生态学的快速发展为解答这一问题提供了一个框架。系统地介绍了淡水鱼类功能生态学主要研究内容、方法、进展及其应用,并着重介绍了淡水鱼类功能特征及其与环境的关系、环境变化下的功能生态学响应研究。据此提出了淡水鱼类功能生态学未来的重点研究方向,指出了其在鱼类多样性保护和资源利用等领域的应用前景。     

生态学的多样性指数:功能与系统发育

生物多样性是生态学的核心问题。传统的多样性指数仅包含物种数和相对多度的信息,这类基于分类学的多样性指数并不能很好地帮助理解群落构建和生态系统功能。不同物种对群落构建和生态系统功能所起到的作用类型和贡献也不完全相同,且物种在生态过程中的作用和贡献往往与性状密切相关,因此功能多样性已经成为反映物种群落构建、干扰以及环境因素对群落影响的重要指标。同时,由于亲缘关系相近的物种往往具有相似的性状,系统发育多样性也可以作为功能多样性的一个替代。功能多样性和系统发育多样性各自具有优缺点,但二者均比分类多样性更能揭示群落和生态系统的构建、维持与功能。     

吉林蛟河针阔混交林功能性状分布格局及其对地形因素的响应

森林群落的构建过程及其内在机制是生态学研究的热点问题。植物功能性状是指能够代表植物的生活史策略,反映植物对环境变化响应的一系列植物属性。通过植物功能性状的分布格局及其对环境因素的响应有助于推测群落的构建过程及其内在作用机制。以吉林蛟河21.12hm²温带针阔混交林样地为研究对象,采集并测量了样地内34种木本植物的6种不同的功能性状。以20m×20m的样方为研究单元,通过计算平均成对性状距离指数（mean pairwise trait distance;PW）和平均最近邻体性状距离指数（mean nearest neighbor trait distance;NN）来探讨群落中单个性状和综合性状的分布格局。同时结合地形因子采用回归分析探讨功能性状的分布格局对局域生境变化的响应。基于PW的结果显示：单个性状中除叶面积外,其余性状的分布格局均为聚集分布多于离散分布;基于NN的结果显示：除叶面积和最大树高外,其余性状的分布格局为聚集分布多于离散分布。此外,由6种单个性状组成的综合性状的分布格局同样为聚集分布多于离散分布。基于回归分析的结果显示：森林群落中功能性状的分布格局受到海拔、坡度和坡向等因素的显著影响,而凹凸度的影响则不显著。研究结果表明包括环境过滤和生物相互作用的非随机过程能够影响温带针阔混交林的群落构建过程,中性过程对该区域群落构建过程的影响不显著。     

基于功能性状的生态系统服务研究框架

功能性状通过影响生态系统的属性和过程及其维持来影响生态系统服务。功能多样性-生态系统功能关系的研究有助于深入探讨生态系统服务形成机制, 也为生态系统服务研究提供了一个切入点。该文对目前的功能性状和生态系统服务研究框架进行了介绍, 回顾了功能多样性-生态系统功能关系的研究现状, 总结了目前功能性状在生态系统服务研究中的应用, 提出了基于功能性状的生态系统服务研究框架。在这个研究框架中, 首先选取对生态系统功能影响显著的非生物因子和功能多样性指数, 然后量化非生物因子和功能多样性与生态系统功能, 以及生态系统功能-生态系统服务之间的关系, 进而构建功能多样性与生态系统服务的数量关系。与此同时, 利用群落构建理论和物种共存机制分析功能多样性-生态系统功能变化的机制联系, 以研究生态系统服务形成和变化机制, 为生态系统服务管理决策提供科学依据。     

绿弯菌的研究现状及展望

绿弯菌是一个深度分支的门级别细菌类群,广泛分布于生物圈各种生境。现已生效发表的绿弯菌构成9个纲,但仅包含56个种;基于分子生态学的研究结果表明尚有大量绿弯菌类群仍是未培养状态。绿弯菌形态多样,营养方式和代谢途径十分丰富,参与了C、N、S等一系列重要生源元素的生物地球化学循环过程。研究该类群不仅有助于认识环境中微生物的多样性及其代谢特征,从而更好的理解微生物参与的生态学过程,还有助于揭示微生物对环境的适应及其进化。本文主要综述了绿弯菌的发现历史、营养、代谢及其在元素循环中的作用,并总结了其分离培养和潜在应用价值,最后展望了未来的研究方向,旨在为深入探究绿弯菌的进化、培养和驱动地球化学元素循环等研究提供参考。     

植物功能性状与环境和生态系统功能

植物性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来(所谓的“植物功能性状”)。该文介绍了植物功能性状的分类体系,综述了国内外植物功能性状与气候(包括气温、降水、光照)、地理空间变异(包括地形地貌、生态梯度、海拔)、营养、干扰(包括火灾、放牧、生物入侵、土地利用)等环境因素,以及与生态系统功能之间关系的研究进展,探讨了全球变化(气候变化和CO₂浓度升高)对个体和群落植物功能性状的影响。植物功能性状的研究已经取得很多成果,并应用于全球变化、古植被恢复和古气候定量重建、环境监测与评价、生态保护和恢复等研究中,但大尺度、多生境因子下的植物功能性状研究仍有待于加强,同时需要改进性状的测量手段;我国的植物功能性状研究还需要更加明朗化和系统化。     

植物性状研究的机遇与挑战:从器官到群落

植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional trait)通常是指植物对外界环境长期适应与进化后所表现出的可量度、且与生产力优化或环境适应等密切相关的属性。近几十年来,植物性状研究在性状-生产力、性状-养分、性状间相互关系、性状-群落结构维持等方面取得了卓越成就。然而,由于大多数性状调查都是以植物群落内优势种或亚优势种为对象,使其在探讨群落尺度的性状-功能关系、性状数据如何用于改进或优化模型、性状数据如何与遥感连接等问题时,存在空间尺度和量纲不匹配的极大挑战。为了破解上述难题,亟需发展新的、基于单位土地面积的群落性状(Community trait)概念体系、数据源和计算方法等,推动植物性状数据与快速发展的宏观生态学新技术(遥感、模型和通量观测等)相结合,既拓展了植物性状研究范畴,又可推动其更好地服务于区域生态环境问题的解决。所定义的群落性状(如叶片氮含量、磷含量、比叶面积、气孔密度、叶绿素含量等),是在充分考虑群落内所有物种的性状实测数据,再结合比叶面积、生物量异速生长方程和群落结构数据等,推导而成的基于单位土地面积的群落性状。受测试方法的影响,传统的直接算术平均法或相对生物量加权平均法所获得的群落水平的植物性状(如叶片氮含量g/kg或%),虽然可以有效地探讨群落结构维持机制,由于无法实现对群落性状在量纲上向单位土地面积转换,使它很难与模型和遥感数据相匹配。基于单位土地面积的群落性状,可在空间尺度匹配(或量纲匹配)的前提下实现个体水平测定的植物性状数据与生态模型和遥感观测相联系,更好地探讨区域尺度下自然生态系统结构和功能的关系及其对全球变化的响应与适应。同时,它也可更好地建立群落水平的性状-功能的定量关系(非物种水平),为更好地探讨自然群落结构维持机制和生产力优化机制提供了新思路。     

Scaling environmental change through the community-level: a trait-based response-and-effect framework for plants

Predicting ecosystem responses to global change is a major challenge in ecology. A critical step in that challenge is to understand how changing environmental conditions influence processes across levels of ecological organization. While direct scaling from individual to ecosystem dynamics can lead to robust and mechanistic predictions, new approaches are needed to appropriately translate questions through the community level. Species invasion, loss, and turnover all necessitate this scaling through community processes, but predicting how such changes may influence ecosystem function is notoriously difficult. We suggest that community‐level dynamics can be incorporated into scaling predictions using a trait‐based response–effect framework that differentiates the community response to environmental change (predicted by response traits) and the effect of that change on ecosystem processes (predicted by effect traits). We develop a response‐and‐effect functional framework, concentrating on how the relationships among species' response, effect, and abundance can lead to general predictions concerning the magnitude and direction of the influence of environmental change on function. We then detail several key research directions needed to better scale the effects of environmental change through the community level. These include (1) effect and response trait characterization, (2) linkages between response‐and‐effect traits, (3) the importance of species interactions on trait expression, and (4) incorporation of feedbacks across multiple temporal scales. Increasing rates of extinction and invasion that are modifying communities worldwide make such a research agenda imperative.