柯-青冈常绿阔叶林优势树种叶片性状变异及适应策略

厘清叶片功能性状的变异及性状间的权衡关系,对揭示植物对环境变化的响应及适应策略具有重要意义。以中亚热带柯(Lithocarpus glaber)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林为对象,测量了1 hm²固定监测样地内6个优势树种的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、干物质含量(LDMC)、叶片厚度(LT)、叶片碳(LC)、叶片氮(LN)、叶片磷(LP)含量和叶片碳氮比(LC ∶ LN)8个功能性状,采用多重比较、主成分分析(PCA)法分析了群落叶片功能性状的生活型、种内和种间变异及性状间关系。结果表明：(1)群落内叶片功能性状种内、种间差异显著,变异中等(CV： 0.02-0.59),其结构性状的可塑性较化学性状保守,变异格局符合"性状空间变异分割假说";针叶树种的LA、SLA显著低于阔叶树种,常绿树种的LC和LDMC最小,而落叶树种的SLA、LN和LP最大以及LT和LC ∶ LN最小。(2)群落叶片功能性状变异主要来源于生活型和种间变异,种内变异亦有显著贡献;生活型对多数性状的贡献率较大,其对LDMC、LC ∶ LN的贡献分别高达93.11%和91.76%;种间变异(LDMC除外)对结构性状的贡献率均高于化学性状;种内变异对LP的贡献率(23.66%)较种间变异高。(3)叶片性状之间多表现出显著相关关系,针叶树和阔叶树在PCA排序图中聚集于不同区域,叶经济型谱在柯-青冈群落中具有适用性。不同树种通过叶片结构、化学性状之间的权衡策略来适应环境变化,从而实现群落物种共存。结果可为理解森林群落物种的环境适应策略、预测群落动态变化和制定植被恢复措施提供科学依据。     

植物功能性状权衡关系的研究进展

植物功能性状权衡关系反映了植物在资源获取与分配中采取的不同策略, 是近年来生态学研究的一个热点问题。该综述从研究范围、叶性状、器官和植物类群4个方面入手, 简要介绍植物功能性状关系研究在近10余年是如何在叶经济谱(LES)的基础上逐渐扩展和深入的。1)相关研究拓展到全球更多极端环境与特殊气候地区, 发现在不同的气候环境条件下, 植物叶片功能性状关系相对稳定, 植物种内的功能性状关系已被证实与LES相似; 2)功能性状网络从最初的6个经济性状扩展到叶片的分解、燃烧和水力等性状, 发现叶片的分解速率和可燃性均与叶片形态性状、养分含量等显著相关, 但叶片水力性状与经济性状的关系则取决于所研究的物种及生存环境的水分条件; 3)研究对象从植物叶片拓展到了根、茎、花、种子及植株整体, 叶片的比叶质量与茎的木质密度、种子大小相耦合, 但叶片形态性状与根和花的相关性状却无显著相关关系, 证明这些器官可能是独立进化的; 4) LES可以很好地解释特殊维管植物的生存适应策略: 入侵植物具有较高的资源利用效率和更快的相对生长速率, 在LES中处于“低投入-快速回报”的一端; 食虫植物的叶片特化为捕食器官, 光合作用及生长速率相对较低, 居于LES “高投入-缓慢回报”的另一端, 此外, 无论是最古老的种子植物苏铁属(Cycas)植物, 或是蕨类和变水植物(苔藓和地衣), 其功能性状关系都与LES大致相同。该文梳理了功能性状关系研究的进展脉络, 提出了一些建议, 期望为未来植物功能性状关系研究的选题和发展提供一些参考。     

桂西南岩溶区八种适生植物光合性状的变异与关联

为探究岩溶植物的光合生理适应机制，采用Li-6400XT便携式光合作用测量系统，对广西平果市岩溶区8种适生植物的叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)和气孔限制值(L_s)等光合特征参数进行了测定分析。结果表明：(1)6个光合特征参数在种内和种间均存在不同程度的变异，并且种内变异均大于种间变异。(2)G_s和T_r的变化主要来源于种间变异(46.72%～49.76%),而P_n、C_i、WUE和L_s变化主要来源于种内变异(48.66%～64.50%)。在生活型水平上，P_n、G_s和T_r的种内变异表现为常绿植物小于落叶植物，而C_i、WUE和L_s则相反。(3)各参数的种间变异均表现为落叶植...     

植物群落构建的生态过滤机制研究进展

生物多样性的形成和维持机制,即群落构建机制,一直以来都是群落生态学研究的核心问题。植物群落构建的确定性过程主要是生态过滤机制(包括环境过滤和生物过滤,其中生物过滤包括种间竞争和种内功能性状变异)作用的结果。学者们构建了大量的理论、方法、模型来解释和验证生态过滤机制对群落构建的影响,并取得了显著的成果。然而,关于生态过滤机制在不同尺度的作用、生态过滤机制的各要素分解和量化等方面的研究仍有诸多疑问。重点综述了环境过滤、种间竞争和种内功能性状变异的最新研究进展,并指出了现有研究的不足之处。在未来的研究中,应注重生态过滤机制的各要素分解和量化,加强研究手段的综合运用,关注时空动态变化对植物群落构建的影响,重视对不同植物群落构建机制的共性和个性特征的认识,同时强调与其他生态过程、群落构建机制的整合。通过这些尝试,有助于人们更好的理解植物群落构建过程中的生态过滤机制的作用。     

天坑森林植物群落叶功能性状、物种多样性和功能多样性特征

以天坑内部-边缘-外部森林植物群落为研究对象,通过调查植物的群落结构、叶功能性状,探究天坑内外森林植物群落叶功能性状、物种多样性和功能多样性变化特征及其内在关联,为深入了解负地形森林生态系统的功能和恢复退化喀斯特地区的植被提供一定参考。研究结果如下：（1）比叶面积（SLA: 198.75 cm2/g)）、叶面积（LA: 42.70 cm2）、叶磷含量（LPC: 1.70 g/kg）和叶钾含量（LKC: 10.27 g/kg）在天坑内部最高,叶组织密度（LTD: 0.32 g/cm3）和叶干物质含量（LDMC: 0.41 g/g）在天坑外部最高,天坑内外森林均易受到磷限制,表明随天坑内部-边缘-外部生境变化,植物对环境的适应机制和生存策略发生了部分调整,物种的防御策略增强,生长投入策略减弱。（2）Shannon-Wiener指数（2.82）、Simpson指数（0.92）和Pielou’s均匀度指数（0.87）均以天坑外部最高,功能丰富度（1.05）、功能离散度（1.88）和Rao’s二次熵（4.52）以天坑内部最高,表明随天坑内部-边缘-外部生境的变化,植物功能性状的差异减少,物种分布及其功能性状分布总体上更为均匀、物种数量增多。（3）物种多样性指数之间、功能多样性指数之间存在较强的相关性,表明物种多样性指数之间、功能多样性指数之间存在不同的制约关系。（4）叶功能性状与物种多样性、功能多样性的相关性强,物种多样性和功能多样性之间相关性较弱,表明叶性状对生态学过程的变化较为敏感,叶功能性状与物种多样性之间存在较强的耦合关系。     

刈割与施肥干扰下高寒草甸植物功能性状的构建模式

针对目前关于植物群落功能性状构建模式及其驱动因素存在的争议, 研究了33个物种10个功能性状的构建模式。研究结果显示: (1)在刈割-施肥复合梯度上, 这些功能性状主要表现为随机构建模式, 发生随机性和确定性构建的样方比例分别为82.7%和17.3%; (2)在10个功能性状中, 生长型、生活周期、单株地上干质量、叶面积和叶干质量5个功能性状为随机构建模式, 不受试验处理和群落特征(地上净初级生产力、刈割生物量损失、群落高度)变化的影响。植物倾斜度、繁殖方式、固氮性、株高和比叶面积5个功能性状的构建模式与试验处理或群落特征变化有关, 表现出趋同或趋异构建响应。其中, 植物倾斜度和比叶面积的构建模式仅受群落特征影响, 而固氮性、繁殖方式和株高3个性状的构建模式同时还受刈割或施肥处理的影响, 其构建模式因功能性状而异; (3)群落的生物量损失和地上净初级生产力是解释植物功能性状构建模式变化较理想的群落特征; (4)刈割和施肥处理对株高的构建模式具有相反效应, 而刈割和施肥的交互作用对其无显著影响。上述结果说明该研究群落植物功能性状的构建存在不同模式, 以随机构建模式为主, 确定性构建模式居次要地位。确定性构建模式与试验处理和群落特征变化有关, 而且是性状依赖的。相反选择力对趋同和趋异构建模式的平衡效应能引起功能性状发生随机构建。     

Unifying functional trait approaches to understand the assemblage of ecological communities: synthesizing taxonomic divides

Functional traits have long been considered the ‘holy grail’ in community ecology due to their potential to link phenotypic variation with ecological processes. Advancements across taxonomic disciplines continue to support functional ecology's objective to approach generality in community assembly. However, a divergence of definitions, aims and methods across taxa has created discord, limiting the field's predictive capacity. Here, we provide a guide to support functional ecological comparisons across taxa. We describe advances in cross‐taxa functional research, identify gaps in approaches, synthesize definitions and unify methodological considerations. When deciding which traits to compare, particularly response traits, we advocate selecting functionally analogous traits that relate to community assembly processes. Finally, we describe at what scale and for which questions functional comparisons across taxa are useful and when other approaches may be more constructive. Our approach promotes standardized methods for integrative research across taxa to identify broad trends in community assembly.     

鼎湖山南亚热带常绿阔叶林叶功能性状沿群落垂直层次的种内变异

探究功能性状沿着环境梯度如何变化一直以来是基于性状的群落生态学的核心问题之一。尽管功能性状存在种内和种间变异, 但种内变异沿环境梯度如何变化仍有待探究。本文以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林1.44 ha塔吊样地内16个树种的2,820个个体为研究对象, 探究4种叶功能性状(比叶面积、叶干物质含量、叶厚度和叶面积)沿群落垂直层次的种内变异。首先, 利用随机效应线性模型量化塔吊样地内的种内变异和种间变异; 其次, 利用Kmeans函数将森林的垂直层次划分为灌木层、亚冠层和林冠层, 并通过构建回归模型探究叶功能性状在群落垂直层次中的种内变异格局。最后, 应用混合线性模型和单因素方差分析的方法探究叶功能性状沿垂直层次的种内变异是否具有物种依赖性。结果表明: 在局域群落中, 并非所有叶功能性状的种内变异都低于种间变异; 叶功能性状在不同垂直层次的种内变异格局存在显著差异, 且种内变异与垂直范围呈正相关; 叶功能性状的种内变异具有较强的物种依赖性, 因此树种差异相对于小环境解释了更多的性状变异; 此外, 不同叶功能性状的种内变异沿垂直层次的变化趋势并不一致。本研究发现种内变异对于物种共存具有重要作用。     

Environment differentially affects the functional and phylogenetic structures of plant communities in a dry evergreen Afromontane tropical forest

Testing how local environmental conditions influence plant community assembly is important to understand the underlying mechanisms that promote and/or maintain biodiversity. Functional traits are used to find the broad spectrum of resource use strategies that plants use to respond to environmental variation. The patterns and drivers of plant community assembly through the lens of traits and phylogeny; however, remain to be studied in a uniquely biodiversity rich but poorly known fragmented dry Afromontane forest of Ethiopia. Here, we combined trait and community phylogenetic data from thirty sampling plots of 20 × 20 m size to determine the functional and phylogenetic structures and their drivers in a fragmented, human-dominated dry evergreen Afromontane forest. We found phylogenetic and functional clustering of plants in which the effect of environment was found to be trait specific. A weak phylogenetic signal for traits was detected suggesting that species resource use strategies may not be inferred using species phylogenetic distance. Additionally, we found functional traits to be weak in predicting species abundance distribution. Overall, while this study shows a non-random community assembly pattern, it also highlights the importance of deterministic processes being trait specific.     

Biological and ecological traits of benthic freshwater macroinvertebrates: relationships and definition of groups with similar traits

• 1 Relating species traits to habitat characteristics can provide important insights into the structure and functioning of stream communities. However, trade‐offs among species traits make it difficult to predict accurately the functional diversity of freshwater communities. Many authors have pointed to the value of working with groups of organisms as similar as possible in terms of relationships among traits and have called for definition of groups of organisms with similar suites of attributes.
• 2 We used multivariate analyses to examine separately the relationships among 11 biological traits and among 11 ecological traits of 472 benthic macroinvertebrate taxa (mainly genera). The main objective was to demonstrate (1) potential trade‐offs among traits; (2) the importance of the different traits to separate systematic units or functional groupings; and (3) uniform functional groups of taxa that should allow a more effective use of macroinvertebrate biological and ecological traits.
• 3 We defined eight groups and 15 subgroups according to a biological trait ordination which highlighted size (large to small), reproductive traits (K to r strategists), food (animal to plant material) and feeding habits (predator to scraper and/or deposit feeder) as ‘significant’ factors determining the ordination of taxa. This ordination partly preserved phylogenetic relationships among groups.
• 4 Seven ecological groups and 13 ecological subgroups included organisms with combinations of traits which should be successively more adequate in habitats from the main channel to temporary waters, and from the crenon to the potamic sections of rivers, and to systems situated outside the river floodplain. These gradients corresponded to a gradual shift from (1) rheophilic organisms that lived in the main channel of cold oligotrophic mountain streams to (2) animals that preferred eutrophic habitats of still or temporary waters in lowlands. The groups with similar ecological traits had a more diverse systematic structure than those with similar biological traits.
• 5 Monitoring and assessment tools for the management of water resources are generally more effective if they are based on a clear understanding of the mechanisms that lead to the presence or absence of species groups in the environment. We believe that groups with similar relationships among their species traits may be useful in developing tools that measure the functional diversity of communities.

     

The ecological causes of functional distinctiveness in communities

Recent work has shown that evaluating functional trait distinctiveness, the average trait distance of a species to other species in a community offers promising insights into biodiversity dynamics and ecosystem functioning. However, the ecological mechanisms underlying the emergence and persistence of functionally distinct species are poorly understood. Here, we address the issue by considering a heterogeneous fitness landscape whereby functional dimensions encompass peaks representing trait combinations yielding positive population growth rates in a community. We identify four ecological cases contributing to the emergence and persistence of functionally distinct species. First, environmental heterogeneity or alternative phenotypic designs can drive positive population growth of functionally distinct species. Second, sink populations with negative population growth can deviate from local fitness peaks and be functionally distinct. Third, species found at the margin of the fitness landscape can persist but be functionally distinct. Fourth, biotic interactions (positive or negative) can dynamically alter the fitness landscape. We offer examples of these four cases and guidelines to distinguish between them. In addition to these deterministic processes, we explore how stochastic dispersal limitation can yield functional distinctiveness. Our framework offers a novel perspective on the relationship between fitness landscape heterogeneity and the functional composition of ecological assemblages.     

内蒙古荒漠草原植物叶片功能性状关系及其经济谱分析

气候变化和人为干扰导致草原荒漠化加剧, 引发了严重的环境问题。因此, 对荒漠草原植物与环境变化关系的研究愈加迫切, 分析比较荒漠草原不同功能型物种叶片经济谱具有重要意义。该研究通过测定内蒙古荒漠草原生态系统不同功能型植物叶片的光合及叶绿素荧光参数、比叶面积和叶片氮素含量, 验证了荒漠草原植物叶片经济谱的存在, 明确了各功能型植物叶片性状间的关系及其在叶片经济谱中的位置。荒漠草原不同功能型植物叶片性状差异明显, 草本植物的比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(N_mass)分别是灌木的2.39倍和1.20倍; 一年生植物单位面积最大净光合速率(A_area)、SLA、光合氮利用效率(PNUE)分别是多年生植物的1.93倍、2.13倍和4.24倍; C₄植物的A_area、SLA、PNUE分别是C₃植物的2.25倍、1.73倍和3.61倍。除A_area与单位面积叶氮含量(N_area)、PSII的实际光化学效率(Φ_PSII)与SLA之间不存在显著相关关系外, 叶片性状间存在广泛的相关关系, 且均达到极显著水平。这验证了叶片经济谱在内蒙古荒漠草原植物中也同样存在。进一步分析表明, 一年生植物、草本植物、C₄植物叶片在叶片经济谱中位于靠近薄叶、光合能力强、寿命短的一端; 而多年生植物、灌木、C₃植物叶片靠近厚叶、光合能力弱、寿命长的一端。这说明荒漠草原中不同功能型植物可通过权衡其经济性状间的关系而采取不同的适应策略, 对于荒漠草原生态系统管理具有重要的理论指导意义。     

茂兰喀斯特森林不同演替阶段植物叶片功能性状与土壤因子的关系

植物如何改变功能性状来适应环境一直是生态学的研究征点。为探究茂兰喀斯特森林不同演替阶段植物叶片的适应策略，该文以茂兰自然保护区5个不同演替阶段(草本、灌木、灌乔、乔木和顶极群落阶段)优势种为研究对象，测定不同演替阶段的优势植物叶片功能性状与土壤理化性质。结果表明：(1)随着植被正向演替的进行，土壤全氮(STN)含量、土壤有机质(SOM)含量、土壤含水量(SWC)逐渐增加，土壤全磷(STP)含量和土壤全钾(STK)含量先增加后减少，土壤pH值整体呈减小的趋势。(2)随着植被演替的进行，叶面积(LA)、叶干物质含量(LDMC)、叶厚度(LT)和叶片碳含量(LCC)逐渐上升，比叶面积(SLA)与叶片钾含量(LKC)则与之相反，叶片氮含量(LNC)呈先升后降的趋势，叶片磷含量(LPC)呈先降后升的趋势。(3)冗余分析表明，演替初期植物主要分布在土壤pH值高而STK、STP、SWC、SOM、STN相对低的环境中，群落内植物叶片采取高SLA、LNC、LPC,低LA、LDMC、LT、LWC的性状组合，演替晚期植物主要分布在土壤水分和养分含量较高的环境，LDMC、LT、LA、LWC与演替初期相比呈上升...