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。     

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。     

藏东木本植物群落功能性状分布与环境的关系

研究植物群落功能性状间的相关关系及其对环境变化的响应,能够有效揭示植物功能性状的权衡模式及其对环境的适应策略。藏东昌都地区位于横断山脉西北部,复杂气候地貌孕育了丰富的植物资源,是青藏高原森林灌丛生态系统主要组分和国际生物多样性保护的热点地区。以藏东森林灌丛群落优势木本植物为研究对象,在大量野外调查基础上,采用相关分析、主成分分析、线性回归和方差分析等方法,研究了该区域植物功能性状间的相关关系、功能性状对环境变量的响应规律以及功能性状的变异来源。结果表明：(1)藏东木本植物表现出适应高寒环境的性状权衡模式,即：比叶面积、叶体积较小而叶干物质含量较大,叶磷含量和叶钾含量协同变化;(2)海拔和气候变量共同驱动着藏东木本植物功能性状的变化,并且藏东木本植物倾向于采取“高投入—慢回报”提高御寒能力的保守型适应策略;(3)海拔是影响藏东植物功能性状变异最显著的环境变量,种间变异在藏东植物群落功能性状随环境变化中起主要作用。研究结果揭示了藏东木本植物功能性状的权衡模式及其对高寒环境的适应策略,有助于加深对藏东自然植物资源分布规律和生态功能的认识,为区域生态系统功能和生物多样性保护提供科学依据。     

宏观生态学中的植物功能性状研究:历史与发展趋势

植物功能性状通常是指能直接或间接影响植物生长、存活和繁殖的形态学、生理学和物候学等相对稳定和可测量的特征参数。经过多年发展,植物功能性状的定义、内涵以及测量手段已经科学化和规范化,人们利用在不同地点、不同时间测定的数据,深入阐述了植物功能性状的种内与种间变异、区域乃至全球植物功能性状的空间变异规律及其调控机制、多种功能性状间的协同与权衡以及植物功能性状的演化等。随着20世纪90年代开始的大尺度和全球整合型植物功能性状数据库的逐步建成,植物功能性状的研究已经不再局限于个体、特定群落和局域尺度:一方面,区域和全球的植物功能性状生物地理学研究蓬勃发展;另一方面,植物功能性状研究也逐步被拓展到群落物种共存机制、生态系统功能形成与变异等的机理解释。随着植物功能性状研究逐步深入到复杂的自然群落或生态系统,科研人员发现传统“零星数据收集性数据库”难以很好地满足相关数据要求,迫切需要考虑与群落复杂性和植物不同器官功能性状相匹配的新型数据库,该数据库的基本要求和特色是基于原位群落调查和多种功能性状协同测量。随着科学概念和新型数据库的发展,相关研究呈现出如下发展趋势:1)进一步强调了植物不同器官间功能性状...     

刈割、施肥和浇水对高寒草甸物种多样性、功能多样性与初级生产力关系的影响

通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期4年的刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)、施肥(尿素7.5 g·m^-2·a^-1+磷酸二铵1.8 g·m^-2·a^-1、不施肥)和浇水(20.1 kg·m^-2·a^-1、不浇水)控制实验, 对该生态系统中功能多样性与物种多样性的变化及其与初级生产力关系进行了研究。结果表明: 刈割和施肥显著影响植物性状和生产力, 而浇水作用微弱。刈割对物种多样性无影响, 但对不同功能多样性指数的影响不同; 施肥降低了物种多样性和以所有性状(除植株高度外)量化的功能多样性; 浇水仅对物种丰富度有微弱影响。各功能多样性的平均值能更好地反映群落物种间的功能差异。功能多样性和物种多样性呈正相关或不相关, 且二者与初级生产力的关系可表现为正相关、负相关和不相关, 说明三者间的关系是性状依赖的, 并受生境资源状况和刈割扰动的影响。植物功能性状对群落初级生产力有更加直接的影响。在考虑生物多样性对生态系统功能的影响时, 应更加注重对植物功能属性变化的研究。     

木本植物茎叶功能性状及其关系随环境变化的研究进展

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应,是植物与环境相互作用的结果。植物功能性状之间的关系决定了植物的生活史对策,进而影响多物种的共存和生物多样性的维持。本文综述了叶大小、比叶面积、叶寿命和木质密度、叶大小-小枝大小、叶内生物量分配和叶大小-数量等随环境变化的研究进展,并简述其变化机理。植物功能性状及其关系的研究已经取得了很多成果,建立起了一套有效的研究方法和理论体系;但在今后的研究中,还需要对植物的地上部分和地下部分植物性状之间的协变关系、当年生末端小枝上功能性状间的关系的普遍性,以及叶大小-数量的等速关系在整个被子植物中的保守程度等几个方面进行深入研究。我国常绿阔叶林物种的植物功能性状及其关系研究较少,有待加强和系统化。     

功能多样性及其研究方法

功能多样性是联系生物多样性和生态系统功能的关键性因素。植物群落内功能多样性的量化描述对于研究生物多样性响应环境变化及其对生物多样性-生态系统功能关系的影响至关重要。由于功能多样性的概念含混不清,使得对其范围的确定、定量描述及其对生态系统功能的作用的评价存在较大的难度。在查阅大量文献的基础上,以植物群落为例,介绍了功能多样性的定义、计算方法及研究中应注意的问题。在植物群落功能多样性指数的选择和测定过程中,对获取相关物种必要的功能特征信息、确定其权重、确定不同物种在群落中的相对丰富度、利用所得的功能多样性指数解释和预测生态系统过程的变化等问题,进行了研究。     

植物功能性状与森林生态系统服务的关系研究综述

植物功能性状途径是揭示生物多样性与生态系统服务关系的重要视角，尽管植物功能性状与生态系统服务的关系在单一地点的研究取得突出进展，但对于植物功能性状与生态系统服务的关系仍缺乏整体认识。以森林生态系统为对象，通过系统文献检索及筛选，收集了216篇文献，应用整合分析和二分网络分析等方法，探讨了植物功能性状对森林生态系统服务及其权衡与协同关系的影响。结果表明：植物叶片功能性状关注最多，占研究性状数量的48%，生态系统服务中关注最多是生物量、土壤肥力、病虫害控制和固碳服务；81.1%的植物功能性状与生态系统服务关系组表现为稳定的正向或负向关系，而关联植物功能性状多的生态系统服务（生物量、固碳服务、土壤水分、土壤肥力和病虫害控制）往往与植物功能性状表现为不稳定关系；森林生态系统中存在6组"植物功能性状-生态系统服务簇（简称"性状-服务簇"）：水循环相关的性状-服务簇、土壤保持相关的性状-服务簇、物质生产相关的性状-服务簇、灾害控制相关的性状-服务簇、养分循环相关的性状-服务簇和授粉相关的性状-服务簇，揭示了各性状-服务簇内生态系统服务的权衡或协同关系以及与各性状-服务簇关系密切的植物功能性状。该研究从总体上阐明了植物功能性状与森林生态系统服务关系的研究重点和进展、揭示了植物功能性状对森林生态系统服务影响效应的方向和强度，可为深化森林生态系统服务形成机制认识以及协调生态系统服务权衡关系提供科学依据。     

新薛河典型生境底栖动物功能性状及其多样性

功能性状对环境变化敏感,在生物多样性与生态系统功能关系的研究中扮演关键角色;基于生物性状的功能多样性与生态系统过程密切相关,是了解生态系统和群落功能的关键所在。基于新薛河底栖动物3个季度的调查数据,对功能性状和功能多样性时空动态及其对环境梯度的响应进行了研究。研究结果表明10个功能性状的等级性状间均存在显著差异。空间格局上,33个等级性状中有21个在河段间差异显著,涉及10个功能性状中的9个;而在时间序列上,仅有12个等级性状于各季节间差异显著,涉及10个功能性状中的6个。功能多样性于各河段间差异显著,表现为D≥E、A≥CB;而于各季节间整体表现为差异不显著;底栖动物各功能性状之间存在一定的权衡关系;水文条件是影响研究区域底栖动物功能多样性的主要因素;功能性状及功能多样性对河流生境质量具有较好的响应性。     

农业景观异质性对生物多样性与生态系统服务的影响研究进展

农业景观是人类生活所需资料的最主要来源地,农业景观及其提供的生物多样性和生态系统服务是影响人类福祉的最主要因素之一。系统梳理了景观异质性变化对生物多样性和生态系统服务影响的相关研究,总结指出:(1)农业景观格局变化会强烈的影响着区域生物多样性和生态系统服务,但总体上更关注了空间异质性,对于时间和功能异质性的研究仍需加强;(2)尺度效应、大尺度上景观背景的差异、种间差异、营养级联效应等会对景观异质性和生物多样性、生态系统服务间的关系产生显著的、综合的、交互的影响效应。未来区域农业景观中如何通过景观构建和管理措施的施行来确保生物多样性与生态系统服务供给的持续稳定仍需进一步加强以下内容的研究:景观异质性变化在时间上和功能上的影响效应及其阈值的探讨;跨尺度、多因素、多物种类群与多生态系统服务的综合及其交互作用;不同生物类群和不同生态系统服务间的权衡;景观异质性提高与有效生境面积下降及其引起的生物随机丧失间的权衡等问题。     

高光谱遥感技术在植物功能性状监测中的应用与展望

植物功能性状作为指示植物对环境适应和进化的可量度特征,其变异格局和驱动机制是植物生态学和地球系统建模的重要研究内容。传统野外测定方法费时费力费钱,且通常关注生长季和优势物种,使得功能性状的尺度延展和时空覆盖存在极大挑战。近些年兴起的多尺度高光谱遥感技术为解决当前植物功能性状数据时空覆盖度差的问题提供了新的思路和方法。该文在概述高光谱遥感技术监测植物功能性状的基本原理和发展简史的基础上,详细介绍了当前光谱-性状关系的主要建模方法,即经验或半经验方法、物理模型反演方法,其中以经验统计模型方法中的偏最小二乘回归使用最为广泛。进一步结合实例,重点讨论了高光谱遥感技术在叶片、群落和景观尺度监测植物功能性状的应用及存在的主要问题。最后,为促进高光谱技术在植物功能性状及其多样性监测方面的研究,提出以下4个未来应该重点关注的方向:1)检验光谱-性状模型的普适性,并解析其背后的调控机理;2)发展光谱-性状关系尺度延展的方法体系;3)解析植物功能性状及其多样性的时空变异和调控机制; 4)探究环境-植物功能多样性-生物多样性-生态系统功能间的关联。     

城市生物多样性分布格局研究进展

城市生物多样性分布格局由自然生态环境和城市化过程所决定;其动态和机理与自然生态系统迥然不同.城市生物多样性为城市生态系统提供了诸多生态系统功能和服务,对改善城市环境、维持城市可持续发展有着重要的意义和作用.城市化过程深刻改变了城市的生物多样性分布格局,导致了诸如本地物种多样性降低、外来物种多样性增加、物种同质化等一系列问题.近年来,城市生物多样性受到学界高度关注,大量研究结果既回答了一些关键性问题,又提出了诸多新的论题和挑战.分析了当前城市生物多样性分布格局研究的若干热点问题,总结了影响城市生物多样性格局的主要因素,探讨了城市生物多样性格局研究方法的关键问题,指出了未来城市生物多样性研究的发展方向,特别强调了城市生物多样性的生态系统功能研究在未来城市生物多样性研究中的重要地位.     

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。     

南极硅藻生物多样性及生态分布研究进展

南极硅藻在南极生态系统中起着至关重要的作用, 是南极食物网的基石, 其物种多样性、群落结构特征直接或间接影响南极生态系统的稳定性。根据近30 年来国内、外有关南极硅藻的多样性和生物地理学研究, 综述了海冰硅藻的种类组成和分布特点, 南极湖泊硅藻的物种构成特征及附生硅藻和共生硅藻多样性的研究进展, 为南极硅藻的生物多样性研究、分子生态学研究、生物地理学研究开发和利用提供参考依据。     

植物群落构件的协同性研究进展

被子植物的营养构件如根、茎、叶以及繁殖构件如花、果实和种子等的结构及功能性状反映了物种对其生长环境的长期适应和响应。在植物种对环境的适应演化过程中,植物各构件在结构和功能上的变化不是孤立的、互不联系的,而是都具有内在的协调性、一致性,是协同进化的,各构件之间的关系决定了植物的生活史对策,进而影响群落(或生态系统)多物种的共存和生物多样性的维持。本文综述了群落水平上植物物种之间的各营养器官、各繁殖器官及二者之间结构性状及功能性状对环境适应协调性的生态学研究进展,不仅探究了植物构件间宏观性状的相关性,而且还涉及微观领域的研究成果及其相关机理,所涵盖的对象尺度有所扩大,是跨物种、跨群落或生态系统、甚至跨区域的。在形态学性状基础上,增加并拓展了其他学科的研究性状,例如解剖学性状、生理学性状、细胞学性状、遗传性状等。另外,也分析了相关研究存在的欠缺之处,并对今后的研究方向做出了展望。     

植物叶片形态的生态功能、地理分布与成因

叶片是植物与环境进行水气交换的重要场所, 形态多变。叶片形态可直接影响植物的生理生化过程, 反映植物的资源获取策略。该文以叶片大小、叶形、叶缘特征(有无叶齿)和叶型(单、复叶)等形态性状为例, 总结了当前叶片形态的研究进展, 分析了叶形态性状的生态功能, 综述叶片形态的地理分布, 探讨叶片形态性状变化的驱动因素及其对生态系统功能的影响。现有研究主要聚焦于局域尺度的特定类群, 关注叶大小、叶缘具齿性以及叶型的地理分布与生态成因, 发现叶片的形态发育受基因调控, 叶形态性状与其他性状相互权衡, 其空间变异受气温和降水量共同驱动。以叶大小为代表的叶片形态性状影响水分和养分循环, 能够反映气候变化下的群落响应, 也可用于预测生态系统初级生产力。今后应结合新方法获得覆盖度高且区域无偏的数据, 探索叶形态在长时间尺度上的适应性进化, 研究叶形态特征及其对生态系统功能影响的尺度推绎。该文有助于从叶片的角度认识植物对环境变化的响应, 以性状为桥梁将个体适合度、群落动态与生态系统功能联系起来, 能够加深对植物群落生态学和功能生物地理学等相关领域研究进展的了解。     

生物多样性与生态系统服务——关系、权衡与管理

生物多样性和生态系统服务是人类生存和社会经济可持续发展的物质基础,应对生物多样性丧失和生态系统服务退化问题已经成为继气候变化之后的又一个全球性环境热点问题。生物多样性是生态系统生产力、稳定性、抵抗生物入侵以及养分动态的主要决定因素,生物多样性越高,生态系统功能性状的范围越广,生态系统服务质量就越高越稳定。目的是探讨生物多样性和生态系统服务之间的关系:(1)明确了生物多样性与生态系统过程、功能、服务之间的关系;(2)生物多样性在生态系统服务中的角色:生物多样性在不同的空间尺度通过各种形式的运行机制与生态系统服务产生联系,生物多样性是生态系统过程的调节者,是巩固生态系统服务的一个重要因素,生物多样性也是一种终极的生态系统服务,并在遗传和物种水平上直接贡献了其利益和价值;(3)生物多样性与生态系统服务权衡和协同关系的研究可以更好的帮助管理人员做出有利的决策和保护工作,也是制定规划和适应策略以减少生物多样性危机带来的不利影响的基础;(4)生物多样性与生态系统服务的关系在不同的时间和空间尺度上是不恒定的,有必要共同确定生态系统服务和生物多样性的空间格局,以有效和可持续的进行生态系统管理;(5)虽然生物多样性保护和生态系统管理还存在许多不确定性,但相关理论应该在管理、保护和恢复生态系统中发挥重要作用。研究提出了进一步研究的领域,以促进生物多样性保护和生态系统服务提供之间的协同作用。希望对相关领域的研究有所帮助。     

环境因子对山西太岳山典型森林类型物种多样性及其功能多样性的影响

该研究采用典型样地法,调查群落内物种分布并测量植物功能性状(叶面积和植株高度),对山西太岳山不同坡位华北落叶松-白桦混交林以及辽东栎次生林物种多样性及其功能多样性进行比较分析,探究环境因子对不同群落层次(乔木、灌木、草本)物种多样性及其功能多样性的影响机制,以及环境因子与群落构建之间的联系,为森林生态系统多样性研究以及经营管理提供理论依据。结果显示:(1)华北落叶松-白桦混交林的物种分布更加均匀,物种多样性和功能多样性(乔木层)均显著高于辽东栎次生林。(2)华北落叶松-白桦混交林乔木层功能均匀度与功能分散指数显著高于辽东栎次生林,但灌木草本层低于辽东栎次生林。(3)不同群落层次的物种多样性与功能多样性均呈正相关关系,影响物种分布和性状分布的环境因子存在差异,物种多样性受多种环境因子的综合影响,而单个环境因子对功能多样性影响较大,环境解释力与林分类型和群落层次相关。(4)乔木层物种多样性主要受土壤pH、冠层结构(MLA、林分开度)以及光照影响,灌木层物种多样性与土壤pH和MLA密切相关,林下总辐射、土壤养分(SOC、STN)、土壤相对含水率是影响草本层物种分布的主要环境因子;冠层结构(MLA、林分开度)是影响乔木层功能多样性最主要的环境因子,土壤pH和坡位分别是华北落叶松-白桦混交林和辽东栎次生林灌木层功能多样性的主要影响因子,影响草本层功能多样性的主要环境因子是土壤相对含水率与LAI。研究表明,在垂直分层的森林生态系统中,不同群落层次竞争的主要环境资源存在差异,乔木层通过改变冠层结构和林内环境限制林下物种分布和性状分布。     

浙江定海次生林内物种丰富度与生物量和生产力关系的环境依赖性

迄今生物多样性与生态系统功能关系的研究主要在物种组成随机配置的人工生态系统中进行, 在自然生态系统中研究较少, 且未考虑环境因子如何影响生态系统功能及其与生物多样性的关系。本研究选取亚热带广泛分布的次生林为研究对象, 利用模型拟合的方法, 探讨亚热带次生林中物种丰富度与生物量和生产力之间的关系, 以及环境因子(海拔、坡度、坡向、土层厚度)和次生林恢复时间(林龄)对生物量、生产力、物种丰富度与生物量和生产力间关系的影响。结果表明, 当不考虑环境因子时, 物种丰富度与生物量之间存在显著的线性正相关关系, 而与生产力之间存在显著的二次关系(先增加后减少的驼峰型)。当考虑环境因子时, 个体密度和土层厚度对生物量具有显著影响, 而环境因子对生产力并无显著效应。在坡度较陡、坡向朝南及土层较厚的环境条件下, 物种丰富度与生物量具有显著的线性正相关关系; 而在坡度较缓、坡向朝北及土层较薄的环境条件下, 物种丰富度不影响生物量。在较高海拔环境条件下, 生产力随物种丰富度先增加后减少(驼峰形状), 而在其他环境条件下, 生产力均不响应物种丰富度。以上结果说明自然森林生态系统中物种丰富度与生物量和生产力的关系存在差异, 且其相互间的关系依赖于环境因子。     

土壤微生物生物地理学研究进展

生物地理学是研究生物（包括种群、群落等不同层次）地理分布格局及成因的一门交叉学科。微生物生物地理学的研究长期滞后于宏生物地理学。鉴于土壤微生物在调控生物地球化学过程和维持生态系统功能方面的重要作用,对其空间分布格局及形成机制的认识具有十分重要的理论和实际意义。随着分子生物学技术的发展,对微生物多样性的认知日益深入。越来越多的证据表明,土壤微生物群落结构和多样性具有一定的时空分布格局,从而对微生物全球性随机分布的传统观点提出了挑战。对当前土壤微生物生物地理学研究中的一些概念性问题,如微生物物种的定义、微生物多样性的定量测度、对微生物全球性随机分布的争论等,进行了系统评述;以微生物种-面积关系和距离-衰减关系为例对当前最新的土壤微生物生物地理学研究成果进行总结,并初步探讨了土壤微生物群落的地带性分布问题;在传统生物地理学理论的指导下,提出了一个可用于验证土壤微生物空间分布格局形成和机制维持的简单研究框架。这些对今后土壤微生物生物地理学的研究有一定借鉴和指导意义。