植物的冗余及其生态学意义I.大型水生植物生长冗余研究

通过水生群落中常见优势种凤眼莲(Eichhorniacrassipes)根系的去除实验证明了生长冗余的存在,并在此基础上对大型水生植物的竞争力、"浮游生物的悖论"及水生群落稳定性的产生与维持作了新的阐述.根系去除实验表明群体中凤眼莲植株的根系生长冗余较单株生长时为多;这些冗余根系的去除不会对整个植株的生长发育产生明显影响;群体中植株根系冗余能够加强植株的竞争能力.生长冗余以及建立在生长冗余基础上的更高层次的冗余结构与生物多样性具有一定的相关性,也是生物进化中自然选择的真正对象.据此提出了"进化在生物多样性的基础上进行"的新看法.     

半干旱区作物根系生长冗余的生态学分析

干旱是威胁农业生产的一个常见因子。在水分有限条件下,植物往往产生庞大的根系;这是自然选择的必然结果,是一个进化上稳定的生长对策（ＥＳＳ）。但作物产量是一个种群水平上的属性;个体的ＥＳＳ并不能优化整个群体的产量。我们提出在半干旱雨养农业地区作物受自然选择的影响在根系生长上往往失之于过快或过大,出现了“冗余”。通过育种或管理措施降低根系生长冗余可提高作物产量。     

干旱灌区冬小麦根系的生长冗余

采用管栽试验通过人为去除根系的方法对甘肃河西绿洲灌区2个冬小麦品种根系的形态特征及根系与地上部分的关系进行了研究。结果表明:去除根系的冬小麦的前期生长受到一定程度的限制,与对照相比,其根冠比及其它根系指标均有所下降,且根系去除程度越大降低幅度越大;生长后期小麦根系出现了超补偿效应;成熟期,去除1/4根系和去除1/2根系处理的冬小麦无论是主茎还是分蘖的穗长、穗质量、穗粒数、粒质量等均比对照增加;但前者主茎各项指标的增幅较大,而后者分蘖的各项指标增幅较大。初步确定冬小麦在充分灌溉条件下至少有1/4的根系是冗余的。     

冗余概念的界定与冗余产生的生态学机制

冗余是指这样的生命实体,由于其存在,导致生物个体、种群、群落乃至生态系统水平上的对人类有益的功能输出降低,通过管理措施或育种手段剔除这部分‘冗余’实体,个体、种群、群落乃至生态系统水平上对人类有益的功能就会得到加强,我们把这样的生命实体叫做冗余。或者简单地说,冗余是指对目标产量输出构成影响的各种水平的生物有机体过多或过于庞大的部分。冗余的产生过程是整个生命有机体的总体功能扩展过程,冗余的产生和存在,有助于增强有机体的稳定性,提高其适应自然环境波动的能力。根据其影响的水平,冗余可发生在个体、种群及群落等水平上。植物在个体及群体水平上的补偿及超补偿可以通过剔除各生命系统中不同水平上的冗余实现,即剔除冗余有助于目标物种或目标器官产量的提高,并且这种提高是以对波动环境适应能力和抗扰动能力的降低为代价的。     

旱地小麦理想株型与生长冗余

自1968年Donald提出作物理想株型(ideotype)以来,众多学者在如何减少生长冗余、塑造理想株型方面做了大量努力,在旱地小麦育种策略和栽培管理模式创新方面取得了一定进展。而该方面的进展有限,不同领域的研究者对理想株型和生长冗余的认识存在严重分歧。综述了近年来旱地小麦理想株型研究进展,以过去20年黄土高原雨养农业区的观测数据为主进行了集成分析,将产量分别与根系生物量、地上生物量和株高等指标进行回归分析,勾画了旱地小麦在根系、茎秆和分蘖等器官中生长冗余的演变趋势,对生长冗余产生的生态学机制展开了分析,并对理想株型与生长冗余的互作关系进行了讨论。已有的研究进展表明,旱地小麦理想株型演变是一个不断消减生长冗余,但又无法完全消除冗余的复杂过程,一定程度的冗余存在是理想株型发生的物质基础。旱地小麦理想株型育种必须以基因型和环境互作关系为基础,通过减少个体间的竞争强度和个体大小不整齐性,促进物质和能量更多地向籽粒迁移,最终提高种群产量。综上所述,旱地小麦理想株型选择需建立在生长冗余理论基础上,根据生态学基本原理对基因型和表现型进行耦合分析与选择权衡。     

高产玉米叶片冗余及其对产量和光合特性的影响

为探明高产玉米群体是否存在叶片冗余现象,根据2007年15000株·hm^-2密度下的产量结果,筛选出低密度条件下的冗余类型(超试1号)和非冗余类型(超试3号),2008年将两品种在各自最适密度的高产条件下进行开花期整株剪叶1/2（T₁）和1/4（T₂）处理,以其地上部干物质积累量和籽粒产量的变化来证实叶片冗余现象的存在;以Richards模型拟合籽粒灌浆过程;以穗位叶光合特征参数和叶绿素荧光参数来评价去除冗余叶片后光合生理特性的变化.结果表明：不同冗余类型的两个玉米品种,在最适密度的高产条件下都存在叶片冗余现象;适当去除玉米群体冗余叶片可以延长植株活跃灌浆时间,有利于获得较高籽粒产量;去除冗余叶片提高了玉米穗位叶净光合速率和光能利用效率.     

太湖开阔水域凤眼莲的放养实验

１９９１－１９９３年在无锡市马山自来水厂太湖水源区开展的旨在除去藻类和净化水质的物理生态工程实验结果表明,在常有大风浪的太湖开阔水域凤眼莲能正常生长繁殖,夏季的净生产力达５００ｇ／ｍ＾２／ｄ左右。根据实验所得,探讨了在该湖开阔水域放养凤眼莲的技术,研究了凤眼莲在不同时期,不同密度下的生产力,增长率,适宜放养密度等,提出了对凤眼莲生长的计算方法,在此基础上,对比分析了凤眼莲在太湖与内塘生长的个体生物     

冻融季温带森林土壤真菌群落结构及功能类群对不同土壤有机碳输入的响应

根系与凋落物有机碳输入变化对土壤生物群落的影响研究是目前学术界关注的热点问题,但冻融季不同有机碳输入方式将对土壤真菌群落结构及功能类群产生何种影响尚不明确。土壤真菌群落是调节森林生态系统稳定性的重要因素,有助于维持生态系统生产力时间尺度的稳定性。为了探索冻融季温带森林土壤真菌群落对控制根系和凋落物有机碳输入方式的响应特征,通过在帽儿山生态站设置4种碳源输入控制处理植物残体添加去除(DIRT):去除凋落物仅根系输入处理、去除根系仅凋落物输入处理、无碳源输入处理和同时进行根系与凋落物输入处理,采用ITS rDNA高通量测序技术和FUNGuild功能预测平台,来分析控制根系和凋落物有机碳输入方式对温带森林土壤真菌群落结构和功能类群的影响。研究结果显示：(1)不同有机碳输入方式改变了土壤真菌类群的多度：与自然生长状态下有机碳输入方式相比,根系有机碳输入比凋落物有机碳输入对土壤真菌类群多度影响更明显,去除根系碳源输入处理使真菌群落中子囊菌门含量升高19.52%,担子菌门含量下降16.77%。(2)有机碳输入方式对土壤真菌群落功能类群产生影响：与自然生长状态下有机碳输入方式相比,去除根系碳源输入处...     

上海市凤眼莲种群的时空分布及控制对策

凤眼莲是上海市水体中危害最严重的入侵种之一.本研究调查了上海市及所辖各区县凤眼莲种群的分布现状,结果表明,凤眼莲在各区县水体中分布不均,以与江、浙两省相接的区县危害最严重.河道内其它水生植物的分布是凤眼莲固着生长的主要机制,这些植物主要为：喜旱莲子草、菰、芦苇、牛筋草、千金子等.凤眼莲的种群爆发规律：每年3～5月为萌芽阶段,7月下旬为爆发起始时期,8月中下旬至12月上旬为爆发的高峰期,12月下旬开始枯萎死亡,但其腋芽能够存活越冬,是来年爆发的种源.上游漂移而来的凤眼莲是种群爆发的另一因素.有鉴于此,提出其控制措施：①最佳打捞季节为12月～翌年6月,以去除种源为目标;②加强与周边省份的协调合作;③开展生物防治的研究;④清理河道内及堤岸上的水生杂草.以上措施的综合施用是控制上海市凤眼莲的有力保障.     

一种值得商榷的引种——凤眼莲引种的得失

凤眼莲（EichhorniacrassipesSolms）又叫凤眼兰、水葫芦等,是雨久花科的一种大型水生维管植物。原产委内瑞拉,现已广泛分布于热带和亚热带的水域中,我国长江以南、华北、东北有少量移植。对凤眼莲的研究和利用始于19世纪,1844年在美国的一个博览会上,凤眼莲引起了人们的注意,被称为“美化世界的淡紫色花冠”,但那时对它的认识还很肤浅,仅仅作为观赏植物而被引种。随着科学技术的飞速发展,凤眼莲现已通过各种方式得到了多种利用,但由此也伴随着产生了一系列问题。1凤眼莲的利用简况1．1净化水质凤眼莲在生长过程中,能大量吸收氮…     

功能多样性和功能冗余对高寒草甸群落稳定性的影响

功能多样性和功能冗余是影响群落稳定性的重要因素,但它们对稳定性影响的相对强弱尚有争论。通过在青藏高原高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期6a的刈割(不刈割、留茬3cm、留茬1cm)和施肥(施肥、不施肥)控制实验对此进行了探讨。研究结果显示,群落稳定性随着功能多样性和功能冗余的增大而单调增加,但由于功能多样性的变异性大于功能冗余的变异性,功能多样性与物种多样性间的相关性强于功能冗余与物种多样性间的相关性,功能多样性与群落稳定性间的相关性也强于功能冗余与群落稳定性间的相关性,因此,尽管功能冗余产生的保险效应对维持群落稳定性具有促进作用,但功能多样性的互补效应对维持群落稳定性的作用更大。结果表明,功能多样性和功能冗余对群落稳定性的相对影响与其变化程度正相关,功能多样性与群落稳定性的变化具有更紧密的联系,能更好地预测生态系统稳定性的变化。研究为草原生态系统的可持续管理提供了重要启示。     

凤眼莲根系分泌物对塔玛亚历山大藻的化感作用(英文)

以塔玛亚历山大藻香港株(Alexandriumtamarense,HKstrain)为材料,研究了凤眼莲(Eichhorniacrassipes)根系分泌物及其丙酮、乙酸乙酯提取物对塔玛亚历山大藻的化感作用(Allelopathic effect)。凤眼莲根粉末的用量为0.1g/L、0.5g/L、1.0g/L、1.5g/L和2.0g/L;丙酮、乙酸乙酯提取物的用量为0.01g/L、0.03g/L、0.05g/L和0.07g/L。由于凤眼莲根系丙酮、乙酸乙酯提取物水溶性比较低,实验中,溶剂提取物置于盖玻片上。培养体系中溶剂提取物的实际浓度通过实验前后盖玻片的差值获得。实验结果表明,凤眼莲根粉末用量大于1.5g/L,对塔玛亚历山大藻抑制率100%,0.5g/L和1.0g/L4d后开始有促进生长的作用。凤眼莲根系丙酮、乙酸乙酯提取物的实际浓度达到0.038g/L、0.022g/L时,对塔玛亚历山大藻抑制超过50%。凤眼莲作为杀藻剂的材料有一定的应用前景。       

西凉湖水生植物多样性研究

研究了江汉湖群西凉湖水生植物多样性的现状及其变化 ,讨论了西凉湖水生植物多样性丧失的原因和保护的途径。主要结果是 :( 1 )西凉湖现有水生植物 3 2科 5 6属 77种 ,优势种类为微齿眼子菜、密齿苦草、轮叶黑藻、菹草、野菱、双角菱、金鱼藻、凤眼莲和菰等。 ( 2 )西凉湖现有水生植物群落类型 1 3个 ,全湖水生植被覆盖率约为 61 %,平均生物量为 1 4 70 .5 g/m2 。 ( 3 )物种多样性指数最高的群落是“凤眼莲 +野菱 +双角菱群丛”(D =0 .8499,H =2 .975 8) ,其次为“菰—凤眼莲群丛”与“野菱 +双角菱群丛”(D =0 .840 1 ,H =2 .82 35 ;D =0 .83 2 4,H =2 .888) ,以微齿眼子菜群丛的多样性指数最低 (D =0 .2 2 81 ,H =0 .782 3 )。 ( 4 )二十年来 ,西凉湖水生植物多样性严重丧失 :植被覆盖率和全湖平均单位面积生物量分别下降了 3 8.80 %与 77.87%,先后有 8种水生植物 (水葱、荸荠、莲子草、乌菱、细果野菱、萍蓬草、睡莲、小眼子菜 )和 4个水生植物群落类型(荇菜群落、乌菱群落、马来眼子菜群落、穗花狐尾藻群落 )从西凉湖消失。 ( 5 )多样性丧失的原因是围网养殖、过度收获水草、耙捞蚌类螺类等人为干扰     

凤眼莲种植对滇池水体环境质量的影响

利用凤眼莲进行富营养化水体水质净化和生态恢复已经成为水生生态系统修复的一种有效途径。为了探明凤眼莲在净化水质时对水体环境质量的影响, 于2010年4月-2011年3月对滇池凤眼莲种植区域水体环境质量进行了监测, 并与对照组进行了比较研究, 结果表明, 凤眼莲种植降低了水体pH值、透明度、光照强度和溶解氧含量, 与对照区相比, 凤眼莲种植增加了水体中硫化物的含量, 凤眼莲种植对水体环境质量的影响呈一定的月份波动, 推测认为这与凤眼莲本身的生长特性相关。研究结果为大面积种植凤眼莲进行水质净化和水体修复时生态安全控制提供了理论依据。     

不同水盐梯度下功能多样性和功能冗余对荒漠植物群落稳定性的影响

功能多样性和功能冗余是物种多样性的两个组成部分,也是影响群落稳定性的两个重要因素。基于不同水盐梯度下植物功能多样性、功能冗余、物种多样性和群落稳定性及其相关关系的计算结果,分析功能多样性和功能冗余对群落稳定性的影响,结果表明:(1)功能多样性、物种多样性和群落稳定性均表现为高水高盐和中水中盐群落显著高于低水低盐群落(P0.05);(2)高水高盐群落,功能多样性与物种多样性的相关系数小于功能冗余与物种多样性的相关系数,且功能多样性与稳定性的相关系数也小于功能冗余与稳定性的相关系数,而中水中盐和低水低盐群落的相关系数则呈现相反的规律;(3)中水中盐和低水低盐群落的功能多样性的标准化偏回归系数均大于功能冗余的标准化偏回归系数;(4)典范对应分析中,土壤含水量可以解释总特征根的22.7%,而土壤含盐量仅可以解释总特征根的1.3%;(5)高水高盐群落的稳定比最接近20/80,稳定性最高;低水低盐群落远离20/80,稳定性最低。改进后的Godron稳定性测定方法与物种种群密度变异系数方法得出的结果相同。综上可知,功能多样性和功能冗余两者中与物种多样性关系更为密切者对群落稳定性的影响也越大,且两者均可提高群落稳定性,也就证明冗余假说在温带干旱荒漠区域的隐域性植物群落中是成立的;群落稳定性、功能多样性、功能冗余及物种多样性主要是受土壤含水量的影响,土壤含盐量对其影响较小。     

冗余理论及其在农业生态系统管理中的应用

冗余理论是20世纪90年代发展起来的一个生态学理论.本文扼要介绍了冗余的概念、冗余假说和冗余度的含义,对近年来国内外物种冗余、层次冗余、基因冗余和生长冗余等有关冗余理论和方法的研究进展作了简要回顾和分析.在此基础上,提出了农作物最佳生长冗余度假说：在一定的栽培管理条件下,农作物存在着一个与最高产量相对应的生长冗余度（最佳生长冗余度）,在生产中,如果能通过各种栽培管理措施使农作物的生长冗余度达到最佳值,就能获得高产.用水稻高产栽培实例,对这一假说作了分析和验证.     

不同生境下荒漠植物红砂-珍珠猪毛菜混生根系的垂直分布规律

植物种间相互作用及其对环境胁迫的响应一直是物种共存和生物多样性维持研究的一个热点, 从地下根系入手来探讨混生群落植物种间关系及其对环境胁迫响应的研究少见报道。该文以荒漠草原区(灵武)、典型荒漠区(张掖)和极端荒漠区(酒泉) 3个不同生境条件下单生与混生红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)为实验材料, 采用分层取样法对其垂直根系参数进行测定和分析, 探讨了两种植物根系分布对混生及荒漠环境梯度的响应。结果表明: 同一生境条件下, 混生红砂和珍珠猪毛菜比根长和比表面积均高于单生, 说明红砂、珍珠猪毛菜混生后其根系相互作用关系表现为互惠, 促进了植株对土壤养分和水分的吸收。不同生境条件下, 同一生长方式的红砂根系分布深度均大于珍珠猪毛菜, 且根系消弱系数也普遍高于珍珠猪毛菜, 说明二者在不同生境条件下占据不同生态位, 红砂表现为深根性, 根系位于土壤深层, 珍珠猪毛菜表现为浅根性, 根系分布于土壤浅层。随着荒漠环境胁迫增强, 单生和混生红砂与珍珠猪毛菜的比根长和比表面积均呈现出极端荒漠区>典型荒漠区>草原荒漠区的规律, 且生境越干旱, 混生群落根系分离越明显; 单生与混生红砂根系消弱系数也逐渐增大, 在极端干旱区达到最大值, 珍珠猪毛菜变化不大, 表明红砂-珍珠猪毛菜混生群落根系生态位分离随荒漠环境胁迫增强而加大, 验证了环境胁迫梯度假说。可见“地上聚生, 地下分离”的混生方式可能是红砂-珍珠猪毛菜混生群落适应干旱胁迫环境的生长策略。     

生产力、可靠度与物种多样性:微宇宙实验研究

近年来,生物多样性与生态系统功能的关系成为生态领域内一个重大科学问题。有一些实验研究表明,物种多样性的降低会使生态系统的生产力、稳定性等功能受损,然而对这些实验结果的解释却产生了激烈的争论,因为有两种机制-“生态位互补”和“抽样效应”都可能会产生这种结果。本项研究通过微宇宙实验探讨了物种多样性与生态系统生产力及其可靠度的关系。在10种单细胞藻类中随机抽取物种,构建具有不同物种丰富度的水生群落,并使同一物种丰富度水平的群落之间没有物种交叉,然后检测物种丰富度对群落生产力及其可靠度的作用,群落生产力以藻类干重表示,自实验开始后第4周起,每周测定1次,共测5次。结果显示：物种丰富度对群落生产力有正效应,并且这种正效应随时间推移而增强;许多混合群落的生产力超过了该群落内所有物种的单产,即发生了超产现象,在实验初期某些特定物种对一些混合群落生产力有主要贡献,而在实验后期却没有任何多物种群落的生产力受个别物种存在与否的影响,群落生产力的可靠度与物种丰富度之间不存在显著相关。从以上结果可以得知：物种多样性对群落生产力有着逐渐增强的正效应;物种多样性对生产力的正效应是生态位互补和抽样效应共同作用的结果,但随时间推移,抽取效应逐渐减弱,本顶研究支持了关于生态位互补与抽样效应在多样性正效应中共同起作用的认识,并说明了这两种机制的相对重要性随时间推移而发生改变。     

Vertical distribution pattern of mixed root systems of desert plants Reaumuria soongarica and Salsola passerina under different environmental gradients

植物种间相互作用及其对环境胁迫的响应一直是物种共存和生物多样性维持研究的一个热点, 从地下根系入手来探讨混生群落植物种间关系及其对环境胁迫响应的研究少见报道。该文以荒漠草原区(灵武)、典型荒漠区(张掖)和极端荒漠区(酒泉) 3个不同生境条件下单生与混生红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)为实验材料, 采用分层取样法对其垂直根系参数进行测定和分析, 探讨了两种植物根系分布对混生及荒漠环境梯度的响应。结果表明: 同一生境条件下, 混生红砂和珍珠猪毛菜比根长和比表面积均高于单生, 说明红砂、珍珠猪毛菜混生后其根系相互作用关系表现为互惠, 促进了植株对土壤养分和水分的吸收。不同生境条件下, 同一生长方式的红砂根系分布深度均大于珍珠猪毛菜, 且根系消弱系数也普遍高于珍珠猪毛菜, 说明二者在不同生境条件下占据不同生态位, 红砂表现为深根性, 根系位于土壤深层, 珍珠猪毛菜表现为浅根性, 根系分布于土壤浅层。随着荒漠环境胁迫增强, 单生和混生红砂与珍珠猪毛菜的比根长和比表面积均呈现出极端荒漠区>典型荒漠区>草原荒漠区的规律, 且生境越干旱, 混生群落根系分离越明显; 单生与混生红砂根系消弱系数也逐渐增大, 在极端干旱区达到最大值, 珍珠猪毛菜变化不大, 表明红砂-珍珠猪毛菜混生群落根系生态位分离随荒漠环境胁迫增强而加大, 验证了环境胁迫梯度假说。可见“地上聚生, 地下分离”的混生方式可能是红砂-珍珠猪毛菜混生群落适应干旱胁迫环境的生长策略。     

海南稻田水生昆虫生物多样性研究

水稻田间不仅在水面上部水稻植株中有丰富的节肢动物群落,水体中也有很多水生昆虫。弄清海南稻田水生昆虫群落组成和种群发展动态,可以为海南稻田环境监测提供研究基础。本研究于2021年在海南省南繁区和非南繁区10个地市进行了稻田水生昆虫种类调查,共捕捉到水生昆虫4目10科29种。在南繁区的三亚和非南繁区的文昌稻田进行了整个生长季水生昆虫群落动态研究,结果显示水生昆虫群落在三亚和文昌稻田不同生长期都可以存在,每生长期种类为15~19种,数量为每百丛12.7±0.7~33.3±1.00头,种类和数量最多的时期为分蘖期。水生昆虫群落多样性指数为2.100~2.581,均匀性指数为0.726~0.924,优势集中性指数为0.092~0.137。三亚和文昌群落物种相似度为0.947,优势种相似度为1.000。截斑脉蜻Neurothemis tullia稚虫,真龙虱Cybister sp.可能是稻田水体环境变化的敏感种类。稻田环境变化和污染可能影响水生昆虫种类,对海南稻田水生昆虫群落的监测和变化机理有待进一步的研究。