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相似文献
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1.
性状(Trait)或功能性状(Functional trait)是植物、动物和微生物等对外界环境长期适应和进化后所呈现出来的可量度的特征,也是人们认识自然、利用或改造自然的重要途径和技术手段。近几十年来,科学家对植物、动物和微生物功能性状的研究取得了令人瞩目的成就,尤其在物种水平的植物叶片和根性状的研究领域;然而,自然生态系统是复杂的,植物、动物和微生物自身的多种性状间及其不同生物间性状的相互作用是广泛存在的,因此需要跨学科、系统性、集成式地调查和研究。以中国东部南北样带(NSTEC)森林生态系统为对象开展了植物、微生物和土壤性状的综合测定;基于其核心的研究结论并适当整合NSTEC前期的相关研究成果,希望能给性状研究提供新的调查模式和分析思路。沿NSTEC从热带雨林到寒温带针叶林3700km样带选取了9个地带性森林生态系统,在群落结构调查基础上对群落内所有植物种类(总计1177物种)开展了系统性的性状测定(叶-枝-干-根多元素含量,叶片形态性状-气孔性状-解剖性状-叶绿素含量-多元素含量-非结构性碳水化合物、细根形态性状-解剖性状-多元素含量等),测定了土壤微生物群落结构、酶活性、土壤有机质结构与组成、土壤碳氮周转及其温度敏感性等参数。基于上述数据,不仅按传统途径系统性地探讨了植物、微生物和土壤多种性状的纬度变异规律与影响因素;还从不同角度探讨了"如何科学地将器官水平测定性状推导至天然森林群落水平"科学难题,并从多个性状角度建立了自然森林生态系统中性状与功能的定量关系。在此基础上提出"性状网络"和"生态系统性状"概念,以其更好地用于揭示自然界复杂的森林生态系统,为验证和发展生态学理论、探讨多种性状间协同(权衡)的生态系统生产力优化机制提供重要的数据支撑。希望通过解决性状尺度拓展的技术难题,未来将传统性状研究拓展至群落或生态系统水平,并与高速发展的宏观观测手段(遥感观测、通量观测、模型模拟)有机结合,使性状研究更好地服务于区域乃至全球性的生态环境问题。  相似文献   

2.
植物性状研究的机遇与挑战:从器官到群落   总被引:4,自引:0,他引:4  
何念鹏  刘聪聪  张佳慧  徐丽  于贵瑞 《生态学报》2018,38(19):6787-6796
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。  相似文献   

3.
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...  相似文献   

4.
甲虫作为节肢动物中一个庞大的类群,具有繁简各异的生活习性,在生态系统中发挥极为重要的作用.甲虫群落构建是群落生态研究的重要内容之一,可揭示不同生态环境下生物多样性的形成与维持机制.现阶段对甲虫群落构建的研究主要通过物种的功能性状,或将系统发育结构与物种功能性状相结合的方法,对群落构建过程进行解析,用以判断主要的驱动因素...  相似文献   

5.
功能生物地理学研究性状及其多样性的时空分布变化、生态成因及其对生态系统功能的影响。近十来年,功能生物地理学领域发展迅速,性状数据呈指数增长,基于性状探索物种分布、群落结构和组成以及生态系统功能对环境变化响应的研究取得了重要进展。该文综述了植物功能生物地理学的核心内涵、发展历史、主要研究进展和未来展望。性状是功能生物地理学的研究核心,该文先总结了植物叶、茎、根、花、果实和种子等器官和整株关键性状的地理格局及其与环境间的关系,表明性状变异是植物适应进化和环境筛选的结果;概述了功能多样性的常用指标、地理分布与生态成因;介绍了性状数据的主要来源与性状缺失值的填充方法。随后,综述了植物性状间的关联与权衡,重点介绍了叶经济谱和植物经济谱的发展,指出其反映了植物对关键资源(如碳、养分和水分)的获取与分配策略;概述了基于性状预测物种分布的依据与进展,以及性状多样性与生态系统功能间的关系。在此基础上,提出了功能生物地理学研究所面临的挑战,强调未来研究要关注多性状在种内和种间的协同与权衡关系,将研究精度从物种水平推进到个体水平,采用性状网络等方法定量化性状间的关系及其对环境变化的响应,关注植物跨尺度的适应...  相似文献   

6.
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。  相似文献   

7.
李月娟  李娇凤  常斌  姜勇  梁士楚 《生态学报》2019,39(15):5555-5563
研究植物功能性状在不同尺度的变异和关联,对于揭示植物对环境的适应策略和群落构建规律具有重要意义。以岩溶石山青冈群落为研究对象,测量了研究区内20个样方74种木本植物的叶面积、比叶面积和木材密度3个功能性状值,利用性状梯度分析法分析了3个性状在群落内部(α组分)及群落间(β组分)的变异格局及相关性。结果表明:(1)群落内3个植物功能性状的α值范围均大于β值范围,即物种相对于共生物种性状值的变化大于沿着群落平均性状梯度的变化。(2)植物功能性状比叶面积的种内差异引起的变化小于群落水平。(3)叶面积与比叶面积、比叶面积与木材密度、叶面积与木材密度的β组分相关性均最强,而α组分间无相关性或相关性较弱,即叶面积与比叶面积、比叶面积与木材密度、叶面积与木材密度两两性状间的相关性在群落间的依赖程度比群落内共生物种的依赖性要强,暗示物种在群落内和群落间采取不同的生态策略来适应环境。  相似文献   

8.
韩涛涛  唐玄  任海  王俊  刘楠  郭勤峰 《生态学报》2021,41(8):3286-3295
功能多样性是指影响群落/生态系统功能的物种性状值和范围,是解释和预测生态系统结构和功能的有效手段之一,可将植物个体尺度与群落尺度和生态系统尺度的相关生态学问题联系起来。虽已发展出多种功能多样性定量化研究方法,但不同方法结果差异较大,难以进行多研究间的比较研究。比较探讨各功能多样性研究方法的优缺点有利于拓展功能多样性内涵,也有助于功能生态学的应用与发展。回顾了当前10种功能多样性的定量化研究方法,并指出选取合适功能多样性方法的关键在于,应考虑选取群落/生态系统中的哪些物种、哪些功能性状、选取的功能性状数目、以及如何对功能性状权重等。对比发现,功能分散性指数和Rao二次熵系数的研究方法在众多方法中优势明显,具有较高的应用潜力;标准化功能多样性的研究方法在未来仍需进一步完善。利用功能多样性指数预测群落/生态系统过程和功能当前仍多侧重于理论研究,野外实证研究较为缺乏,是功能生态学未来研究的重点和难点之一。  相似文献   

9.
严正兵  刘树文  吴锦 《植物生态学报》2022,46(10):1151-1166
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。  相似文献   

10.
大尺度的陆地生态系统科学研究是在生物多样性保护、应对全球气候变化、区域生态环境治理及全球社会经济可持续发展的科技需求背景下应运而生的生态学及生态系统科学前沿领域,并在我国的生态文明建设社会实践中快速发展。本文在系统论述大尺度陆地生态系统科学研究的科技使命基础上,重点梳理和探讨了区域及大陆尺度的生态系统科学研究理论基础和方法学问题,进而基于宏生态系统生态学理论,新提出了宏观生态系统科学的基础理论、科学概念及其研究方法体系的逻辑框架。本文重点探讨了: 1) 基于生态系统的系统学特性,发展多维视角的“生态系统科学概念网络体系”;2) 基于生态系统整体性和涌现性理论,发展“生态系统状态变化分析理论体系”;3) 基于生态系统属性及状态概念,发展生态系统结构-过程-功能-服务级联关系的“整合研究方法学理论体系”的学科内涵及应用问题,进而论述了发展区域及大陆尺度宏观生态系统科学研究的方法体系,提出构建新一代大陆尺度生态系统观测研究实验网络,完善“联网观测-联网实验-数值模拟-知识融合”四位一体的科学研究技术体系的必要性。  相似文献   

11.
One of ecology's grand challenges is developing general rules to explain and predict highly complex systems. Understanding and predicting ecological processes from species' traits has been considered a ‘Holy Grail’ in ecology. Plant functional traits are increasingly being used to develop mechanistic models that can predict how ecological communities will respond to abiotic and biotic perturbations and how species will affect ecosystem function and services in a rapidly changing world; however, significant challenges remain. In this review, we highlight recent work and outstanding questions in three areas: (i) selecting relevant traits; (ii) describing intraspecific trait variation and incorporating this variation into models; and (iii) scaling trait data to community‐ and ecosystem‐level processes. Over the past decade, there have been significant advances in the characterization of plant strategies based on traits and trait relationships, and the integration of traits into multivariate indices and models of community and ecosystem function. However, the utility of trait‐based approaches in ecology will benefit from efforts that demonstrate how these traits and indices influence organismal, community, and ecosystem processes across vegetation types, which may be achieved through meta‐analysis and enhancement of trait databases. Additionally, intraspecific trait variation and species interactions need to be incorporated into predictive models using tools such as Bayesian hierarchical modelling. Finally, existing models linking traits to community and ecosystem processes need to be empirically tested for their applicability to be realized.  相似文献   

12.
Andrew Siefert  Cyrille Violle  Loïc Chalmandrier  Cécile H. Albert  Adrien Taudiere  Alex Fajardo  Lonnie W. Aarssen  Christopher Baraloto  Marcos B. Carlucci  Marcus V. Cianciaruso  Vinícius de L. Dantas  Francesco de Bello  Leandro D. S. Duarte  Carlos R. Fonseca  Grégoire T. Freschet  Stéphanie Gaucherand  Nicolas Gross  Kouki Hikosaka  Benjamin Jackson  Vincent Jung  Chiho Kamiyama  Masatoshi Katabuchi  Steven W. Kembel  Emilie Kichenin  Nathan J. B. Kraft  Anna Lagerström  Yoann Le Bagousse‐Pinguet  Yuanzhi Li  Norman Mason  Julie Messier  Tohru Nakashizuka  Jacob McC. Overton  Duane A. Peltzer  I. M. Pérez‐Ramos  Valério D. Pillar  Honor C. Prentice  Sarah Richardson  Takehiro Sasaki  Brandon S. Schamp  Christian Schöb  Bill Shipley  Maja Sundqvist  Martin T. Sykes  Marie Vandewalle  David A. Wardle 《Ecology letters》2015,18(12):1406-1419
Recent studies have shown that accounting for intraspecific trait variation (ITV) may better address major questions in community ecology. However, a general picture of the relative extent of ITV compared to interspecific trait variation in plant communities is still missing. Here, we conducted a meta‐analysis of the relative extent of ITV within and among plant communities worldwide, using a data set encompassing 629 communities (plots) and 36 functional traits. Overall, ITV accounted for 25% of the total trait variation within communities and 32% of the total trait variation among communities on average. The relative extent of ITV tended to be greater for whole‐plant (e.g. plant height) vs. organ‐level traits and for leaf chemical (e.g. leaf N and P concentration) vs. leaf morphological (e.g. leaf area and thickness) traits. The relative amount of ITV decreased with increasing species richness and spatial extent, but did not vary with plant growth form or climate. These results highlight global patterns in the relative importance of ITV in plant communities, providing practical guidelines for when researchers should include ITV in trait‐based community and ecosystem studies.  相似文献   

13.
1. New logical and analytical frameworks for studying functional traits have led to major advances in plant and freshwater ecology at local and global scales. The ecological and taxonomic diversity of terrestrial adult beetles (Coleoptera) means that functional trait approaches should have considerable power to illuminate the function not only of these animals but also of the ecosystems in which they occur. 2. Even though the functional trait concept is not new in ecology, it is still plagued with inconsistencies in methodology and terminology. Plant‐based studies have shown that an integrated and relatively consistent functional trait approach facilitates comparisons between studies, and allows the full utility and predictive capacity of trait‐based approaches to be realised. 3. This review outlines a logical framework for adult beetle functional trait studies using uniform terminology and methodology similar to those used by plant ecologists. Beetle life‐history and ecomorphological trait studies are synthesised and it is shown that a combination of both is analogous to the functional trait approach. A general functional trait list for beetles and potential functional links is outlined, as are potential analysis approaches. A consistent functional trait approach, coupled with advances in molecular techniques, has the capability to provide deeper insights into beetle community assembly and how beetles impact ecosystems and will enable worldwide comparisons and predictions to be made.  相似文献   

14.
Failure to quantify differences in the shape of inter‐specific trait distributions (e.g., skew, kurtosis) when comparing co‐occurring alien and native plants hinders the integration of biological invasions and plant community ecology. Within a plant community, understanding the circumstances that lead to the shape of the inter‐specific distribution of one or more functional plant traits being unimodal, bimodal, multimodal or skewed has the potential to shed new light on community vulnerability to invasion, subsequent ecosystem impacts and the selection pressures (e.g., stabilizing, directional or disruptive) acting upon native and alien species. Ignoring differences in the shape of inter‐specific trait distributions of alien and native species could miss important insights into plant invasions, including: the existence of unsaturated native plant communities, empty niches, shifting trait optima of species as a result of environmental change and incomplete colonization–extinction processes following invasion. Future comparisons of functional trait differences between native and alien species should include assessment of the shapes of inter‐specific trait distributions since these may differ even when the mean values of traits are similar for native and alien species. The infrequent application of such approaches may explain the limited generalizations regarding the drivers and consequences of plant invasions in plant communities.  相似文献   

15.
放牧对草原植物功能性状影响研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
植物功能性状的表达和植被环境适应性相关,植物功能性状之间的权衡变化体现了植物在放牧胁迫下资源的重新整合和获取.本文总结了放牧干扰下植物功能性状表达的差异性,着重将放牧干扰与植物功能性状相结合,介绍了植物功能性状的变异来源是植物遗传特征与环境过滤相互协调的结果,归纳了放牧对植物营养性状、繁殖性状的影响,以及植物可以通过调...  相似文献   

16.
Functional trait composition of plant communities has been proposed as a helpful key for understanding the mechanisms of biodiversity effects on ecosystem functioning. In this study, we applied a step‐wise modeling procedure to test the relative effects of taxonomic diversity, functional identity, and functional diversity on macrophytes community productivity along water depth gradient. We sampled 42 plots and 1513 individual plants and measured 16 functional traits and abundance of 17 macrophyte species. Results showed that there was a significant decrease in taxonomic diversity, functional identity (i.e., stem dry mass content, leaf [C] and leaf [N]), and functional diversity (i.e., floating leaf, mean Julian flowering date and rooting depth) with increasing water depth. For the multiple‐trait functional diversity (FD) indices, functional richness decreased, while functional divergence increased with water depth gradient. Macrophyte community productivity was strongly determined by functional trait composition within community, but not significantly affected by taxonomic diversity. Community‐weighted means (CWM) showed a two times higher explanatory power relative to FD indices in determining variations in community productivity. For nine of sixteen traits, CWM and FD showed significant correlations with community productivity, although the strength and direction of those relations depended on selected trait. Furthermore, functional composition in a community affected productivity through either additive or opposite effects of CWM and FD, depending on the particular traits being considered. Our results suggested both mechanisms of mass ratio and niche complementarity can operate simultaneously on variations in community productivity, and considering both CWM and FD would lead to a more profound understanding of traits–productivity relationships.  相似文献   

17.
The full potential for using DNA barcodes for profiling functional trait diversity has yet to be determined in plants and animals; thus, we outline a general framework for quantifying functional trait diversity of insect community DNA and propose and assess the accuracy of three methods for achieving this. We built a novel dataset of traits and DNA barcodes for wild bees in China. An informatics framework was developed for phylogeny-based integration of these data and prediction of traits for any subject barcodes, which was compared with two distance-based methods. For Phylogenetic Assignment, we additionally conducted a species-level analysis of publically available bee trait data. Under the specimen-level dataset, the rate of trait assignment was negatively correlated with distance between the query and the nearest trait-known reference, for all methods. Phylogenetic Assignment was found to perform best under several criteria; particularly, it had the lowest false-positive rate (rarely returning a state prediction where success was unlikely; where the distance from query to the nearest reference was high). For a wider range of compiled traits, conservative life-history traits showed the highest rates of assignment; for example, sociality was predicted with confidence at 53%, parasitism at 44% and nest location at 33%. As outlined herein, automated trait assignment might be applied at scale to either barcodes or metabarcodes. With further compilation and databasing of DNA barcode and trait data, the rate and accuracy of trait assignment is expected to increase to the point of being a widely viable and informative approach.  相似文献   

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