极端干旱对草甸草原优势植物非结构性碳水化合物的影响

植物光合作用产生的非结构性碳水化合物(NSCs)水平可以反映植物和生态系统对环境变化的响应程度。近年来, 草原极端干旱事件的发生频率和持续时间增加趋势明显, 对生态系统结构和功能产生深远影响。该研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象, 通过连续4年减少66%生长季降水量的控制实验来模拟极端干旱事件, 分析草原6种优势物种和植物功能群NSCs各组分对极端干旱的响应规律与机制。结果显示, 由于植物生物学、光合特性以及生理生态等特性的差异, 不同物种对干旱胁迫的响应具有明显差异。这表明草地植物NSCs组分及其利用策略对干旱胁迫的响应具有物种特异性, 从而导致其生物量的不同响应。将6种植物分为禾草和非禾草两类, 发现干旱显著增加了禾草的淀粉含量, 但对其可溶性糖含量无显著影响; 相反, 干旱显著增加了非禾草功能群的可溶性糖含量, 对其淀粉含量无显著影响, 表明不同功能群采取了不同的干旱应对策略。禾草选择将光合作用固定的能量进行储存以应对干旱胁迫, 其生物量对干旱响应不敏感; 而非禾草选择将能量以可溶性糖的形式直接供植物生长利用以及抵御干旱胁迫, 其生物量对干旱响应较为敏感。这一发现可为预测在全球气候变化背景下草甸草原生态系统结构与功能对极端干旱的响应提供科学参考。     

优良单株家系辣木叶的表型性状分析

为挖掘辣木(Moranga oleifera)优良种质资源,对30个优良单株家系的叶片表型性状进行研究。结果表明,除叶形外,辣木不同家系间的叶柄和叶片颜色、复叶数、复叶柄长度和直径、复叶间距、叶长、叶宽均存在不同程度的差异。复叶数与复叶柄长度和直径、复叶间距、叶长、叶宽呈极显著正相关;主成分分析表明,叶长、叶宽、复叶柄长度和直径、复叶间距、叶柄和叶片颜色是区分辣木不同家系最主要的叶片性状指标。聚类分析结果表明,30个辣木家系可分为3大类,叶片表型性状存在显著差异的家系的遗传距离较远。因此,叶柄和叶片颜色、复叶数、复叶柄长度和直径、复叶间距、叶长、叶宽将为直观区分辣木家系提供参考。     

Cd污染及其与大气CO2浓度升高、N添加复合作用对大叶相思生长的影响

为了解Cd污染胁迫下树木对CO_2浓度升高、N添加及其复合作用的响应,应用开顶箱,探讨Cd及其与CO_2、N的复合作用对大叶相思(Acacia auriculiformis)基径、树高和生物量的影响。结果表明,Cd添加抑制大叶相思基径、树高和生物量的增长,并且具有时间滞后性;大气CO_2浓度升高、N添加及CO_2+N均有缓解Cd对植物生长抑制作用的趋势,其中, N添加更能促进大叶相思基径的生长,树高生长则对CO_2升高更为敏感;在Cd污染土壤中,N添加的缓解作用最显著。因此,氮肥管理是重金属污染土地修复初期促进植物修复的重要策略。     

长期氮添加对典型草原植物多样性与初级生产力的影响及途径

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响, N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标, 然而, 关于长期N添加下草原物种多样性与功能多样性的关系, 及其对初级生产力的影响途径及机制, 尚不十分清楚。为此, 该研究依托在内蒙古典型草原建立的长期N添加实验平台, 实验处理包括1个完全对照(不添加任何肥料)和6个N添加水平(0、1.75、5.25、10.50、17.50和28.00 g·m^-2·a^-1), 研究了长期N添加对典型草原物种多样性、功能多样性和初级生产力的影响大小及途径。结果表明: 1) N添加显著降低了典型草原的物种丰富度和Shannon-Wiener指数, 但对功能多样性(包括功能性状多样性指数和群落加权性状值)无显著的影响。2)结构方程模型分析表明, 功能多样性主要受物种丰富度的影响, 但是物种多样性减少并没有导致功能多样性降低, 其原因主要是功能群组成发生了改变, 即群落内多年生根茎禾草所占比例显著增加, 以致群落加权性状值变化不大。3) N通过影响物种丰富度和功能群组成, 间接影响群落加权性状值, 进而影响群落净初级生产力。其中, 群落加权性状值是最重要的影响因子, 可解释48%的初级生产力变化, 表明初级生产力主要是由群落内优势物种的生物量及功能性状所决定, 因此该研究的结果很好地支持了质量比假说。     

不同郁闭度对野外回归的梓叶槭幼树形态和生理特征的影响

濒危植物野外回归是扩大极小种群野生植物种群的有效途径。适宜的回归生境是物种生长的必要条件, 研究植物的生理生态特征对不同野外回归生境的适应性, 是科学评价濒危物种种群回归生境适宜性的关键指标。本文以野外回归的极小种群野生植物梓叶槭(Acer catalpifolium)为研究对象, 探讨了无遮荫、林缘、林隙以及林下(郁闭度由小到大) 4种不同光照条件对梓叶槭幼树的形态特征、光合特征、类黄酮指数及叶绿素含量等的影响。结果表明: (1)随着郁闭度的增大, 梓叶槭幼树的基径、冠幅以及新生枝条数量产生差异, 均呈现先增大后减小的趋势; (2)在林缘生境中, 梓叶槭幼树的单叶面积及单叶质量均最大, 比叶面积随着郁闭度的增大而增大; (3)随着郁闭度的增大, 梓叶槭叶片胞间CO₂浓度、蒸腾速率及气孔导度均呈现先减小后增大的趋势, 叶绿素含量呈现上升趋势, 类黄酮指数则呈现先增大后减小的趋势。综上可知, 林缘适宜的光照条件更适合梓叶槭野外回归。这一结果可为梓叶槭以及其他极小种群野生植物的回归生境适宜性的探索研究提供借鉴。     

植物大年结实及其与动物贮食行为之间的关系

大年结实(mast seeding)是多生年植物种群周期性同步大量繁殖的一种自然现象。大年结实作为植物适应环境条件、提高繁殖能力的一种策略而备受关注, 但其驱动机制和进化意义尚存在较大争议。在依赖动物扩散种子的植物中, 大年结实被认为是一种调控动物贮食行为、提高种子扩散效率, 并最终增加繁殖成功率的一种策略; 动物介导的植物间互作可能是促进植物共存的进化驱动力。本文简要梳理了大年结实现象的各种假说, 提出了一个包括气候、资源、动植物互作的理解大年结实机制的概念框架, 并着重讨论了大年结实和动物贮食行为之间的关系及其进化和生态意义。建议未来研究需要借助长期生态监测和分子生物学方法, 揭示植物大年结实与动物贮食行为之间的生态与进化过程。     

青藏高原高寒草甸土壤环境对线虫功能多样性的影响

土壤线虫是地下食物网的重要组成部分, 在生态系统能量流动和物质循环中起着至关重要的作用。大量研究报道了肥力等土壤环境对土壤线虫物种多样性及各功能群多度的影响, 而我们对土壤线虫功能多样性如何响应土壤环境变化依然知之甚少。本研究以群落水平个体大小和个体大小多样性表征土壤线虫功能多样性。在青藏高原高寒草甸选择3个研究点, 调查和分析了不同生境(沟底平地、阴坡、阳坡和山顶)土壤线虫物种多样性、各功能群多度和功能多样性及其与土壤理化因子和植物多样性的关系。结果表明: (1)土壤线虫个体多度和物种多样性在阳坡最高, 随土壤pH值和土壤总磷增加而升高; 而基于个体大小的土壤线虫功能多样性主要受土壤养分影响, 随土壤总氮和有机质增加而增加, 随土壤总磷含量增加而减少; (2)食细菌和食真菌线虫多度在沟底最高, 植食与捕食杂食线虫多度在山顶最低; 除捕食杂食线虫外, 各功能群多度也主要随土壤磷增加而升高; 除食真菌线虫外, 各功能群多度随植物物种丰富度的增加而减少。本研究强调了土壤线虫物种和功能多样性受不同土壤环境因子的影响, 丰富了土壤线虫多样性研究的内容, 为理解高寒草甸土壤动物多样性形成、维持和变化提供了更广阔的 视角。     

微生境对黄梅秤锤树野生种群叶片功能性状的影响

植物功能性状可以反映植物应对环境变化的适应策略。本文以黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)当前唯一野生种群为对象, 比较了3种微生境(湖边、种群中心、耕地边)中该物种的叶片功能性状均值、种内变异和叶片生态化学计量特征的差异, 分析了黄梅秤锤树对湖岸带微生境变化的响应及其适应策略。结果表明: (1) 3种微生境中土壤C、N、P含量没有显著性差异(P > 0.05), 但土壤C∶N和C∶P具有显著性差异(P < 0.05), 土壤类型和养分条件有所不同。(2)黄梅秤锤树叶片功能性状的比较用单因素方差分析和贝叶斯方差分析得出的结果一致, 均为叶长、叶面积和比叶面积在中心区域显著高于湖边(P < 0.05), 而耕地边与湖边和中心区域均没有显著差异(P > 0.05); 叶N含量在湖边显著高于中心区域和耕地边(P < 0.05), 而中心区域和耕地边间没有显著差异(P > 0.05); 叶宽、叶长/叶宽、叶干物质含量、叶C和叶P含量在3种微生境间都没有显著性差异(P > 0.05)。(3)黄梅秤锤树叶片的N∶P在湖边显著高于中心区域和耕地边(P < 0.05), C∶N在湖边显著小于中心区域和耕地边(P < 0.05), N∶P和C∶N在中心区域和耕地边没有显著性差异(P > 0.05), C∶P在3种微生境间都没有显著性差异(P > 0.05)。(4)黄梅秤锤树叶片功能性状的总体变异程度在0.02-0.28之间, 其中叶片C和N含量在湖边和中心区域的种内变异程度显著较低, 表明3种生境中湖边和中心区域黄梅秤锤树种群的稳定性相对较差。(5)湖边黄梅秤锤树主要通过增加叶N含量促进生长; 中心区域黄梅秤锤树主要通过增加叶面积和比叶面积以及提高叶N的利用效率来提高光捕获能力促进生长; 耕地边黄梅秤锤树的叶N含量和叶面积、比叶面积都处于中等水平, 通过性状之间的共同作用使植株生长达到最佳水平。以上结果表明, 由于微地形、水位波动和土壤环境条件的差异, 黄梅秤锤树对3种生境中的适应策略有所不同, 并且不是通过单一性状调整来适应环境的变化, 而是通过多种性状之间的权衡达到更好的适应效果。     

基于功能性状的水杉原生母树种群生境适应策略

植物的功能性状变异和表型可塑性是其应对异质生境的主要机制, 对植物的生长和分布有重要贡献。本文以湖北星斗山国家级自然保护区的水杉(Metasequoia glyptostroboides)原生母树为研究对象, 分析了母树种群功能性状对树木形态、地形因子及人为干扰的响应机制。结果表明: 水杉原生母树叶面积、叶干重和比叶面积的变异幅度大, 可塑性较强, 而枝和叶的干物质含量稳定性最高。人为干扰和4个地形因子均对每个功能性状变异方差有5%-20%的解释度, 冠幅对枝、叶干物质含量的变异方差有高达38%和76%的解释度。5个功能性状主要受海拔、坡位和人为干扰影响, 其中, 比叶面积对环境因子和干扰的响应规律不明显, 叶面积和叶干重在强烈人为干扰的环境中普遍增大, 枝和叶的干物质含量对坡向的变化最敏感。总之, 水杉原生母树种群通过功能性状变异对环境能产生一定的可塑性响应, 但人为干扰对母树生长影响较大, 建议人工辅助更新, 并适度减少农业和建筑对现存母树的影响。     

外来入侵植物的根系觅养行为研究进展

土壤养分分布具有高度空间异质性, 植物的根系觅养行为是其对土壤养分异质性的一种适应。不同植物为了适应养分异质性会产生不同的根系觅养行为, 通过调整自身的根系觅养范围、觅养精度和觅养速度来更好地吸收利用土壤中的养分。外来植物与本地植物的竞争是决定其成功入侵的重要因素, 土壤养分等环境因素会影响它们之间的竞争关系。近年来, 外来入侵植物的觅养行为逐渐受到人们的关注, 关于入侵植物根系觅养行为的研究成果陆续出现: (1)总体来看, 外来入侵植物具有较强的根系觅养能力, 但根系觅养范围与觅养精度之间的权衡关系还不确定; (2)营养异质性会影响入侵植物与本地植物之间的竞争, 反过来, 二者之间的竞争也会影响根系觅养行为对营养异质性的响应; (3)丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)能够提高入侵植物的根系觅养能力, 外来植物入侵能够改变入侵植物对AMF的偏好性, 形成AMF对入侵的正反馈作用, 而本地植物与AMF的相互作用也会影响入侵植物的竞争力。未来还应加强营养异质环境下种间竞争和AMF共生对入侵植物根系觅养行为的影响机制研究, 以及全球变化背景下入侵植物根系觅养行为的变化与机制方面的研究, 可以更深入地认识外来植物的觅养行为在其成功入侵中的作用, 并为利用营养调控来防控入侵植物提供理论依据。