植物群落演替研究Ⅱ．动态研究的方法

本文对目前国内外的研究方法进行综述。认为植物群落动态研究在方法上主要从二方面入手,一是对同一样地的长期观察,二是以时空互代,即以空间系列的方法来研究,为此形成了多种多样的技术。此外尚有一些辅助的方法。还可以通过观述、地名、文物、古迹等来了解区域植被的过去及发展利用历史。     

异季条件下稻穗枝梗和颖花分化、退化及其形成的差异性研究

以19个水稻杂交组合为试验材料,通过大田条件下的分期播种,于抽穗期调查了稻穗枝梗、颖花分化、退化及形成有关性状,分析了各性状不同季节的变异及其相互关系。结果表明,单穗一次枝梗分化数、二次枝梗分化数、颖花分化数、一次枝梗退化数、二次枝梗退化数、颖花退化数、一次枝梗退化率、二次枝梗退化率、颖花退化率、一次枝梗形成数、二次枝梗形成数、一次枝梗颖花形成数、二次枝梗颖花形成数和单穗颖花总形成数等性状均存在较大的组合间差异和季节间变异,其中19个组合单穗颖花总形成数异季差异率变幅为5.12%~93.59%,平均变异率为34.19%;总体上,不同季节下二次枝梗各性状的变异性强,颖花性状其次,一次枝梗各性状变异性最小;根据异季条件下稻穗枝梗和颖花分化、退化及其形成性状的变异性,从大穗角度讨论了杂交稻新组合育种资源选择与利用问题。     

长白山阔叶红松林不同演替阶段土壤团聚体粒径组成及有机碳含量变化

阔叶红松林是我国东北重要的原生群落,其土壤团聚体在森林生态系统碳固定中具有重要作用.本研究采用空间代替时间的方法,选取白桦幼龄林、白桦中龄林、白桦成熟林、阔叶红松成熟林和阔叶红松过熟林5个不同演替序列,通过湿筛法研究长白山天然针阔混交林群落恢复演替中土壤团聚体粒径组成及有机碳含量的变化.结果表明: 土壤团聚体粒径组成受演替过程影响较大,不同演替阶段下土壤团聚体各粒级所占比例差异显著.团聚体平均质量直径随演替的进行表现为先升高再降低的单峰形式,且最高点出现在白桦成熟林阶段.土壤中不同粒级的团聚体内有机碳含量随着演替的进行呈先增加后略有下降的趋势,且团聚体内有机碳含量最大值出现在阔叶红松成熟林阶段.在同一演替阶段下,0～5和5～10 cm土层(除演替末期的阔叶红松过熟林外)中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而增加,而10～20 cm土层中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而减小.从演替初期的白桦幼龄林到演替末期的阔叶红松过熟林,每个样地内的同一粒径团聚体内有机碳含量均具有明显的垂直分布特性,均随着土层深度的增加而显著降低.     

山坡退化林地林木生长对微地形人工干预的响应

为探究水土保持微地形人工干预措施(等高反坡阶)对坡面退化林地林木生长的影响,在昆明市松华坝水源区内选取典型山坡退化林地,通过动态观测和对比分析不同样地林木胸径、树高、新枝生长量及样地叶面积指数(LAI)的变化差异,再结合土壤水分有效性分析以探讨差异原因.结果表明:等高反坡阶样地云南松胸径和树高的最大值和均值均大于对照样地(CK),退化林群落中小径阶和低矮的植株占更大比例,表明等高反坡阶样地中优势木新生植株和退化严重植株的生长潜力得到激发,不同样地云南松植株新枝平均枝长和枝径的年变化差异率达到了72.4%和39.1%.等高反坡阶样地云南松植株新枝生长量和样地LAI的变化及新枝生长的速度大于CK.土壤含水率和新枝生长量与LAI均呈显著相关,对水分有效性分析后得到等高反坡阶样地易效水比例(64.2%)整体高于CK(54.7%),5月至9月雨季中,等高反坡阶样地易效水存在时间更长,这有利于林木的生长,进而改变退化林地植物群落结构.     

长白山阔叶红松林演替序列植物-凋落物-土壤碳同位素特征

稳定碳同位素组成能精确指示生态系统碳循环过程,可以为深入研究森林演替进程对碳循环过程和固碳潜力的影响提供关键信息.利用稳定碳同位素技术对长白山阔叶红松林演替序列3种林分——中龄杨桦次生林、成熟杨桦次生林、阔叶红松林的叶片、树干、根系、凋落物和土壤δ¹³C值及碳、氮元素含量进行测定.结果表明: 各演替序列优势树种叶片δ¹³C从冠上到冠下均呈降低趋势;树干δ¹³C表现为树皮小于木质部;根系δ¹³C表现为细根小于粗根.阔叶红松林未分解凋落物δ¹³C小于半分解及全分解凋落物,次生林相反;土壤δ¹³C沿深度逐渐增加.总体上,δ¹³C值叶片<凋落物<根系<树干<土壤,说明植物各器官之间有明显的碳同位素分馏效应,且相同器官不同部位之间也存在差异;植物δ¹³C沿演替方向先减小后增加,土壤δ¹³C沿演替方向不断增加,且变化规律可以通过氮元素含量与碳同位素分馏效应的关系解释,说明长白山阔叶红松林演替过程优势树种和碳周转速率的变化影响了碳同位素分馏.     

水貂睾丸退化期间TGFB家族生长因子及其受体基因表达量的变化

为了探究水貂季节性睾丸退化的分子机制,本研究利用HE染色技术对不同退化时期的水貂睾丸组织进行了组织学研究,同时利用荧光定量PCR技术对不同退化时期的水貂睾丸组织中TGFB家族生长因子及其受体基因表达量变化进行了研究。结果发现在水貂睾丸退化期间,其直径逐渐缩短到原来的1/2,重量逐渐降低到原来的1/8。HE染色结果发现,4~7月水貂睾丸经历了严重退化,而且曲细精管的管腔逐渐消失,同时曲细精管的直径减小到其最大尺寸的1/3。荧光定量PCR结果发现TGFb3、INHBA、TGFBR1、ACVR2A、ACVR2B、SMAD2、SMAD4基因相对表达量在水貂睾丸退化期间都呈下降趋势。本研究表明TGFB信号通路可能在水貂睾丸退化期间发挥了重要功能。     

桂西北喀斯特地区不同退化程度植被群落物种组成及多样性特征

世界范围内,很多自然生态系统均在不同程度上受到了损害,喀斯特脆弱生态系统的退化是一个复合过程,喀斯特地区不同退化程度植被群落特征有何差异有待研究。该文采用样方法进行全面的调查,研究了桂西北喀斯特地区5个退化程度植被群落的物种组成、群落结构特征和物种多样性。结果表明:(1)不同退化程度群落物种组成和生活型组成有较大差异,潜在退化群落科属种丰富度最高,沿着退化程度递增的梯度,群落乔木树种逐渐减少至消失,灌木比例呈先增后减的趋势,草本比例逐渐增加。(2)调查到维管束植物218种,隶属于86科168属;以大戟科、楝科、蔷薇科、马鞭草科、禾本科和肾蕨科植物为主;退化过程中,优势种的重要值逐渐降低,其在群落内的支配地位逐渐减弱,伴生种重要值逐渐升高。(3)退化过程中,群落结构趋于简单化,群落木本植物密度、高度和盖度逐渐减少。(4)不同退化程度植被群落乔灌草层物种多样性存在显著性差异,随着退化程度的增加,群落总植被物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数整体呈下降趋势。     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

干热河谷次生稀树灌木林物种组成变化及群落结构动态

为揭示四川攀枝花苏铁国家级自然保护区干热河谷次生稀树灌木林群落演替动态规律,该研究以2015年群落内建立的1 hm²永久固定样地为研究对象,经2020年首轮复查,对物种组成、群落多样性、重要值、死亡率、补员率以及胸径(DBH)进行调查研究,以分析5年间群落物种组成及结构动态。结果表明:(1)2020年,群落木本植物共18种,隶属15科18属,较2015年新增1属1种,优势物种组成并无变化,但优势度变化显著。与2015年相比,在重要值(IV)> 1的6个种群中,5个树种IV增高,仅攀枝花苏铁种群IV降低,但其仍为群落优势建群种,铁橡栎和滇榄仁等乔木种群优势度显著增加。(2)2020年,群落中DBH≥1 cm的木本植物个体数增至1 710株,平均胸径由11.10 cm增至11.17 cm。群落年死亡率0.29%,死亡个体平均胸径11.84 cm,年补员率2.75%,补员个体平均胸径4.96 cm。与2015年相比,群落中7个种群出现个体死亡,9个种群出现补员个体。(3)虽然沙针种群规模缩小,但仍有9个种群规模扩大,4个种群规模保持稳定。只有攀枝花苏铁和沙针种群平均胸径减小,其余种群平均胸径均有不同程度的增大。随着森林演替的进行,群落内种间竞争的重要性将逐渐增大,铁橡栎和滇榄仁等乔木树种将在未来演替进程中占据优势地位,但短期内并不会威胁攀枝花苏铁种群优势地位,大径级植株个体的死亡是其优势度显著降低的主要原因。在未来群落演替进程中,攀枝花苏铁将与铁橡栎、滇榄仁等乔木树种组成以乔木树种逐渐占据优势的干热河谷次生稀树灌木林向气候顶极群落演替的过渡型次生林群落。