在陆地生态系统中, 土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量, 陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系, 通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分, 深度参与和影响陆地生态系统的碳循环过程。该文从碳的输入, 土壤有机质的形成、稳定和分解等4个关键环节分别论述了菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用。研究表明, 菌根真菌在陆地生态系统碳的输入过程中扮演关键角色, 其通过改善植物矿质营养, 参与植物逆境响应, 影响植物的光合作用强度, 以及调控植物多样性与生产力之间的关系等多种途径, 维持或提高植被初级生产力; 大气中的CO₂被植物固定后, 一部分碳经由菌丝网络输送到土壤中, 随后经微生物的分解和转化, 与矿物结合或被团聚体包裹而被稳定在土壤中; 同时, 菌根真菌通过影响根际激发效应和菌丝际生物化学过程, 如分泌特定胞外酶, 与菌丝际微生物互作, 驱动芬顿反应, 以及与腐生微生物竞争等, 调控土壤有机质的分解和转化过程。考虑到菌根真菌对环境和气候变化的敏感性, 该文还探讨了全球变化因子对菌根真菌介导的碳循环过程的影响。最后, 该文对未来研究方向进行了展望, 并提出以下建议: 依托联网研究, 全面解析菌根真菌参与陆地生态系统碳循环的机理过程及其环境依赖性; 加强定量研究, 将菌根真菌的作用纳入生态系统碳循环模型; 构建菌根应用技术体系, 推进菌根真菌的生态和农业应用, 提升陆地生态系统“碳汇”功能, 为实现国家碳中和目标和应对气候变化提供可选择的技术方案。

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的协同机制与权衡关系, 并力争从植物整体观探讨植物对资源环境变化的响应与适应机制; 2)强调多种功能性状对资源环境变化的多维度响应与适应机制, 发展了植物功能性状网络理论体系和技术手段; 3)强调了植物群落结构复杂性, 利用群落内部植物功能性状的分布和功能多样性指数探究群落构建机制; 4)完善了植物功能性状从器官-物种-群落-生态系统拓展理论体系, 进一步搭建了以植物群落功能性为核心的宏观生态学与宏观地学等多学科的桥梁。这些新发展趋势, 让传统功能性状研究逐步深入地走进自然生态系统、社会系统和经济系统, 进而推动以功能性状为基础的整合生态学快速发展, 服务于区域生态环境问题的解决。

新疆作为我国西北生态安全屏障的核心区域, 生态环境状况和质量的格局变化和影响机制一直备受关注。该研究基于2003-2020年MODIS地表反照率数据集(MOD09 A1), 利用改进的三梯度差法获取植被覆盖度(FVC), 运用线性回归、偏相关分析、Tukey检验等多种统计方法, 探讨新疆地区FVC时空变化规律及定量温度、降水量与地下水储量对其的贡献。主要结果: (1)近18年新疆地区平均FVC由20.08%提高到21.76%, 整体呈增长趋势(增速为0.19%·a^-1), 且2008年以后呈快速增长阶段; 其中, 耕地增速最大(0.66%·a^-1), 稀疏草地增速最慢(0.11%·a^-1)。(2)温度是新疆生长季FVC的重要影响因素, 温度对FVC影响集中在春季和秋季; 而降水量和地下水储量是夏季FVC的主要影响因素。(3)夏季地下水储量是灌丛和耕地FVC的最主要影响因素; 夏季降水量对草地FVC的影响最大, 而夏季地下水储量对稀疏草地FVC的影响较大。(4)温度对新疆FVC的影响随湿润程度增加而减弱, 而降水量的影响则随之增强; 地下水储量影响随湿润程度增加呈先增加后减少趋势。该研究结果可为新疆生态恢复和建设提供科学理论依据, 对于推动新疆的生态文明建设和绿色可持续发展具有重要意义。

探究第四纪气候波动和地质事件对古尔班通古特沙漠同域分布的梭梭(Haloxylon ammodendron)和白梭梭(H. persicum)分布、分化和演化的影响, 对了解旱生植物区系的发展与演化具有重要意义。该研究测定新疆自然分布的19个梭梭种群225个个体和12个白梭梭种群106个个体叶绿体DNA间隔区(trnS-trnG和trnV)序列, 整合单倍型网络分析、主坐标分析、分子方差分析、贝叶斯系统发育树、地理加权回归分析揭示种间、种内不同地理种群间的遗传多样性及其环境解释、空间遗传结构, 估算种间谱系分化时间, 分析群体演化历史。主要结果有: (1)共定义了21个叶绿体单倍型, 梭梭和白梭梭聚为独立的支系; (2)接近80%的遗传变异发生于物种间及梭梭种内不同地理种群间, 物种间分化发生于上新世晚期至更新世早期, 这可能受干旱化加剧和沙漠形成、扩展的共同影响; (3)地理加权回归模型结果显示, 环境因子对梭梭和白梭梭遗传多样性的影响存在明显的空间差异性, 气候和土壤因子总体上主导梭梭、白梭梭的遗传多样性格局: 在古尔班通古特沙漠南缘, 气候因子对梭梭和白梭梭均为显著正向作用; 在沙漠西南缘, 气候因子对白梭梭为正向作用, 土壤因子对梭梭为负向作用; 在沙漠东南缘, 土壤因子对梭梭主要为正向作用, 对白梭梭为负向作用; 在阿勒泰地区, 气候因子对梭梭和白梭梭均为正向作用。

幼苗是森林生物多样性保育的重点关注对象, 以往研究对云南普洱季风常绿阔叶林幼苗的关注较少。为探究该地幼苗的群落构建机制, 该研究利用30 hm²季风常绿阔叶林动态监测样地野外幼苗调查数据, 分析幼苗的物种组成, 划分不同优势种样方, 根据逐步群落构建模型分析群落构建机制, 进一步分析幼苗的群落功能性状。结果表明: 季风常绿阔叶林幼苗以短刺锥(Castanopsis echidnocarpa)和枹丝锥(C. calathiformis)为优势种, 根据优势种是否出现将样方划分为4种类型: 短刺锥样方、枹丝锥样方、混合优势种样方及非优势种样方。幼苗的群落构建过程均包含随机扩散构建(贡献率43.1%-61.3%)、生境过滤(贡献率27.4%-33.9%)及限制相似性(贡献率5.7%-27.2%)机制。短刺锥样方和枹丝锥样方以确定过程为主, 贡献率分别为56.9%和54.6%, 而混合优势种样方及非优势种样方则以随机过程为主, 贡献率分别为60.4%和61.3%。在非优势种样方中Rao二次熵(Rao’Q)最高, 而在混合优势种样方中最低。短刺锥样方具有最低的比叶面积和较高的叶厚度、比茎长度、根质量分数及潜在株高, 而枹丝锥样方及非优势种样方有更大的比叶面积。不同幼苗样方中, 比茎长度和潜在株高变异系数较大, 而其他功能性状变异水平较低。多元回归分析显示, 不同幼苗样方中, 比叶面积和潜在株高均和Rao’Q显著正相关, 除了非优势种样方外, 其他样方叶厚度和生活型均与Rao’Q显著正相关。因此, 季风常绿阔叶林幼苗的群落构建同时包含随机过程和确定过程, 两种过程的贡献率随群落类型的不同而不同。

种群和群落特征分析是揭示物种濒危处境最有效的途径之一。庙台槭(Acer miaotaiense)是极小种群野生植物, 被列为国家二级保护植物。然而, 由于对神农架地区庙台槭资源状况和群落特征不清楚, 严重制约该物种的保护成效。该研究对神农架地区庙台槭种群及其所在的群落开展调查, 揭示群落的物种组成和群落结构; 通过分析庙台槭种群的径级结构, 绘制静态生命表和存活曲线, 并分析种群动态变化指数, 揭示庙台槭的种群动态。结果表明: (1)群落内共有木本植物33种, 隶属于15科20属, 群落内优势种为胡桃楸(Juglans mandshurica)、千金榆(Carpinus cordata)、金钱槭(Dipteronia sinensis)和华榛(Corylus chinensis); (2)庙台槭的相对优势度为2.23%, 非群落内优势种; (3)神农架庙台槭分布范围十分狭窄(面积约1.7 hm²), 种群规模小(79株); (4)庙台槭种群内幼龄个体占比较高(79.75%), 更新较好; (5)物种存活曲线属Deevey-II型, 种群各龄级的死亡率基本相同, 但在幼树阶段死亡率增高, 在大树阶段(12.5 cm ≤胸径< 17.5 cm)死亡率达到高峰(62.5%); (6)庙台槭种群内结实个体少, 种子败育率高(58.15%), 抗外界干扰能力弱。综上所述, 种群规模小、分布范围狭窄、抗干扰能力弱可能是导致神农架地区庙台槭种群濒危的主要原因, 推测神农架庙台槭种群处于衰退趋势。因此, 应该对神农架地区庙台槭种群加强就地保护, 尤其是开展幼树阶段的管护。未来应重视对庙台槭种群和群落的长期监测, 并开展幼苗繁育及种群恢复的工作。

灰胡杨(Populus pruinosa)是塔里木荒漠河岸林的关键种, 研究其生态化学计量特征及内稳性的变异格局, 对科学认识荒漠河岸林养分循环规律、植被健康状况及物种适应策略具有重要意义。该研究对塔里木河干流上游地下水埋深(GWD)梯度下灰胡杨种群进行野外调查与室内化验, 比较分析了不同GWD生境灰胡杨叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量学及内稳态特征。结果表明: (1)随GWD增加, 灰胡杨叶片N、P含量降低, C含量与C:N、C:P、N:P均升高; 各指标变异系数均较低且C含量最小, 但不同GWD间差异显著; N含量与C含量、C:P, P含量与C:P、N:P呈显著负相关关系。(2)土壤C、N、P含量及其化学计量比均随GWD增加呈降低趋势, 除P含量外其他指标变异系数较高且不同GWD间差异显著, P含量与C、N含量呈显著正相关关系。(3)浅、中GWD生境大部分叶片C、N、P含量与土壤C、N、P化学计量特征相关性均不显著, 深GWD生境仅叶片P含量、N:P与土壤化学计量特征显著相关且叶片C:N, C:P均高其他2种生境, 表明叶片化学计量特征并非由土壤养分含量特征直接决定, 灰胡杨通过提高养分利用率来适应干旱逆境。(4)干旱荒漠区灰胡杨叶片与林下土壤养分含量整体偏低, 叶片N、P化学计量内稳态指数(H)表现为H_N > H_N:P > H_P, 结合养分限制诊断指标(N:P)表明灰胡杨生长易受P限制。(5)灰胡杨通过内稳态调节来保持体内C、N含量及C:N、C:P的相对稳定状态, 以保守型防御策略适应日益旱化的贫瘠荒漠环境。(6)退化荒漠河岸林生态修复过程中应注意P的供应与活化。

细根作为植物养分获取和能量运输的重要器官, 是根系中最活跃和最敏感的部分, 其功能属性沿环境梯度的变化规律能够反映植物对资源的利用策略及对环境变化的适应性。该研究旨在解析不同氮(N)添加水平对红锥(Castanopsis hystrix)细根形态、化学性状的影响, 探究红锥细根对短期N添加的可塑性, 为阐明和预测全球气候变化背景下植物根系生理功能变化提供理论支撑。2020年1月, 在红锥林内设置4个N添加水平样地: 对照(CK, 0 kg·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 50 kg·hm^-2·a^-1)、中氮(MN, 100 kg·hm^-2·a^-1)、高氮(HN, 150 kg·hm^-2·a^-1), 每个处理3个重复。利用挖掘法挖取红锥根系, 测定其1-5级根在不同N添加水平处理下细根比根长(SRL)、比表面积(SRA)、组织密度(RTD)、平均直径(RD)和化学计量的变化。结果表明, 与CK相比, MN、HN显著降低了土壤pH, HN显著增加了土壤硝态氮(NO₃^--N)和全磷(P)含量; N添加显著增加了1级细根的碳(C)含量; HN显著增加了2级细根C含量; MN和HN显著增加了1、2级细根的N含量, 但显著降低了2级细根的C:N; 不同N添加水平下细根的SRL、SRA、RTD和RD均无显著差异。因此短期N添加主要影响细根的元素含量及其化学计量比, 而未显著影响细根的形态性状, 这些结果将有助于理解南亚热带地区森林地下养分循环以及碳固存对全球环境变化的响应。

多枝柽柳(Tamarix ramosissima)作为干旱荒漠区的优势树种, 其与风沙长期作用过程中形成了柽柳沙堆, 研究沙堆上多枝柽柳水分利用来源及其对各水源的利用比例, 可为干旱荒漠区原生植被的保护及恢复提供科学依据。该研究以空间序列代替时间序列的方法, 通过野外调查及室内模型分析, 解析了不同发育阶段沙堆上多枝柽柳的水分来源及其对各水源的利用比例, 揭示了沙堆堆积过程中多枝柽柳的水分利用策略。结果表明: (1)多枝柽柳沙堆土壤水分含量随沙堆堆积增高而存在较大差异, 且0-500 cm层土壤平均水分含量依次为雏形阶段(4.57%) >增长阶段(4.46%) >衰退阶段(3.62%) >稳定阶段(3.48%); (2)雏形及增长阶段沙堆土壤含水率在40-180 cm层显著升高, 稳定及衰退阶段沙堆土壤含水率分别在180-360 cm和360-500 cm层显著升高。(3)各发育阶段沙堆上, 0-40 cm层土壤含水率及稳定氧同位素比值(δ¹⁸O)波动较大, 季节变化明显, 且随土层深度的增加δ¹⁸O趋于稳定, 表明表层土壤受外界环境影响较大。(4)春季, 多枝柽柳在雏形阶段沙堆上主要利用360-500 cm层土壤水, 其次利用0-40 cm层土壤水, 利用比例分别为53.1%和21.4%; 增长阶段沙堆上主要利用0-40和360-500 cm层土壤水, 利用比例分别为53.1%和23.0%; 稳定阶段沙堆上主要利用0-40和180-360 cm层土壤水, 利用比例分别为49.8%和29.3%; 衰退阶段沙堆上主要利用360-500 cm层土壤水, 利用比例为60.9%。夏季, 多枝柽柳在雏形和增长阶段沙堆上主要利用360-500 cm层土壤水, 利用比例分别为61.1%和42.8%, 且在增长阶段沙堆上还利用40-180和180-360 cm层土壤水; 稳定阶段沙堆上其对各层土壤水的利用较为均匀, 而衰退阶段沙堆上主要吸收180-360和360-500 cm层土壤水, 利用比例分别为29.0%和44.1%。秋季, 雏形阶段沙堆上以360-500 cm层土壤水为主要水源, 增长和稳定阶段沙堆上均以180-360和360-500 cm层土壤水为主要水源, 衰退阶段沙堆上主要利用360-500 cm深层土壤水, 利用比例高达92.3%, 反映出多枝柽柳在不同发育阶段沙堆上呈现出不同的水分利用策略。

渤海无居民海岛众多, 为进一步了解渤海无居民海岛植物群落特征, 选取渤海近岸9个面积大小不一的无居民海岛作为研究对象。采用样方法进行调查, 对群落内的物种组成、物种数、物种高度、胸径等开展调查。共鉴定出140种维管植物, 隶属于38科98属, 群落物种组成主要有菊科、禾本科、豆科等。通过对66个样地的样方数据分析, 量化描述了渤海9个无居民海岛的主要植物群落特征。结果表明, 这一地区原生森林植被已被刺槐(Robinia pseudoacacia)林、黑松(Pinus thunbergii)林、大果榆(Ulmus macrocarpa)林、臭椿(Ailanthus altissima)林组成的次生植被替代。温性落叶灌丛是该区具有代表性的植被类型, 代表性群系有酸枣(Ziziphus jujuba var. spinosa)灌丛、杠柳(Periploca sepium)灌丛、一叶萩(Flueggea suffruticosa)灌丛、南蛇藤(Celastrus orbiculatus)灌丛等。草本植物群系有艾(Artemisia argyi)草丛、盐地碱蓬(Suaeda salsa)草丛、茵陈蒿(Artemisia capillaris)草丛、黄背草(Themeda triandra)草丛。总体而言, 所调查海岛植物群落物种多样性较低, 以高优势度物种为主, 属脆弱性植被。