为了探明高山植物全缘叶绿绒蒿(Meconopsis integrifolia)的繁育系统特点和其对高山气候环境的繁殖适应特征, 我们沿海拔梯度选择了5个样地(样地1 (4452 m)、样地2 (4215 m)、样地3 (4081 m)、样地4 (3841 m)、样地5 (3681 m))对其传粉生态学进行了连续2年的观察试验。结果发现, 样地1、2的全缘叶绿绒蒿的单花寿命显著长于样地3、4和5。花开放早期柱头高于花药, 之后花药不断伸长, 并在开放中后期与柱头接触, 说明全缘叶绿绒蒿具有不完全雌雄异位的花部特征。自然状态下, 柱头可授能力持续期约8天(雌蕊先熟), 但花药于开花第5天才散粉, 花粉寿命约2天, 说明全缘叶绿绒蒿为雌雄异熟, 但存在一定的重叠期。人工授粉试验表明, 全缘叶绿绒蒿自交部分亲和, 且不存在无融合生殖现象。各样地中自然对照的结实率显著低于人工异交处理的结实率, 说明自然状态下全缘叶绿绒蒿存在一定程度的传粉限制。传粉昆虫观察发现, 样地1和2的传粉昆虫主要是蝇类, 样地3、4和5的传粉昆虫主要是蝇类和蓟马(Thripidae spp.), 蝇类在不同植株间的活动能够保证异花传粉结实, 同时, 蝇类和蓟马在花内的活动会引起“协助自交”。全缘叶绿绒蒿约65%的观察个体存在“自动自交”。蝇类在各样地的访花频率存在显著差异, 样地1访花频率最低, 样地2访花频率最高。各样地的结实由于异花传粉者的不足而受到传粉限制。两种不同类型的自交机制恰恰为该植物异花传粉者不足提供了一定程度的繁殖补偿。全缘叶绿绒蒿不分泌花蜜, 当环境温度降低时, 采取为昆虫提供保温庇护场所的方式来吸引传粉者。

倒木是高寒森林生态系统重要的碳(C)库和养分库, 其不同分解阶段的质量变化, 是认识倒木分解过程中C和养分释放的重要基础。以一个分解序列的岷江冷杉(Abies faxoniana)倒木为研究对象, 研究了心材、边材和树皮在5个分解阶段的C:N:P化学计量特征, 以及木质素和纤维素含量动态。结果显示: I至III分解阶段, 随着分解程度加深, 树皮C含量升高, 而心材和边材C含量降低, 从IV分解阶段开始倒木各组分C含量均开始显著降低。除III分解阶段的心材外, 倒木各组分N含量总体表现为随着分解程度加深而增加的趋势, 除边材N含量在V分解阶段时显著升高外, 其余组分均未达到显著性水平。心材和树皮P含量表现为先降后升的变化趋势, 最小值分别出现在III和II分解阶段; 边材P含量表现为随着分解程度加深而增加。在同一分解阶段, 树皮相对于边材和心材均具有最低的C:N:P化学计量比, 易分解比例F_m也表明树皮更易于分解。边材在I和II分解阶段的C:N:P化学计量比最高, 心材在III到V分解阶段C:N:P化学计量比最高。心材C:P、树皮和边材的C:N和C:P临界值与N和P的初始值成反比。纤维素含量随着倒木分解而降低, 不同分解阶段的纤维素含量表现为: 心材>边材>树皮; 但木质素含量随着分解程度加深而增加, 表现为: 树皮>边材>心材; 倒木3个组分纤维素含量下降均快于木质素, 此外, IV和V分解阶段的树皮木质素与纤维素比值显著增高, 且一直处于较高水平。统计分析结果表明: 倒木N含量显著影响不同分解阶段木质素和纤维素分解。由生态化学计量学理论推测: 树皮分解前期易受N限制, 整个分解阶段均易受P限制, 心材和边材在整个分解阶段均易受N和P限制。

植物功能性状可反映植物对环境的适应。在祁连山高寒退化草地, 利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型, 提取坡向数据, 采用标准化主轴估计方法(standardized major axis estimation, SMA), 研究了不同坡向甘肃臭草(Melica przewalskyi)叶性状间的关系。结果表明: 1)甘肃臭草叶面积和叶体积在北坡最大, 东坡、西坡、南坡逐渐减小, 叶干质量无显著变化; 2)叶面积与叶干质量在北坡、东坡和西坡呈等速生长关系, 在南坡呈异速生长关系, 且叶干质量的增长速度大于叶面积的增长速度; 3)叶体积与叶干质量在4个坡向上呈异速生长关系, 且叶干质量的增长速度均小于叶体积的增长速度。甘肃臭草叶性状关系随坡向的变化反映了该物种在异质生境中具有较强的叶片形态可塑性, 从而有利于其适应和占据高寒退化生境。

植物功能性状被广泛地用于研究植物对环境变化的响应。糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)是内蒙古草原重要的C₄物种, 其功能性状是如何对水氮环境的变化做出响应的, 还不十分清楚。该文采用盆栽实验的方法, 进行氮添加(0, 10.5, 35.0和56.0 g·m^-2·a^-1)和降水(自然降水和70%平均月降水量)处理, 研究糙隐子草整株性状、叶形态性状和叶生理性状对氮添加和干旱的响应。结果表明, 氮添加显著影响了糙隐子草的整株性状, 氮、水处理及它们的交互作用显著影响了糙隐子草的叶形态性状和叶生理性状。各功能性状对氮添加的响应格局在自然降水和干旱处理下是不同的。根深、茎生物量和茎叶比在干旱条件下低和中氮添加处理中较高, 而在自然降水下无明显变化; 比叶面积在干旱条件下随氮添加量的增加而增加, 而在自然降水下无增加趋势; 自然降水下, 高氮添加显著刺激了光合速率和蒸腾速率, 增加了水分利用效率, 而在干旱条件下氮添加对它们没有显著影响; 叶片单位面积的氮含量在自然降水下随氮添加量的增加有增加趋势, 而在干旱条件下显著降低。在自然降水下, 氮添加主要影响糙隐子草的叶形态和生理性状, 而在干旱条件下, 氮添加主要影响糙隐子草的整株性状和形态性状。总之, 糙隐子草的功能性状对氮添加表现出明显的响应, 响应格局在不同的水分条件下不同, 反映了其对氮水环境变化的弹性适应。

研究外来入侵植物与本地植物种竞争对气候变暖的响应, 对于预测未来气候变化背景下入侵植物的入侵趋势、理解其入侵机制以及筛选生态替代种具有重要的意义。以入侵我国的外来植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和本地植物种接骨草(Sambucus chinensis)为材料, 通过两种植物单栽、纯栽和混栽, 采用红外辐射加热器模拟增温, 研究了两种植物竞争对模拟增温的响应。结果表明: (1)在模拟增温期间(2013年5-12月), 增温组空气平均温度比不增温组提高了0.47 ℃, 相对湿度降低了1.87%; (2)混栽的喜旱莲子草除根冠比与单栽无显著差异外, 其余各生物量和根系形态指标均显著低于单栽喜旱莲子草; 无竞争、种间竞争和种内竞争三种竞争间, 接骨草除根冠比、细根与总根生物量比、比根长和比根表面积无显著差异外, 其余指标均呈现无竞争>种间竞争>种内竞争的趋势; (3)无竞争、种间竞争和种内竞争三种条件下, 喜旱莲子草各指标在增温和不增温处理间差异均不显著, 而接骨草总生物量和根生物量在无竞争和种间竞争条件下增温处理均显著低于不增温处理, 在种内竞争条件下则相反; (4)增温使接骨草的相对拥挤系数降低, 接骨草对温度升高反应敏感, 而喜旱莲子草则表现出一定的适应性。由此推测, 在中度遮阴陆生生境中, 接骨草有望成为喜旱莲子草生物替代控制的材料。

为探索植物叶片氮(N)、磷(P)、碳(C)生态化学计量特征随植物生长发育的变化规律, 在普洱季风常绿阔叶林中, 选取6种优势植物种(红锥(Castanopsis hystrix)、短刺锥(Castanopsis echidnocarpa)、泥柯(Lithocarpus fenestratus)、截果柯(Lithocarpus truncatus)、西南木荷(Schima wallichii)、茶梨(Anneslea fragrans))采集叶片, 分析其N、P、C含量及化学计量比随植物生长发育的变化。结果显示: 6种植物在不同生长阶段的N含量变化范围为7.90-17.72 mg·g^-1, P为0.34-1.39 mg·g^-1, C为458.48-516.87 mg·g^-1, C:N为28.04-65.70, N:P为11.41-63.50, C:P为355.23-1878.17, 且不同生长阶段6种植物及总体叶片N、P、C含量及其化学计量比变化趋势各异。在变异系数上, N:P比整体变异最大, 为36.46% (变化范围19.19%-91.65%), 其次为C:P, 为34.80% (变化范围15.99%-91.60%), C的整体变异最小, 为3.12% (变化范围1.61%-5.89%)。变异来源分析结果显示, N含量、C含量、C:N、N:P及C:P均主要受植物生长阶段的影响, 而P含量主要受物种与生长阶段的交互作用影响。

筛选磷富集植物是磷矿废弃地土壤与植被修复的关键。该文以向日葵(Helianthus annuus)、苏丹草(Sorghum sudanense)、南瓜(Cucurbita moschata)为研究对象, 采用盆栽试验, 设置5个磷浓度(0、100、300、500和700 mg·kg^-1), 分别在3个不同生长时段(4周、7周、10周)内采样, 对这3种植物的磷吸收和富集能力进行了比较。结果表明: (1)在相同生长时间内, 向日葵、苏丹草、南瓜的地上部磷含量均随磷处理浓度的升高而增大, 最大值分别为9.67 g·kg^-1、4.86 g·kg^-1、6.32 g·kg^-1; 相同浓度下, 向日葵地上部磷含量随着生长时间的延长呈上升趋势, 苏丹草则呈下降趋势, 南瓜无显著变化; (2) 3种植物的地上部磷累积量均在磷处理浓度为700 mg·kg^-1时, 生长10周后达到最大值, 分别为217.83 mg·plant^-1、93.92 mg·plant^-1、135.82 mg·plant^-1; (3)各浓度处理下, 向日葵、苏丹草的地上部磷富集系数和转移系数均大于1.00, 南瓜的地上部磷富集系数和转移系数波动较大; 向日葵的富集系数和转移系数最大值分别达11.39和4.09。综合比较可知, 3种植物磷吸收和富集能力的大小顺序为: 向日葵>南瓜>苏丹草。向日葵各项富磷特征基本符合磷富集植物的筛选标准, 可作为磷矿废弃地土壤与植被修复的备选物种。

通过田间试验, 研究了垂直传播的Neotyphodium属内生真菌和水平传播的Epichloë属内生真菌对羽茅(Achnatherum sibiricum)生理生态的影响。结果表明: Neotyphodium属内生真菌感染对羽茅的株高和叶长有显著的正效应, 而Epichloë属内生真菌感染对羽茅株高和叶长的增益作用较少。感染Neotyphodium属内生真菌的羽茅最大净光合速率显著高于感染Epichloë属内生真菌的羽茅, Neotyphodium属内生真菌显著提升了羽茅的气孔限制值和水分利用效率, 而实验测定的第一年结果显示: Epichloë属内生真菌对羽茅的各个光合指标具有明显的负效应(胞间CO₂浓度除外)。Neotyphodium属内生真菌感染使得宿主植物积累的可溶性糖含量显著高于感染Epichloë属内生真菌的羽茅和不染菌的羽茅植株。感染Epichloë属内生真菌的羽茅中氮含量显著高于感染Neotyphodium属内生真菌的羽茅。总之, 内生真菌的传播方式是影响羽茅生理生态学特性的一个因素, 并且垂直传播的内生真菌对羽茅生长和生理特性的益处高于水平传播的内生真菌。

解析植物木质部导水率对逆境的响应和适应对促进植物抗逆性机理研究和受损植被恢复具有重要意义。该文以荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 系统分析了胡杨幼株根、茎、叶水分传输通道对不同浓度盐胁迫的响应和适应。结果表明: (1)胡杨幼株根系对盐胁迫的敏感性高于茎和叶, 盐胁迫下根系生长和根尖数显著受到抑制, 根木质部易于发生栓塞, 导水率明显降低。(2)胡杨幼株茎木质部导水率对盐胁迫的响应依盐浓度而定, 轻度(0.05 mol·L^-1 NaCl)和中度(0.15 mol·L^-1 NaCl)盐胁迫下, 胡杨可以通过协调导管输水的有效性和安全性来调节木质部的导水率, 维持植物正常生长; 重度(0.30 mol·L^-1 NaCl)盐胁迫下, 胡杨茎木质部导管输水有效性和安全性均明显降低, 木质部导水率显著下降, 并伴随叶片气孔导度的显著降低, 从而严重抑制了胡杨的光合和生长。

互花米草(Spartina alterniflora)的入侵给海岸带盐沼生态系统的结构和功能带来了显著影响。互花米草盐沼中的硫含量高于附近的土著芦苇(Phragmites australis)盐沼。为探讨硫元素对互花米草和芦苇竞争过程的可能影响及其作用机制, 以50 mmol·L^-1的Na₂SO₄和Na₂S对互花米草和芦苇进行处理, 分析处理前后5天内两种植物光合气体交换和叶绿素荧光指标变化的差异, 实验另设等Na⁺浓度的NaCl处理作为比较。研究发现: Na₂S对互花米草和芦苇光合作用影响的差异最大, NaCl次之, Na₂SO₄最小。Na₂S处理后, 互花米草净光合速率(P_n)出现显著上升, 芦苇P_n值大幅度下降。互花米草的光饱和点(I_sat)上升而芦苇的I_sat值无变化。表明Na₂S处理对互花米草的光合能力有促进作用, 但对芦苇的光合能力有抑制作用。NaCl处理后互花米草P_n值也出现小幅上升, 而芦苇P_n值略有下降。Na₂SO₄处理对互花米草和芦苇的P_n值均无显著影响。除Na₂SO₄处理的互花米草外, 不同盐处理后的互花米草和芦苇非光化学淬灭(NPQ)均出现上升趋势。研究结果表明互花米草对环境硫胁迫的适应能力显著高于芦苇, 暗示盐沼高硫环境尤其是硫化物有助于互花米草相对于芦苇的竞争, 也很可能是其形成单一植被的重要原因之一。

为了进一步了解光照下植物呼吸作用的内在机理以及呼吸作用和光合作用的关系, 该文研究了在光照下菜豆(Phaseolus vulgaris)叶片抗氰呼吸与光合作用的关系。研究发现, 将黑暗下生长的菜豆幼苗叶片转到光照下10 h, 总呼吸、抗氰呼吸以及抗氰呼吸在总呼吸中的比例均逐步上升; 光照也导致了叶片叶绿体光合放氧和CO₂固定的出现及其速率的增加, 但光合放氧和CO₂固定速率的增加均滞后于抗氰呼吸的增加。将黑暗下生长的叶片转到光照下之前用抗氰呼吸的抑制剂水杨基氧肟酸(SHAM)处理叶片, 发现用SHAM处理并没有导致叶片在光照下光合放氧和CO₂固定速率的明显变化, 这也提示了黑暗下生长的叶片转至光照的过程中, 抗氰呼吸和光合作用没有产生偶联。进一步研究发现, 在黑暗中对叶片施加短时间的光照能够增加抗氰呼吸在总呼吸中的比例, 但短时间的光照对叶片光合CO₂固定速率没有影响。这些结果表明了光照对抗氰呼吸的诱导可以不依赖于光合作用, 光照可能是作为一种直接的信号去诱导抗氰呼吸。

竹子是竹亚科植物的总称, 在人类文化与经济活动中扮演着重要角色, 然而竹子也会向其邻近的生态系统不断入侵扩张, 引发一系列生态环境问题。该综述试图从竹子扩张过程、扩张后效、扩张机制等方面, 总结竹子扩张生态学方面取得的研究进展, 以期为生态系统保护提供参考。综述认为: (1)竹子扩张过程主要包括地下渗透、地上成竹、竞争排斥和优势维持4个阶段; (2)竹子扩张不同程度地会影响邻近生态系统的群落组成与结构、生物多样性、土壤性质、生态过程与功能, 并造成生态景观的破坏; (3)竹子扩张既与其生长快速、繁殖力强、形态多样、集团协同等内禀优势有关, 也与邻近生态系统可入侵性有关; 竹子可通过遮光、机械损伤、凋落物抑制、养分竞争与化感作用等直接或间接的竞争方式排斥其他植物, 且自然或人类干扰有利于竹子扩张。因此, 竹子扩张机制符合“内禀优势-资源机遇-干扰促进”的生物入侵假说。建议在未来环境变化背景下, 加强竹子对环境变化的响应与适应、竹林-阔(针)叶林界面特征、竹子扩张过程与格局、扩张生态效应评价、竹子扩张防控与合理利用等领域的研究。