森林小气候是森林植被与区域气候相互作用所形成的局地环境系统。森林小气候的研究, 不仅是一项关于森林生态系统运行机理的理论研究工作, 对农林业生产也具有现实的指导意义, 在全球变化形势下其重要性又进一步凸显。辐射的收支、能量的平衡与分配是小气候特征形成的基础。对森林辐射收支和能量分配的研究, 过去主要以单站点为主, 系统的区域分析十分匮乏。该文采用亚洲东部17个森林站点的实测数据, 分析了生态系统的辐射收支和能量平衡, 探讨了区域尺度上辐射特征量的纬度变异性及其预测关系式, 建立了亚洲东部森林带典型森林生态系统的辐射和能量收支模式。所选站点以水平地带性为主, 为区域分析奠定了基础。研究发现, 辐射特征量具有明显的纬度依赖性, 辐射特征量和纬度二者的关系可以用于相应的预测。比如, 太阳辐射随着纬度的变化关系为: y = 6205 - 42.15x (p < 0.01), 即纬度每上升1°, 太阳辐射年总量下降42 MJ, 理论最大值为6205 MJ。净辐射的纬度趋势更加显著(r = -0.89, p < 0.0001), 其线性回归关系为: y = 4340 - 45.60x。亚洲东部森林蒸散比(EF)与降水量(P)之间的定量关系为: EF = 0.7098(1 - exp(-0.0026P))。通过对比不同森林带的辐射和能量模式, 发现亚热带森林在辐射收支上与温带森林相近, 波文比既高于温带森林, 也高于热带森林, 表明更多的净辐射能用于显热交换。关于亚热带森林在小气候和物质代谢方面的特殊性, 值得进一步分析研究。

为了了解退化喀斯特森林自然恢复中生态系统碳吸存趋势, 采用空间代替时间的方法, 研究了茂兰退化喀斯特森林自然恢复中生态系统碳吸存特征。结果表明: 总体上植被生物量随恢复进程递增, 其中乔木层与其变化一致, 草本层、灌木层则相反; 喀斯特植被的地上与地下生物量之比较低, 尤其灌木层的地上与地下生物量之比最低; 加权平均含碳率随恢复进展递增; 随恢复进程, 植被乔木层碳密度递增, 草本层、灌木层碳密度递减; 总体上生态系统及其植被、土壤的碳密度由恢复早期(草本阶段、草灌阶段)经中期(灌木阶段、灌乔阶段)至后期(乔木阶段、顶极阶段)呈增加趋势, 而凋落物的相反。在贵州茂兰国家级自然保护区喀斯特森林的恢复进程中, 植被对生态系统碳库的影响最大, 尤其是木本植被, 而土壤的影响较小, 因此, 加强植被恢复对喀斯特地区生态系统碳汇具有极重要的意义。

碳、水循环是沙质草地生态系统物质和能量循环的两个关键生态过程, 认识碳、水循环的变化对了解沙质草地生态系统结构与功能对区域气候变化和人类活动的响应具有重要作用。2013年利用箱式法对科尔沁围封和放牧的沙质草地进行了一个生长季的观测研究, 结果表明: (1)在观测周期内, 沙质草地生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(ER)、蒸散量(ET)在围封和放牧样地之间存在显著差异(p < 0.05)。围封17年样地的GEP、ER、ET均最大, 其次为围封22样地的, 放牧样地的最小, 且最大值分别为最小值的2.23倍、1.65倍、1.94倍。(2)碳水(GEP和ET)之间存在显著的线性正相关关系(p < 0.01), ET可解释GEP 58%-60%的变异, 水分利用效率(WUE)从大到小依次为: 围封22年(2.85 μmol·nmol^-1) >围封17年(2.75 μmol·nmol^-1) >放牧(2.10 μmol·nmol^-1)。(3) GEP、ER和土壤含水率之间有显著的线性正相关关系(p < 0.01、p < 0.05), 指数模型能够较好地模拟ER对土壤温度变化的响应, ER的温度敏感系数(Q₁₀值)从大到小依次为: 围封17年(1.878) >围封22年(1.733) >放牧(1.477)。因此, 围封能够使退化沙质草地生态系统的碳水循环速率提高, 但围封时间不宜过久。

根系分叉数和连接长度影响植物根系分布格局, 二者的权衡关系对理解植物根系构型的生态适应策略有重要意义。利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型, 并提取坡向数据, 采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法, 研究了祁连山北坡高寒退化草地不同坡向甘肃臭草(Melica przewalskyi)根系分叉数与连接长度间的关系。结果表明: 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 草地群落的密度、高度、地上生物量和土壤含水量逐渐减小, 甘肃臭草种群的密度、高度以及根系连接长度呈逐渐增大的趋势、分叉数逐渐减小; 不同坡向甘肃臭草根系分叉数与连接长度间的相关性存在差异(p < 0.05), 在南坡和北坡甘肃臭草根系分叉数和连接长度之间存在极显著的负相关关系(p < 0.01), 在东坡和西坡二者之间存在显著的负相关关系(p < 0.05), 甘肃臭草分配给根系分叉数与连接长度的资源间存在着“此消彼长”的权衡关系。不同坡向甘肃臭草根系分叉数和连接长度的资源配置模式反映了植物根系功能性状对环境的响应和适应, 以及根系构型构建的投资权衡机制。

采用两种群落分类方法——以环境梯度为分类依据的多元回归树(MRT)和多年来广泛应用的双向指示种分析(TWINSPAN), 对吕梁山南段森林群落进行了数量分类, 同时依据植物群落分类和命名原则, 对分类后的各群系进行命名, 并用吻合系数比较两种分类结果的吻合程度, 分析MRT的优劣势, 为以后选择合适的植物群落数量分类方法提供参考。结果表明: (1) MRT将41个森林样方分为4个群系, 分别为侧柏(Platycladus orientalis)群系、青榨槭(Acer davidii)群系、辽东栎(Quercus wutaishanica)群系、柿(Diospyros kaki)群系, 群系类型与TWINSPAN的分类结果相同; (2)根据群系的样方组成, 两种分类结果的吻合度较高, 吻合系数达80.5%; (3)与TWINSPAN相比, MRT同时以物种和环境信息为依据, 对有过渡性质的样方划分更为可靠。因此, 单纯从植被分类的角度来看, 尽管TWINSPAN的分类结果更客观, 但当TWINSPAN分类遇到困难时, 如在划分大样地连续样方或具有过渡性质样方时, MRT更有优势。

基于功能性状的研究方法广泛地应用于生态学研究, 用于解释不同层次的复杂的生态学过程, 而绿色植物叶片的功能性状长期被认为对植物的生存、生长和繁殖具有重要的影响。该研究对玛曲高寒沼泽化草甸51个植物种(分属于14科)的叶片形态和光合性状进行测量, 比较不同物种和不同功能群(莎草科、禾本科和双子叶类杂草)的差异, 分析叶片形态特征和叶片光合性状之间的相关性。结果表明: 1)不同物种、不同功能群之间在比叶面积、净光合速率和水分利用效率等叶片形态和光合特征方面有着显著的差异, 例如禾本科植物具有较高的比叶面积和水分利用效率, 双子叶类杂草具有较大的叶面积, 而莎草科植物具有较高的净光合速率。2)相关性分析结果显示, 无论在物种水平还是功能群水平, 叶片形态和叶片光合性状之间都具有显著的相关关系。该研究揭示了高寒沼泽化草甸植物物种在叶片功能性状上的显著分化, 进而使得这些物种能在同一个草地群落中共存, 而群落中不同功能群物种的组成差异将会对群落的结构、功能和资源利用产生显著的影响。该研究将为进一步研究高寒沼泽化草甸提供基础研究数据并为其保护和恢复提供生理生态学依据。

红树林是海岸重要生态关键区, 在维护生物多样性和沿海地区生态安全等方面发挥着重要作用。红海榄(Rhizophora stylosa)是我国红树林生态系统的建群种之一。为了揭示红海榄次生木质部解剖特征可塑性的生态适应意义, 该文测定了海南省东寨港红树林自然保护区6个红海榄种群18个采样点的土壤理化性质, 应用显微镜和电镜详细观测了各采样点生长的18株红海榄植株次生木质部的形态解剖特征, 并测量了红海榄次生木质部的数量解剖特征。不同样地的红海榄次生木质部都具有纤维状导管和环管管胞、螺旋雕纹和附物、生长轮、薄壁细胞(含淀粉粒)等结构。这些特化结构具有生态适应意义, 在潮间带高盐生境中能促进水分输导的安全性。不同生境中红海榄次生木质部数量解剖特征可塑性大, 利用逐步回归分析方法分析了土壤理化因子与红海榄次生木质部数量特征的关系。结果表明: 土壤全盐含量、土壤Mn²⁺含量、土壤Na⁺含量、土壤Cl^-含量、土壤Ca²⁺含量、土壤有机质含量、土壤全磷含量和土壤pH值对次生木质部数量特征的影响达到极显著水平, 不同样地红海榄次生木质部数量特征的变化是红海榄适应异质生境的结果。

莫莫格国家级自然保护区位于松嫩平原西部, 以保护白鹤(Grus leucogeranus)等珍稀水禽及其栖息地为主要目的。扁秆藨草(Scirpus planiculmis)是莫莫格湿地的重要植物, 也是白鹤在该区停栖的主要食源植物。莫莫格湿地水文恢复后, 芦苇(Phragmites australis)等高大挺水植物大量出现, 阻碍了扁秆藨草的恢复。种子萌发是植物生活史的重要阶段, 对于认识野外植物群落动态和植被管理十分重要。该研究在人工气候箱模拟野外环境条件, 分析了光照(全光、遮阴、黑暗)、水深(0、5、15和30 cm)及其交互作用对芦苇种子萌发的影响。结果表明: 光照和水深变化明显影响芦苇种子的萌发; 最终萌发比例在遮阴和黑暗条件下明显比在全光下高, 在3种光照处理下较深水位(5-30 cm)均抑制了芦苇种子的萌发。芦苇种子萌发也明显受光照和水深交互作用的影响; 在全光条件下, 萌发比例在0 cm水深(86.67% ± 2.36%)显著高于其他较深水位; 在遮阴和黑暗环境下, 0 cm水深与其他水深处理间的差异明显缩小, 这应是在遮阴和黑暗条件下(不考虑水深)萌发比例较高的重要原因。因此, 在芦苇建群初期, 及时进行清除处理并保持一定地表水位可以限制芦苇通过有性繁殖更新, 同时改善地表光辐射等生境条件, 促进扁秆藨草恢复。

早熟禾亚科多种禾草可与Neotyphodium内生真菌形成禾草-内生真菌共生体, 这种植物-微生物共生体性状较为稳定, 且在自然界中广泛存在。禾草-内生真菌共生体稳定的互利共生关系不但保证了内生真菌所需的全部营养物质, 而且共生体产生的次生代谢物又可显著提高宿主禾草对生物胁迫的抗逆性。众多研究表明, 内生真菌的侵染可显著提高宿主禾草对虫害、病害及伴生植物等多种生物胁迫的抗性。据不完全统计, 禾草内生真菌对蛛形纲、线虫纲、昆虫纲3个纲至少79个种的害虫表现出较明显的抗性, 对至少22个种的病原真菌表现出明显的抗性。尽管利用内生真菌进行禾草品种选育及其品质改良的技术日趋成熟, 但是内生真菌在不同宿主禾草之间高效的替代转化技术, 及其在宿主体内遗传的稳定性仍有待于进一步深入探索。研究者把禾草内生真菌作为生防手段, 在未来的应用过程中不应只考虑其与宿主禾草之间的共生特异性, 而应更全面地分析禾草-内生真菌-生态环境之间的相互关系, 让内生真菌更好地为人类服务。

紫花苜蓿(Medicago sativa)是全球性的栽培牧草, 因其秋眠性强弱而导致的抗寒性差异为深刻解析植物耐寒适应的进化生态学机制提供了一个很好的研究模式。作为多年生豆科植物, 秋眠性是紫花苜蓿适应晚秋日照缩短、温度降低, 以及提高越冬存活率的一种生长特性。秋眠性的形成与几千年来紫花苜蓿在全球的传播扩展和栽培利用有关, 长期处于不同的气候生境, 导致秋眠性的适应进化, 这为人类利用提供了丰富的遗传资源。根据秋眠性的强弱, 学术界目前将之分为11个等级。一般而言, 秋眠性的强弱影响了紫花苜蓿的低温驯化与越冬耐寒适应等过程, 导致不同品种间的抗寒性存在差异。迄今, 关于秋眠性的光温调控, 以及秋眠性影响低温驯化的生理生态过程研究较多, 而对相关的细胞信号转导与基因表达调控途径, 尤其是对秋眠性如何影响越冬紫花苜蓿抗冻蛋白作用等耐寒适应的分子机制, 尚知之甚少。针对目前研究中存在的问题, 该文提出了未来需要重点关注的科学问题。