植物群落中不同“功能身份”物种的多样性与特定生态系统功能之间具有何种关系及其作用机制尚不明确。通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期5年的刈割(不刈割、留茬3 cm、留茬1 cm)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)控制实验, 研究了刈割与土壤资源获得性梯度上不同“功能身份”物种(群落中所有物种、响应物种、作用物种和共有物种)的多样性变化与群落地上净初级生产力和稳定性的关系以及稳定性机制。研究结果显示: 群落中响应物种、作用物种和共有物种数分别占全部物种数的36.6%、18.3%和64.8%, 物种多样性对生态系统功能具有不同的效应, 净初级生产力主要受响应物种和作用物种的多样性变化影响, 而稳定性则主要由共有物种的多样性变化决定; 群落稳定性的维持主要依赖于共有物种的多样性增加, 其作用机制是投资组合效应, 而超产效应和异步性效应对稳定性并无作用; 刈割和施肥对物种多样性、稳定性和净初级生产力具有相反的影响, 前者能增加物种多样性和稳定性, 并降低净初级生产力, 而后者的作用正相反。这与群落中全部物种的多样性变化受刈割影响较大, 而作用物种的多样性变化受资源获得性影响较大有关。上述结果表明高寒草甸生态系统地上净初级生产力主要由少数影响生产力的作用物种的多样性决定, 而稳定性则由大量共有物种的多样性所掌控。投资组合效应是物种多样性导致稳定性的机制。由于群落中不同物种的多样性效应具有分异性, 对于特定的生态系统功能而言, 物种的“功能身份”可能比物种多样性本身更重要, 不加区别地笼统定义物种多样性与生态系统功能的关系可能欠妥。

季节性雪被可能对高山森林凋落物分解产生重要影响, 但一直没有深入的研究。该文采用凋落物分解袋法, 于2010-2012年雪被覆盖下几个关键时期(冻结初期、深冻期和融化期)以及生长季节, 研究了川西高山森林代表性树种岷江冷杉(Abies faxoniana)、红桦(Betula albosinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)和方枝柏(Sabina saltuaria)凋落叶在不同厚度冬季雪被下的分解动态。经过两年的分解, 不同雪被覆盖下岷江冷杉凋落物分解率为33.98%-39.55%, 红桦为46.49%-48.22%, 四川红杉为42.30%-44.93%, 方枝柏为40.34%-43.84%。相对于无雪被覆盖环境, 厚型雪被覆盖均小幅提高了4种凋落物两年的失重率(1.57%-5.57%)。3个针叶树种(岷江冷杉、四川红杉和方枝柏) Olson凋落物分解系数k均以厚型雪被覆盖最大, 薄型雪被覆盖最小, 而阔叶树种红桦分解系数k则表现为无雪被>薄型雪被>较厚型雪被>厚型雪被>中型雪被。尽管在第二年生长季中雪被对红桦凋落物分解的促进作用不明显, 但雪被覆盖明显促进了两年各个关键时期岷江冷杉、四川红杉和方枝柏凋落物的分解。第一年雪被期凋落物分解对当年分解总量的贡献达42.5%-65.5%, 季节性雪被变化明显改变了凋落物冬季分解格局, 对深冻期凋落物分解过程影响尤为显著。综上所述, 当前气候变化情景下冬季雪被的减少可能减缓该区森林凋落物分解过程, 但相对于易分解的阔叶凋落物, 针叶凋落物的响应特征可能更为强烈。

高山/亚高山森林灌木层植物凋落物的分解对于系统物质循环等过程具有重要意义, 并可能受到冬季不同厚度雪被斑块下冻融格局的影响。该文采用凋落物分解袋法, 研究了高山森林典型灌层植物华西箭竹(Fargesia nitida)和康定柳(Salix paraplesia)凋落物在沿林窗-林下形成的冬季雪被厚度梯度(厚型雪被斑块、较厚型雪被斑块、中型雪被斑块、薄型雪被斑块、无雪被斑块)上在第一年不同关键时期(冻结初期、冻结期、融化期、生长季节初期和生长季节后期)的质量损失特征。在整个冻融季节, 华西箭竹和康定柳凋落叶的平均质量损失分别占全年的(48.78 ± 2.35)%和(46.60 ± 5.02)%。冻融季节雪被覆盖斑块下凋落叶的失重率表现出厚型雪被斑块大于薄型雪被斑块的趋势,而生长季节无雪被斑块的失重率明显较高。尽管如此, 华西箭竹凋落物第一年分解表现出随冬季雪被厚度增加而增加的趋势, 但康定柳凋落物第一年失重率以薄型雪被斑块最高, 而无雪被斑块最低。同时, 相关分析表明冻融季节凋落叶的失重率与平均温度和负积温呈极显著正相关, 生长季节凋落叶的失重率与所调查的温度因子并无显著相关关系, 但全年凋落物失重率与平均温度和正/负积温均显著相关。这些结果清晰地表明, 未来冬季变暖情境下高山森林冬季雪被格局的改变将显著影响灌层植物凋落物分解, 影响趋势随着物种的差异具有明显差异。

为了解同一生活型不同种植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量学特征随季节变化的响应规律, 在生长季不同月份, 对阿拉善荒漠区6种主要灌木植物霸王(Zygophyllum xanthoxylum)、白刺(Nitraria tangutorum)、红砂(Reaumuria soongorica)、驼绒藜(Ceratoides latens)、猫头刺(Oxytropis aciphylla)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)的物候期进行了连续的观察, 并采集植物叶片, 分析了其C、N、P含量及计量比在不同月份的变化。结果显示: 1)同一生活型的6种植物的叶片C、N、P及C:N、C:P和N:P在整个生长季内的变化规律不同, 且以上各指标季节间的变异系数在6种植物之间也存在差异; 2)单个植物种叶片C、N、P含量及其计量比的季节变异分析显示, 叶片C、N含量及C:N的季节变异较小, 叶片P含量及C:P和N:P的季节变异较大, 6种植物叶片C、N含量及C:N由于季节变异所计算的变异系数变化范围分别为0.60%-10.20%、6.09%-20.50%和5.87%-18.78%, 6种植物叶片P含量的季节变异所产生的变异系数范围为16.43%-43.43%, 叶片C:P和N:P的变异系数范围分别为8.48%-31.95%和11.86%-40.73%; 3)综合分析6种植物叶片C、N、P及其计量比各指标在整个生长季节内的变异, 变异系数由大到小排序为: P (28.85%) > C:P (25.02%) > N:P (22.18%) > N (14.22%) > C:N (12.48%) > C (4.62%); 4) 生长季节与植物种类对植物叶片C、N、P及其计量比影响的交叉分析显示, 植物叶片C、N含量的变异主要受植物种类影响, 植物叶片P含量的变异主要受生长季节影响, 植物叶片C:N、C:P和N:P的变异都主要受植物种类影响。

滇池流域富磷区退化山地面源污染的防控是滇池富营养化综合治理的重点区域和关键环节。为了了解富磷区退化山地典型植物群落的生态修复效能, 该文以马桑(Coriaria nepalensis)-蔗茅(Erianthus rufipilus)群落为例, 从群落构建过程、优势种的面源防控能力、形成群落的面源污染防控效能三个方面对该群落的生态修复效能进行研究。结果表明, 马桑、蔗茅及其形成的马桑-蔗茅群落均可有效地降低地表径流量, 悬浮颗粒, 及土壤氮、磷流失, 但马桑、蔗茅种群数量水平低, 种群之间不存在显著的空间关联性。基于以上研究结果, 建议在后期的生态修复过程中, 通过增加马桑、蔗茅的数量, 使二者之间达到空间正关联性, 群落结构的完善不仅可以有效地抑制紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)的入侵, 还可以进一步提高对退化山地面源污染的防控效能。

土壤养分的空间异质性在自然界普遍存在, 而克隆植物被认为能很好地适应和利用土壤养分异质性。尽管尺度和对比度是异质性的两个重要属性, 但有关土壤养分异质性的尺度和对比度及其交互作用对克隆植物生长和分株分布格局影响的研究仍比较缺乏。在一个温室实验中, 根状茎型草本克隆植物扁秆荆三棱(Bolboschoenus planiculmis) (异名扁秆藨草(Scirpus planiculumis))被种植在由高养分斑块和低养分斑块组成的异质性环境中。实验为两种尺度处理(大斑块和小斑块)和两种对比度处理(高对比度和低对比度)交叉组成的4种处理组合。在每个处理中, 高养分和低养分斑块的总面积相同; 在所有4种处理中, 土壤养分的总量也完全相同。无论在整个克隆(植株)水平, 还是在斑块水平, 尺度、对比度及其交互作用对扁秆荆三棱的生物量、分株数、根状茎长和块茎数的影响均不显著。然而, 在斑块水平, 扁秆荆三棱在高养分斑块中的生物量、分株数、根状茎长和块茎数均显著高于低养分斑块, 而在高养分斑块中相邻分株间的距离(间隔物长)小于低养分斑块, 并且这种效应均不依赖于斑块尺度的大小和对比度的高低。因此, 在土壤养分异质性环境中, 扁秆荆三棱可以通过缩短间隔物长, 并可能通过提高根状茎的分枝强度, 把较多的分株和潜在分株放置在养分条件好的斑块中。这种响应格局体现出克隆植物的觅食行为, 有利于整个克隆对异质性资源的吸收和利用。然而, 该实验中的尺度和对比度对扁秆荆三棱分株的放置格局均没有显著效应。作者推测, 在一个更大的斑块尺度和(或)对比度范围内, 扁秆荆三棱对土壤养分异质性的响应可能不同。因此, 下一步的研究应涉及更广泛的尺度和对比度。

外来有害植物刺萼龙葵(Solanum rostratum)又名黄花刺茄, 已扩散至中国多省, 各地的种群在表型上存在差异。为揭示刺萼龙葵在中国不同分布区表型变异产生的原因及变异规律, 该文以来自中国9个地区的刺萼龙葵种群的种子为材料, 进行同质生物园种植。通过对营养和生殖器官共10个表型性状进行严格细致的测量, 并采用单因素方差分析(one-way ANOVA)、变异系数分析、主成分分析、聚类分析(UPGMA)和相关性分析等数理方法, 分析了各个种群的表型变异。结果表明: (1)来自不同种群的刺萼龙葵在10个性状上差异均极显著(p < 0.01), 表明种群间的性状差异具有遗传上的稳定性; (2)营养性状平均变异系数(CV = 18.2%)显著高于花部性状(CV = 9%), 结合主成分分析的结果, 可得出冠幅、 花冠直径、节间距以及株高是决定表型变异的主要代表性状; (3)种群间的聚类分析将刺萼龙葵的9个种群划分为3类, 表型性状并没有依地理距离而聚类; (4)地理因子中, 对性状影响最大的是海拔, 其次是经度, 最后是纬度。

为了研究骆驼刺(Alhagi sparsifolia)在不同遮阴环境下的生理适应性, 以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围骆驼刺为试验材料, 设置正常光照、中度遮阴(70%自然光)、重度遮阴(30%自然光) 3种光照环境, 观测了遮阴90天后土壤含水率, 骆驼刺水势、气孔导度(G_s)、叶形态、叶绿素(Chl)含量、脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量等在不同遮阴条件下的变化特征。结果显示: 随着遮阴强度的增大, 土壤含水率, 骆驼刺水势、G_s、比叶面积、Chl含量、类胡萝卜素含量有一定程度的增加; 骆驼刺叶片厚度、Pro含量、MDA含量、可溶性糖含量以及Chl a/Chl b有不同幅度的减少。结果表明: 一段时间内适度的遮阴在一定程度上降温增湿, 能够改善骆驼刺的生境, 从而避免高温强光和低水势对植物造成的伤害, 促进植物的生长, 但长期遮阴对植物的生长不利。因此建议通过短期的遮阴, 特别是在温度较高、光照较强的夏季正午前后对骆驼刺进行遮阴处理, 以达到对骆驼刺的逆境防护, 促进骆驼刺的生长。

为了确定小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)根系的最优取样位置和更准确地模拟根长密度在土壤剖面的分布, 在冬小麦和夏玉米的灌浆后期, 采用根钻法取样, 比较了不同取样位置对根系分布的影响; 采用Gerwitz和Page模型对根长密度的分布进行了模拟。结果表明, 冬小麦行间和行上取样在0-10 cm土层根长密度差异显著, 在10 cm以下土层差异减少。在确定根长密度分布的取样中, 在0-20 cm土层应考虑根长密度分布的空间差异, 即行上密度大于行间密度; 而在20-100 cm土层, 需要考虑行间根长密度大于行上的空间差异; 在1 m以下土层两个位置的差异逐渐消失, 可不考虑空间差异。夏玉米根长密度在上层土壤表现出距离植株不同位置差异显著的特征。植株位置(株上)、距植株10 cm和距植株20 cm位置根长密度在土壤中的分布特征是: 0-10 cm土层3个位置根长密度差异在50%以上, 根长密度大小是株上>距植株10 cm>距植株20 cm; 而在10-30 cm层次, 根长密度表现为距植株10 cm>株上>距植株20 cm, 30-50 cm土层株上位置的根长密度最小, 50 cm以下各位置根长密度差异不明显。对于玉米根系取样, 50 cm以上土层需要考虑根长密度的空间差异, 50 cm以下土层可不考虑。采用Gerwitz和Page模型, 结合华北平原机械化耕作下形成的土壤犁底层变厚及其犁底层容重增加对根系分布的影响, 在模型中加入土壤容重参数订正可以使模型更准确地模拟根长密度在土壤剖面的分布。