全球变化背景下, 诸如营养、水分等资源的波动是非稳态的, 往往以脉冲的形式出现, 呈现出频率低、强度高和持续时间短的特征。资源脉冲往往会打破植物群落固有的平衡状态, 进而影响全球变化的另一重要组分——外来植物入侵。目前, 全球变化对外来植物入侵影响的研究往往关注资源的稳态变化, 忽略了资源的波动性, 特别是脉冲的作用。该文通过综述资源脉冲对外来植物入侵影响的研究, 简要评述了资源脉冲的形成原因、类型及影响, 讨论了不同类型的资源脉冲对外来植物入侵的作用。此外, 该文根据现有的研究进展提出了一些未来可能的研究方向, 如资源脉冲的不同属性, 多种资源脉冲交互作用对植物入侵的影响及其机制等。

凝结水是半干旱地区生态系统重要的水源, 已有研究表明, 一些沙生植物可以通过叶片吸收凝结水以改善其水分状况。该研究以毛乌素沙地典型沙生灌木黑沙蒿(又称油蒿)(Artemisia ordosica)和北沙柳(Salix psammophila)为研究对象, 研究这两种植物的叶片是否具有吸收凝结水的能力, 并探究叶片吸水的途径及运移的通道。分别将黑沙蒿与北沙柳失水和未失水离体枝条置入人工模拟加湿室中, 使用高丰度氘水标记的凝结水进行浸润实验, 比对浸润前后枝条质量、叶片水及茎水氢同位素丰度变化, 确定黑沙蒿和北沙柳的叶片吸水能力; 并将盆栽黑沙蒿和北沙柳整株置入人工模拟加湿室, 使用荧光标记的凝结水进行浸润实验, 比对浸润前后叶片、小枝荧光显像, 确定黑沙蒿和北沙柳叶片吸收和运移凝结水的途径。结果显示: (1)黑沙蒿和北沙柳未失水枝条在浸润前后质量无显著差异, 黑沙蒿和北沙柳失水离体枝条在凝结水浸润后质量显著提高了2.04%和6.74%, 叶片水氘丰度提高了170.10‰和104.09‰, 茎水氘丰度提高了10.52‰和12.72‰; (2)荧光标记凝结水浸润后, 荧光示踪剂分布在黑沙蒿和北沙柳叶片的角质层、气孔、海绵组织、栅栏组织和维管束中, 黑沙蒿叶片的厚角组织中也发现了荧光示踪剂, 两种灌木小枝的表皮、韧皮部、木质部和髓中均观察到荧光。以上结果表明, 毛乌素沙地两种典型灌木叶片均具有吸收凝结水的能力, 水分亏缺植株的吸水能力更强; 两种灌木叶片通过气孔或角质层吸收凝结水, 并通过叶肉运移至维管束乃至小枝。黑沙蒿与北沙柳叶片具有的吸水功能可能是其适应干旱期水分亏缺的重要水分利用策略。

凋落物产量是生态系统净初级生产力的重要组分, 也是连接地下与地上生态过程的关键环节。但在森林演替进程中, 生物多样性、林分因子、功能性状如何共同影响凋落物产量及其时间稳定性, 其机理有待进一步研究。该文在阔叶红松(Pinus koraiensis)林分布的北界黑龙江胜山保护区, 选择从演替早期到红松原始林的4个演替(或发育)阶段, 连续3年测定凋落物产量, 以3年凋落物产量的变异系数的倒数(1/CV)反映其稳定性。采用层次划分和变异分离等方法研究林分因子(最大树高、胸径、胸高断面积、林冠空隙度)、群落水平功能性状(叶碳、氮含量及比叶面积)和乔木多样性(物种、功能、谱系多样性)对凋落物产量及其稳定性的相对作用大小。结果表明, 演替早期凋落物产量显著低于后3个演替阶段, 从演替中期至演替晚期凋落物产量无显著差异。凋落物产量的稳定性随演替进展显著提高。对变量重要性的评价表明, 凋落物产量主要受林分因子(最大树高、胸高断面积、林冠空隙度)和性状(叶碳含量)的影响, 物种丰富度也起一定作用; 而功能多样性对于凋落物稳定性的作用最大, 其次是林分因子(如最大胸径)。生物多样性对凋落物产量的独立解释力仅为0.41%, 而对其稳定性的独立解释力为33.12%, 说明多样性对凋落物稳定性有着独立于林分因子、性状之外的重要作用。同时, 林分因子、生物多样性、性状之间存在较强的协同作用(最高达53.8%), 说明这3种因素共同作用于凋落物产量及其稳定性。研究结果表明, 森林的恢复演替不仅能提高森林生产力, 还可有效提高生态系统稳定性, 因此, 保护原始林及促进森林恢复演替是提高生态系统功能的有效手段。

开展凋落物分解特征与植物功能性状间的关系研究对于认识生态系统功能的维持机制至关重要。为了阐明不同物种叶凋落物和根系分解的主要影响因素, 该研究以大针茅(Stipa grandis)典型草原的大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)、羊草(Leymus chinensis)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和黄囊薹草(Carex korshinskyi) 6种植物的叶凋落物和根系为研究对象, 采用凋落物袋法通过501天的野外分解实验对叶凋落物和根系的分解速率常数进行研究, 并测定6种植物的叶片干物质含量、根比表面积、根组织密度以及叶凋落物和根系的碳(C)、氮(N)含量、纤维组分含量等功能性状, 探讨了6种植物叶凋落物和根系的分解特征与其功能性状之间的关系。结果表明, 6种植物叶片和根系性状的种间差异显著, 大部分性状的最大值和最小值的比值在1到2之间, 而个别性状如根系的C:N和根比表面积相差近4倍。叶凋落物和根系在分解过程中质量剩余率与分解速率常数整体变化趋势都表现出前期分解迅速, 中期相对变缓, 后期分解最慢的规律; 并且糙隐子草的叶凋落物和根系分解最慢, 而银灰旋花的叶凋落物分解最快, 知母根系分解最快。通过相关分析和逐步回归分析发现, 在不同分解时期, 叶凋落物和根系的分解过程受到不同性状的影响。结构性碳水化合物含量是叶凋落物前期和后期分解以及根系前期分解的主要影响因素, 非结构性碳水化合物含量则是根系中期和后期分解的主要影响因素; 另外, 叶凋落物在分解中期的分解速率主要受叶片干物质含量的影响, 根系在分解中期和后期的分解速率还分别受到根系C:N和N含量的显著影响。研究结果对于预测大针茅草原的碳和养分循环过程具有重要指导意义。

为了阐明2000-2019年秦岭地区植被生态质量变化的空间异质性, 以及植被生态质量变化的驱动力, 该文采用模型模拟和卫星观测的方法对植被生态质量演变及其驱动力进行研究。结果显示: (1)秦岭地区植被生态质量整体显著改善, 植被净初级生产力(NPP)和植被覆盖度(VFC)的平均增加速率分别为8 g C·m^-2·a^-1和0.005 4·a^-1。空间上, 秦岭地区85%-95%区域的植被生态质量明显改善, 但是以西安市为代表的局部地区植被NPP和VFC显著下降。(2)秦岭地区80%-85%区域的降水量和气温呈上升趋势, 与植被NPP和VFC增加的空间范围大体一致, 证实气候暖湿化对改善植被质量有重要驱动作用。(3)人类保护活动(天然林保护、退耕还林还草等)使秦岭地区大范围植被生态系统得到抚育, 林地、草地和水域面积大幅度增加。以秦岭北麓为代表的建设用地扩张是秦岭部分地区植被生态质量恶化的主要原因, 但是人类破坏活动被限制在局部区域。

在全球气候变化背景下, 极端气候事件频发。中国西南部地区植被对于气候变化及极端气候事件的响应较为敏感。为探究西南部地区植被对极端气候事件的响应程度, 该文采用Pettitt检验、趋势分析法对数据进行分析, 并对数据进行去趋势处理, 分析去趋势前后极端气候指数与归一化植被指数(NDVI)的相关关系。结果表明: (1) 1982-2015年西南部地区植被NDVI呈现显著上升的趋势, NDVI在1994年发生突变, 突变前上升不显著, 突变后呈现显著上升的趋势; (2)去趋势前, 1982-2015年间, 极端降水指数与NDVI显著相关的仅有1日最大降水量, 其与NDVI显著正相关; 除气温日较差外, 其他极端温度指数均与NDVI显著相关。1994-2015年间, 1日最大降水量与NDVI显著正相关, 降水日数与NDVI显著负相关; 在极端温度指数中, 日最低气温最大值、暖昼日数、夏季日数、生长季长度和气温日较差与NDVI显著正相关, 冷昼日数、冰冻日数、冷夜日数和霜冻日数与NDVI显著负相关。1982-2015年间NDVI对年平均气温的响应最强, 而在1994-2015年间NDVI对夏季日数和气温日较差的响应强于对年平均气温的响应。(3)去趋势后, 极端降水指数与NDVI的相关性在两个时段都不显著; 而日最高气温最大值、暖昼日数、夏季日数和气温日较差在这两个时段与NDVI显著正相关, 但其与NDVI的相关系数都在1994-2015年间更高。气温日较差在两个时段与NDVI的相关系数都最高。只在1982-2015年冷昼日数与NDVI显著负相关。

青藏高原黄河上游河岸带是典型的生态脆弱区, 然而近年来气候变暖加剧了该地极端旱涝事件的频繁发生, 高原河岸带生态脆弱区植被是否能够应对极端旱涝事件的干扰成为流域生态环境管理工作所关注的重点问题。为了研究黄河上游河岸林中主要树种对极端旱涝的响应, 该研究选取青海省同德县和兴海县3处河岸林中的47株甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica), 分别从树干面向邻近山体一侧及与之垂直的一侧分别获取1根树轮样本, 分析其历史生长。通过对比两个方向上的生长速率判断甘蒙柽柳是否受到地质灾害影响从而将其划分为受伤组和对照组, 分析两组甘蒙柽柳在过去63年中径流极值年的抵抗力状况及两个方向的生长差异。研究发现, 甘蒙柽柳对干旱和洪涝均有着很强的抵抗力, 河岸带多样化的水分来源有助于甘蒙柽柳在极端干旱环境中较好地生长; 但洪涝伴随泥石流等地质灾害的频发使甘蒙柽柳面向山体侧面受到严重的生长抑制, 表现出显著的方向性差异, 从而影响甘蒙柽柳的形态。较长的创伤恢复期带来的遗留效应可能造成甘蒙柽柳对外界干扰的较高敏感性。研究黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应, 将有助于评估生态脆弱区生态弹性过程, 同时为高原河岸带生态建设和恢复提供科学依据。

水是植物生存与生长的基础条件, 水分有效性影响植物木质部解剖结构、水力功能, 使之形成特定的适应特征。因此, 对比自然与人工生境中同一植物的水力功能与解剖结构差异, 有助于理解植物对水分环境的适应机理。该研究以湿润区三角槭(Acer buergerianum)、青冈(Cyclobalanopsis glauca)和女贞(Ligustrum lucidum)为研究材料, 对比分析了自然和人工生境中各物种的栓塞抗性(导水率损失50%时的水势(P₅₀))、输水效率(比导率(K_s))和解剖结构(导管直径(D)、导管壁厚(T)、导管密度(N)、木质部密度(WD)、厚度跨度比(t/b)²)特征, 探究了同生境种内与跨生境、跨物种水平的效率-安全权衡关系, 量化分析了水力功能与解剖结构的关系。结果发现: 1) 3种被子植物在自然生境中K_s更大, P₅₀更小, 与其更大的D、更小的(t/b)²有关。2)同生境种内K_s与P₅₀不存在权衡。3)功能性状和解剖结构相关分析表明: 同生境种内D与P₅₀不存在显著的相关关系; 除自然生境女贞外, T、(t/b)²均与P₅₀正相关。相对于人工生境, 在水分有效性低或无额外浇灌的自然生境中, 植物通过增大导管直径显著提高其输水效率, 从而避免水势下降、降低潜在栓塞风险。

水力失效是植物干旱死亡的主要机制。量化分析水力性状的种间和器官间差异是预测树木在气候变化下的响应甚至生存能力的基础。该研究对比分析了罗汉松科3种植物器官(茎和根)水平上水力功能性状的差异, 并探讨其与解剖结构和机械强度之间的关系。在湿生同质园内选择罗汉松科3种植物, 测定了茎和根木质部水力功能性状(最大比导率(K_s)和栓塞抗性(P₅₀))、解剖结构性状(管胞直径(D_t)、水力直径(D_h)、管胞密度(N_t)、管胞壁厚(T_w)、纹孔膜直径(D_p)和纹孔密度(N_p))和机械强度(木材密度(WD)和管胞厚度跨度比((t/b)²))。结果发现: (1)罗汉松科3种植物茎木质部不存在效率-安全权衡, 而根木质部存在权衡。(2)茎K_s与D_p显著正相关, 与(t/b)²和WD无关; 茎P₅₀与D_p极显著负相关, 与(t/b)²和WD无关。(3)根K_s与D_h显著正相关, 与T_w和(t/b)²极显著负相关; 根P₅₀与T_w、(t/b)²和WD均极显著正相关。在罗汉松科植物中, 根木质部性状与输水效率和栓塞抗性的密切关系是解释其存在效率-安全权衡的基础, 而茎木质部的过度建造是茎不存在效率-安全权衡的原因, 木质部的过度建造仍需要更多的实验证据。

黔中高原位于我国西南喀斯特山地中心区域, 该区喀斯特地貌连片发育、地质背景特殊、植被类型复杂多样, 典型植被为喀斯特常绿与落叶阔叶混交林。受人为活动影响, 该区域现存的植被主要以次生植被为主。该文利用2007-2020年生长季的植被调查数据, 对黔中高原喀斯特常绿与落叶阔叶混交林的群落学特征以及类型划分进行了较为全面系统的分析。结果表明, 该区域的典型植被主要是以青冈属(Cyclobalanopsis)、鼠刺属(Itea)、柯属(Lithocarpus)、润楠属(Machilus)、樟属(Cinnamomum)等属的常绿树种与化香树属(Platycarya)、鹅耳枥属(Carpinus)、朴属(Celtis)、栎属(Quercus)等属的落叶树种构成的常绿与落叶阔叶混交林。根据86个样方的数据统计, 共记录到维管植物585种, 隶属124科318属; 其中蕨类植物65种, 隶属11科27属; 被子植物520种, 隶属113科291属。由于生境的高度异质性, 群落物种组成复杂、类型多样。基于物种优势度原则, 将该区域的常绿与落叶阔叶混交林进一步划分为11个群系组、44个群系、83个群丛。