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    2021年, 第11期
    刊出日期:2021-11-20
    碳中和的生态学透视示意图(陈保冬绘制)。方精云在简述碳中和概念的基础上, 重点对碳中和的实现途径及生态系统碳汇的重要性进行了评述, 提出“三优”生态建设和管理原则, 后碳中和时代可能出现的问题和挑战进行了展望(本期1173-1176)。

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    ■ 封面图片背后的故事 | 生态学家眼中的“碳中和之路”

      
    侯学煜评述
    碳中和的生态学透视
    方精云
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1173-1176.  doi:10.17521/cjpe.2021.0394
    摘要 ( 1910 )   全文 ( 110 )   PDF (751KB) ( 1750 )   知识图谱   收藏
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    在简述碳中和概念的基础上, 重点对碳中和的实现途径及生态系统碳汇的重要性进行了评述, 认为碳减排和碳增汇是实现“碳中和”的两个决定因素; 碳减排的核心是节能、调结构、增效和发展清洁能源, 碳增汇的核心是生态保护、建设和管理。由于植被自然生长和生态建设等因素, 中国陆地生态系统发挥了, 并将在未来继续发挥着重要的碳汇作用。为增强生态系统的固碳能力, 作者提出“三优”生态建设和管理原则, 即“最优的生态系统布局、最优的物种配置、最优的生态系统管理”。此外, 文章还对“后碳中和”时代可能出现的问题和挑战进行了展望, 认为碳中和后, 由于气候变化, 特别是大气CO2浓度增速减缓甚至下降等因素, 可能导致全球性的植被生产力下降, 对此可能带来的新的环境问题需要提前谋划和应对。

    综述
    火烧信号对种子萌发影响的研究进展
    李绍阳, 马红媛, 赵丹丹, 马梦谣, 亓雯雯
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1177-1190.  doi:10.17521/cjpe.2021.0123
    摘要 ( 428 )   全文 ( 20 )   PDF (1358KB) ( 112 )   知识图谱   收藏
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    火作为一个基础的生态因子, 对森林、草地等陆地生态系统的结构和功能有着重要的影响。种子萌发是种子植物的重要生活史阶段, 也是火后植被更新和恢复的主要途径。植被燃烧产生了烟、热以及与烟相关的一系列火烧信号, 在打破种子休眠, 促进种子萌发方面发挥重要作用。该文将火烧信号分为物理信号和化学信号, 物理信号主要是伴随火烧产生的高温, 化学信号主要包括气态烟以及近年来从烟水中提取的影响种子萌发的关键化学物质karrikins和glyceronitrile。该文围绕火烧的基本信息, 火烧信号对种子萌发的影响, 火烧信号在实践中的应用3个方面进行系统综述, 重点探讨了不同类别的火烧信号及其交互作用对种子萌发的影响。在系统总结火烧信号对种子萌发影响的研究进展的基础上, 提出未来的研究应与烟信号作用机理的探究以及全球变化等方面相结合, 旨在充分发挥火的生态服务功能, 为火的科学管理应用和退化生态系统恢复提供理论支撑。

    研究论文
    北京松山落叶阔叶林生态系统水热通量对环境因子的响应
    李鑫豪, 田文东, 李润东, 靳川, 蒋燕, 郝少荣, 贾昕, 田赟, 查天山
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1191-1202.  doi:10.17521/cjpe.2021.0106
    摘要 ( 302 )   全文 ( 10 )   PDF (26854KB) ( 180 )   知识图谱   收藏
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    温带森林生态系统水热通量在多时间尺度上受各种生物物理因子的影响。该研究假设这些因子对水热通量的影响机制具有时间尺度分异性, 通过涡度相关法(EC)于2019年全年对北京松山典型天然落叶阔叶林生态系统蒸散发(ET)、显热通量(H)、潜热通量(LE)、土壤热通量(G)、饱和水汽压差(VPD)、空气温度(Ta)、光合有效辐射(PAR)、归一化植被指数(NDVI)及10 cm深度土壤水分(VWC)等要素进行原位连续监测, 使用小波分析的方法分析了日、季节尺度上生物与非生物因子对生态系统能量分配与水汽交换的调控机制。主要研究结果: 2019年松山天然落叶阔叶林生态系统年均波文比(β)为1.53。ET具有明显的季节变化特征, 从第100天开始逐渐增加, 7月达到峰值, 第300天下降到最低水平。ET最大日累计值为5.01 mm·d-1, 年累计值为476.2 mm, 年降水量为503.3 mm。在日尺度上水热通量与VPD间滞后时间最短, 为3.36 h。在季节尺度上与PAR间滞后时间最短, 为8天。季节尺度上PAR通过VPD来对ET造成间接影响, 而对β造成直接影响。该研究发现不同时间尺度上水热通量与环境因子间的时滞关系, 为选择模型在不同时间尺度下北方温带落叶阔叶林生态系统过程的最佳输入参数提供科学支持。

    实验增温对陆地生态系统根系生物量的影响
    魏春雪, 杨璐, 汪金松, 杨家明, 史嘉炜, 田大栓, 周青平, 牛书丽
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1203-1212.  doi:10.17521/cjpe.2021.0195
    摘要 ( 475 )   全文 ( 43 )   PDF (2143KB) ( 145 )   知识图谱   收藏
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    根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官, 驱动着多个生态系统过程, 该研究揭示了实验增温对根系生物量的影响及机制, 可为气候变暖背景下土壤碳动态和生态系统过程的变化提供理论依据。该研究从已发表的151篇国内外研究论文中收集到611组数据, 通过整合分析(meta-analysis)方法研究了实验增温对根系生物量(根系总生物量、粗根生物量、细根生物量、根冠比)的影响, 并探讨了增温幅度、增温年限、增温方式的影响, 以及根系生物量对增温的响应与本底环境条件(生态系统类型、年平均气温、年降水量、干旱指数)的关系。结果表明: (1)模拟增温使细根生物量显著增加8.87%, 而对根系总生物量、粗根生物量、根冠比没有显著影响; (2)中等强度增温(1-2 ℃)使得细根生物量和根冠比分别提高14.57%和23.63%; 中短期增温实验(<5年)对细根生物量具有促进影响, 而长期增温实验(≥5年)使细根生物量有降低的趋势; 开顶箱增温和红外辐射增温分别使细根生物量显著提高了17.50%和12.16%, 而电缆加热增温使细根生物量和粗根生物量显著降低了23.44%和43.23%; (3)不同生态系统类型对于增温响应不一致, 模拟增温使苔原生态系统细根生物量显著提高了21.03%, 细根生物量对增温的响应与本底年平均气温、年降水量、干旱指数均呈显著负相关关系。

    柴达木盆地水生植物多样性格局及多假说验证
    欧文慧, 刘亚恒, 李娜, 徐芷妍, 彭秋桐, 杨予静, 李中强
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1213-1220.  doi:10.17521/cjpe.2020.0364
    摘要 ( 300 )   全文 ( 13 )   PDF (1149KB) ( 83 )   知识图谱   收藏
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    物种多样性格局同时受到多个因子和过程的综合作用。以往对水生植物多样性格局形成机制的研究主要集中在几何限制、水分能量状况或随机过程等少数因子方面。该研究通过野外调查, 研究柴达木盆地水生植物沿经度和纬度梯度的分布格局, 并验证了对物种多样性分布格局影响较大的水分-能量假说、栖息地异质性假说、空间自相关、物种-面积效应和中域效应这5种假说。主要结果表明柴达木盆地水生植物多样性沿经度和纬度梯度均呈现“∩”形单峰格局。回归分析显示中域效应和物种-面积效应显著影响柴达木盆地水生植物多样性格局, 而水分-能量、栖息地异质性假说及空间自相关对该区域水生植物多样性格局影响较小。方差分解显示中域效应对柴达木盆地水生植物多样性经度和纬度格局的单独解释率分别为68.41%和66.91%, 该结果表明柴达木盆地水生植物多样性格局主要受几何限制和扩散限制影响。结合以往研究结果, 该研究进一步证实几何限制和随机效应可能是影响中国干旱区水生植物多样性分布格局的重要自然因素。

    黑果枸杞在新疆的适宜分布模拟与局部环境适应性分化
    闫涵, 张云玲, 马松梅, 王春成, 张丹
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1221-1230.  doi:10.17521/cjpe.2021.0179
    摘要 ( 365 )   全文 ( 10 )   PDF (1693KB) ( 87 )   知识图谱   收藏
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    黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是重要的药食同源植物, 在干旱荒漠区发挥着防风固沙的重要生态功能, 但目前片段化分布日趋严重。该研究利用黑果枸杞在新疆的87个自然分布点和基准气候(1971-2000年)下的19个气候变量, 利用GIS空间分析和R软件Biomod2建模平台, 模拟分析黑果枸杞在新疆的适宜分布范围、空间分布特征及其关键限制因子; 并结合研究区土地利用/土地覆被现状, 评价其分布潜力; 同时对黑果枸杞的南北疆种群进行分组建模, 分析该植物的生态位分化。研究结果表明: (1)组合模型的真实技巧统计(TSS)均高于0.75、接收工作机特征曲线下的面积(AUC)均高于0.85, 模拟精度相比单个模型有明显提高; 组合模型得到的种下分组建模的模拟准确性较物种水平有显著提升, TSS均高于0.78、AUC均高于0.88; (2)根据组合模型的模拟结果, 黑果枸杞在新疆的适宜生境面积占比为36.72%, 主要分布于准噶尔盆地、天山北坡及塔里木盆地西北缘和西南缘; 其中, 高度适生区面积占比为5.19%, 集中于福海县、塔城地区东部、天山北坡博乐至阜康一线、库尔勒、柯坪县及塔里木盆地西南缘。高度与中度适生区与研究区耕地的重叠率达80.6%和50.8%; (3)南北疆黑果枸杞种群存在显著的生态位分化, 最暖季平均气温、等温性、降水季节性是驱动黑果枸杞局部环境适应性分化的主要因子。

    杉木幼苗生物量分配格局对氮添加的响应
    王娇, 关欣, 张伟东, 黄苛, 朱睦楠, 杨庆朋
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1231-1240.  doi:10.17521/cjpe.2021.0135
    摘要 ( 310 )   全文 ( 12 )   PDF (1268KB) ( 98 )   知识图谱   收藏
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    大气氮(N)沉降的急剧增加可能会对植物碳(C)固定和分配产生深远影响。然而, N添加如何影响碳水化合物在植物不同器官之间的分配动态并不十分清楚。该研究利用杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗盆栽试验, 设置N添加处理, 测定分析幼苗非结构性碳水化合物(NSC)与结构性碳水化合物(SC)含量和库的变化, 以探讨N添加后杉木幼苗不同器官中NSC与SC的分配模式及调控机制。结果发现: (1) N添加虽然显著增加叶片净光合速率(143.96%), 但却降低了叶片中的NSC含量和库; N添加导致一年生茎的淀粉含量显著下降, 而可溶性糖含量的变化不显著, 当年生茎的NSC组分含量和库没有显著变化; 幼苗根系的NSC及其组分含量和库也有降低的趋势。(2) N添加后地下与地上生物量的比值降低22.09%, 其中SC库比值降低31.07%, 而NSC库比值无显著变化。(3) N添加使地上部分的磷(P)库显著增加, 使地下与地上P库的比值降低了57.02%, 而N库的比值无显著变化。(4) N添加后土壤pH由(4.94 ± 0.09)显著降低到(4.02 ± 0.04), 铵态N和硝态N含量分别增加7.17倍和11.55倍, 土壤有效P含量也增加了42.86%, 而土壤中脲酶(62.75%)和酸性磷酸酶(56.52%)的活性显著降低。研究表明, 低养分条件下杉木幼苗主要通过构建根系结构增加养分吸收, 而非通过向根系分配更多的NSC, 而N添加驱动的养分缓解使更多的碳水化合物分配到地上器官, 导致地上部分SC积累。

    种源地对两种红树叶片结构和功能的影响: 对温度的适应性遗传
    张小燕, WEE Kim Shan Alison, KAJITA Tadashi, 曹坤芳
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1241-1250.  doi:10.17521/cjpe.2021.0221
    摘要 ( 389 )   全文 ( 9 )   PDF (2049KB) ( 98 )   附录附件    知识图谱   收藏
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    植物叶片具有根据不同环境状况调整表型特征的能力, 叶片性状对环境的适应能力直接影响植物在气候变化背景下的生存、分布和迁移。受全球气候变暖的影响, 红树林正向高纬度地区扩张, 然而关于红树植物叶片性状对不同生长地点温度变异的适应性遗传仍缺乏了解。该研究采用同质园法以来自6个不同纬度种群的木榄(Bruguiera gymnorhiza)和5个不同纬度种群的秋茄树(Kandelia obovata)幼苗为研究对象, 测定了其叶片解剖结构和生理功能参数, 分析红树幼苗叶片的解剖结构特征与生理功能之间的关系及对种源地温度的适应性遗传。结果发现: 木榄幼苗的叶片厚度、栅栏组织和表皮厚度与种源地年平均气温均呈显著负相关关系, 角质层厚度随年平均气温的升高呈下降的趋势; 与木榄幼苗相比, 秋茄树幼苗叶片具有较厚的表皮和角质层, 较小的气孔密度和叶脉密度, 叶片解剖结构未与种源地年平均气温表现出相关性。两种红树不同种源地幼苗的数据合在一起, 叶片栅栏组织和海绵组织厚度均与光合速率呈正相关关系, 与海绵组织厚度的相关性更强, 说明叶肉组织厚度变化对红树光合作用有影响; 叶脉密度与气孔密度、最大气孔导度也均呈显著正相关关系, 说明两种红树在遗传适应上能够维持叶片水平的水分供需平衡。综上所述, 两种红树叶片解剖结构存在差异, 对种源地温度的适应性遗传有显著区别, 木榄对长期生长环境形成适应性遗传; 秋茄树通过建成性的叶片结构特征遗传适应种源地温度; 叶片结构的差异引起了红树光合作用、最大气孔导度等生理功能发生相应的变化, 从而有利于红树在气候变化的背景下得以生存和繁衍。

    胡杨当年生小枝茎构型对展叶效率的影响
    李豪, 马如玉, 强波, 贺聪, 韩路, 王海珍
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1251-1262.  doi:10.17521/cjpe.2020.0425
    摘要 ( 289 )   全文 ( 3 )   PDF (1251KB) ( 51 )   知识图谱   收藏
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    枝叶异速生长关系对理解荒漠植物生物量分配和生活史策略具有重要意义。该研究以小枝茎长度、茎纤细率和茎体积表征茎构型, 以叶密度(单位茎长度的叶数量)、叶面积比(单位小枝茎干质量的总叶面积)和叶茎质量比(单位小枝茎干质量的总叶干质量)表征展叶效率, 采用标准化主轴回归(SMA)方法研究胡杨(Populus euphratica)当年生小枝茎构型对展叶效率的影响及二者沿地下水埋深(GWD)梯度的权衡策略。结果显示, 胡杨当年生小枝茎直径、展叶效率和比叶面积、叶大小随GWD增加而降低, 小枝茎长度、茎纤细率及其上的叶数量则增大。小枝茎构型性状均与展叶效率呈显著负相关关系, 即随小枝茎长度、茎纤细率和茎体积的增加, 展叶效率逐渐降低, 这可能是枝叶大小、水分传导与机械支撑间的权衡结果。小枝茎构型与展叶效率的异速生长指数(斜率)随GWD增加而增大, 是由于单位小枝茎投资获得的叶面积或者叶质量降低所致, 反映出随GWD增加胡杨采取了高消耗低收益的保守型策略。胡杨应对环境压力时, 倾向于在长枝上着生数量较多的小叶, 短枝上着生数量较少的大叶, 体现出胡杨小枝的资源利用策略与枝叶大小的权衡机制。综上所述, GWD显著影响胡杨小枝茎构型-展叶效率的权衡关系, 低展叶效率是胡杨应对日益旱化荒漠环境的适应策略。

    不同恢复年限老参地土壤养分以及酚酸类代谢物含量差异
    李崇玮, 柏新富, 陈国忠, 朱萍, 张淑婷, 侯玉平, 张兴晓
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1263-1274.  doi:10.17521/cjpe.2020.0401
    摘要 ( 281 )   全文 ( 5 )   PDF (1323KB) ( 63 )   知识图谱   收藏
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    人工种植西洋参(Panax quinquefolius)具有很高的经济效益, 但连作障碍已成为其产业可持续发展的限制因子。目前对连作障碍成因的研究尚且不足。该研究以收获西洋参后恢复1、10、20年的老参地(分别记为A1、A10、A20)为研究对象, 以未种植过西洋参的土地为对照(CK), 测定和分析土壤养分及酚酸类代谢物的变化, 以期从养分和化感作用的角度解析可能造成西洋参连作障碍的关键因子。通过常规化学性质测定方法和气相色谱质谱联用(GC-MS)的方法测定土壤养分含量, 采用高效液相色谱法(HPLC)测定土壤中的酚酸类代谢物含量。结果显示, 3组收获西洋参后的老参地的土壤pH均显著降低; A1 25种有机态养分(氨基酸类、糖类和糖醇类物质)的含量显著降低, N-乙酰鸟氨酸、5-氨基戊酸、丝氨酸、亮氨酸、甘油和槐糖等的含量均在所有老参地中显著下降, 经过20年轮作后依然不能恢复到对照水平。同时, 与预期相反, 被认为具有化感自毒作用的酚酸类代谢物在收获西洋参后含量也显著下降, 其中, 香豆酸、原儿茶酸、阿魏酸和苯甲酸的含量在A1中显著低于CK, 但经过10年时间轮作后可以恢复到接近对照水平。另外, p-香豆酸和丁香酸在A1、A10、A20的含量均显著低于CK, 即经过20年轮作依然不能恢复到对照水平; 酚酸类代谢物对西洋参生长的积极意义应被重视。相关性分析显示上述有机态养分含量、pH和酚酸类代谢物含量之间大多数呈显著正相关关系, 表明各土壤特性之间存在密切的交互作用。综上所述, 种植西洋参引起的土壤酸化、有机态养分和酚酸类代谢物含量降低及各因子间的协同作用可能是西洋参连作障碍的关键因素。

    论坛
    中国外来归化植物的编目现状及有关问题
    林秦文, 于胜祥, 唐赛春, 崔夏, 高信芬, 王焕冲, 刘全儒, 马金双
    植物生态学报. 2021, 45(11):  1275-1280.  doi:10.17521/cjpe.2021.0314
    摘要 ( 370 )   全文 ( 25 )   PDF (928KB) ( 358 )   知识图谱   收藏
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    在简要讨论外来植物相关定义的基础上, 对中国外来归化植物的调查和编目现状进行了概述; 并对近年发表的两篇文章中外来归化植物数据进行了订正。


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