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    2022年, 第8期
    刊出日期:2022-08-20
    重庆市缙云山国家级自然保护区森林景观(冯印成摄)。冯印成等利用涡度相关技术在重庆缙云山针阔混交林生态系统观测了水汽通量和环境要素, 探究了涡度相关法对该研究区的适用性, 并对水汽通量的变化特征及环境因子进行分析, 为研究针阔混交林生态系统的水量收支平衡、气候变化提供了数据支撑(本期890-903页)。

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    综述
    氮磷添加对土壤有机碳的影响: 进展与展望
    冯继广, 张秋芳, 袁霞, 朱彪
    植物生态学报. 2022, 46(8):  855-870.  doi:10.17521/cjpe.2021.0358
    摘要 ( 910 )   全文 ( 16 )   PDF (574KB) ( 230 )   知识图谱   收藏
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    土壤有机碳库是陆地生态系统最大的碳库, 在调控全球碳循环和气候变化中起着重要的作用。人为活动所导致的氮、磷输入和大气氮、磷沉降提高了陆地生态系统的氮、磷可利用性, 进而会通过调控植物生长和微生物活性对土壤有机碳动态产生重要影响。目前, 在全球范围内已经开展了很多氮磷添加调控土壤有机碳动态的野外控制实验, 并取得了一些突破和进展, 但还缺乏较为系统全面的梳理与总结。该文以氮磷添加对土壤碳输入和输出的影响为切入点, 从土壤有机碳的碳库大小、组分和分子组成3个方面系统阐述了氮磷添加对土壤有机碳的影响及其潜在机制。根据以往的研究结果, 氮添加、磷添加和氮磷共同添加对土壤有机碳库的影响总体上表现为促进作用。其中, 氮添加引起的促进作用是微生物对土壤有机碳的分解输出降低和/或植物碳输入增加所致, 而磷添加引起的促进作用可能主要是由于植物碳输入的增加。对于土壤有机碳组分(粒径分组或密度分组)而言, 氮添加虽然同时促进了活性有机碳组分(颗粒态有机碳或轻组分有机碳)和稳定性有机碳组分(矿物结合态有机碳或重组分有机碳), 但降低了稳定性碳组分占土壤总有机碳的比例。此外, 氮添加对土壤有机碳分子组成的影响较为复杂, 受到土壤氮有效性、氮添加量和氮形态等因素的调节。与氮添加相比, 磷添加和氮磷共同添加对土壤有机碳组分和分子组成影响的研究十分有限, 其影响机制尚不清楚。基于已有研究中存在的不足, 该文提出了未来需要加强的4个方面的研究内容: 磷添加对不同类型生态系统尤其是热带森林土壤有机碳的影响, 氮磷添加下植物和微生物在调控土壤有机碳及其组分变化中的作用与相对贡献, 长期氮磷添加及其交互作用对土壤有机碳的影响, 氮磷添加对深层土壤有机碳的影响。

    研究论文
    功能多样性比物种多样性更好解释氮添加对高寒草地生物量的影响
    董六文, 任正炜, 张蕊, 谢晨笛, 周小龙
    植物生态学报. 2022, 46(8):  871-881.  doi:10.17521/cjpe.2022.0028
    摘要 ( 529 )   全文 ( 8 )   PDF (1228KB) ( 144 )   知识图谱   收藏
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    为进一步了解氮添加条件下群落功能多样性如何驱动生物量变化, 该研究在位于天山山脉的巴音布鲁克高寒草地开展氮添加实验, 通过连续两年调查群落物种组成并测量常见物种的功能性状, 分析物种多样性、功能多样性及群落水平功能性状的响应模式及其在驱动生物量变化中的相对贡献。结果表明, 短期氮添加同时增加群落地上和地下生物量, 且地上生物量的增加比例高于地下生物量, 氮添加导致功能多样性降低但是物种多样性未发生显著变化; 氮添加增加群落水平上的植株高度和叶片碳含量, 但导致比叶面积、种子质量及叶片磷含量下降; 物种多样性对生物量变化解释非常有限, 而功能多样性与群落水平功能性状可以很好地解释生物量变化, 以上研究结果支持质量比假说。综上, 该研究表明功能多样性与群落水平功能性状比物种多样性对短期氮添加的响应更加迅速, 且两者在解释高寒草地群落生物量对氮添加的响应中起到关键作用。

    树种对土壤微生物生物量碳氮的影响: 同质园实验
    袁春阳, 李济宏, 韩鑫, 洪宗文, 刘宣, 杜婷, 游成铭, 李晗, 谭波, 徐振锋
    植物生态学报. 2022, 46(8):  882-889.  doi:10.17521/cjpe.2021.0324
    摘要 ( 438 )   全文 ( 36 )   PDF (969KB) ( 76 )   知识图谱   收藏
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    树木通过地上/地下凋落物输入及根系活动等过程影响土壤微生物生物量, 对调节土壤环境和增加土壤肥力具有重要作用。为阐明四川盆地乡土树种对土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量的影响机制, 该研究采用同质园研究方法, 以亚热带7种常见树种天竺桂(Cinnamomum japonicum)、油樟(C. longepaniculatum)、大叶樟(C. austrosinense)、桤木(Alnus cremastogyne)、香樟(C. camphora)、红椿(Toona ciliata)和香椿(T. sinensis)为研究对象, 并以撂荒地作对照, 分析了树种对不同土层MBC、MBN含量的影响。结果表明:树种显著影响土壤MBC、MBN含量及其比值。树种总体表现为正或无效应; 与撂荒地相比, 天竺桂树种效应最强, 其0-10 cm土层MBC和MBN含量分别高于撂荒地108.2%和139.6%。7个树种和撂荒地土壤MBC、MBN含量总体随土层深度的增加而减少, 而MBC:MBN剖面特征因树种而异。总体来看, 树种效应大于剖面效应; 相比于其他树种, 天竺桂更有利于土壤微生物的生长与繁殖。

    重庆缙云山针阔混交林水汽通量特征及其影响因子
    冯印成, 王云琦, 王玉杰, 王凯, 王松年, 王杰帅
    植物生态学报. 2022, 46(8):  890-903.  doi:10.17521/cjpe.2021.0363
    摘要 ( 241 )   全文 ( 10 )   PDF (10174KB) ( 35 )   知识图谱   收藏
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    利用涡度相关技术于2019年9月-2020年8月在重庆缙云山针阔混交林生态系统观测了水汽通量和其他环境要素。基于观测数据, 分析了水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果表明: (1)针阔混交林生态系统能量闭合率为0.77, 且通量足迹高贡献区域所处方向与风玫瑰图的全年主风方向(东北风向)一致, 累计通量贡献区变异系数比较小, 证明涡度相关技术在研究区适应性较好, 数据可靠。(2)缙云山针阔混交林的全年水汽通量基本为正值, 月平均日变化范围为-0.001-6.623 mmol·m-2·s-1, 说明研究区为水汽源。水汽通量月平均日变化和季节变化均为单峰趋势。夏季水汽通量平均值最大(4.620 mmol·m-2·s-1), 变化趋势强; 冬季水汽通量值最低(2.077 mmol·m-2·s-1), 变化趋势弱。(3)该地区全年蒸散总量(792.40 mm)占降水总量(1 489.18 mm)的53.12%, 夏季的蒸散量(325.53 mm)和降水量(680.52 mm)最高, 分别占到全年蒸散量和降水量的41%和46%。缙云山针阔混交林生态系统站点与其他地区不同生态系统站点对比, 得出全年蒸散量为湿地>森林>农田。(4)净辐射、气温、饱和水汽压差和风速对水汽通量的影响在各季节均显著, 净辐射、气温和饱和水汽压差与水汽通量呈正相关关系, R2最大分别为0.85、0.53和0.60, 风速与水汽通量呈负相关关系, R2为0.61, 均是夏季的相关性最高, 其中净辐射和气温是影响水汽通量的最主要因子。

    散射辐射对中国东部典型人工林总初级生产力的影响
    刘沛荣, 同小娟, 孟平, 张劲松, 张静茹, 于裴洋, 周宇
    植物生态学报. 2022, 46(8):  904-918.  doi:10.17521/cjpe.2021.0416
    摘要 ( 192 )   全文 ( 3 )   PDF (1556KB) ( 44 )   知识图谱   收藏
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    散射辐射是影响森林碳吸收的重要因子。然而, 有关生态系统总初级生产力(GPP)对散射辐射响应机理的理解仍有限。该研究利用中国东部6个人工林生态系统2019-2020年观测的碳通量数据和气象数据, 估算了散射辐射, 区分了直接辐射和散射辐射条件; 基于直角双曲线方程获取了不同辐射条件下生态系统光响应参数; 量化了GPP对散射辐射和直接辐射变化的响应; 采用偏相关方法分析了光照和环境因子对GPP日变化的贡献, 旨在探究生长季散射辐射对人工林生态系统GPP的影响机理。研究表明: 散射辐射增加可以有效促进冠层光合作用, 初始量子效率(α)和光合有效辐射(PAR)为1 000 μmol·m-2·s-1时的GPP (P1000)分别提高了47%-150%和2%-65%。与直接辐射条件相比, 散射辐射条件下的PAR每增加1 μmol·m-2·s-1, GPP增加0.86%-1.70%, 森林植被类型和站点物候变化会影响这一过程, 具有较低归一化植被指数(NDVI)的樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)和油松(Pinus tabuliformis)人工林GPP随单位PAR增加的变化量的增量(0.86%-1.00%)明显低于其他人工林站点的增量(1.04%-1.70%), 且植被NDVI与P1000存在显著正相关关系。在低光照时, PAR控制生态系统平均总初级生产力(GPPa)的变化; 在中等至高光照时, 散射辐射比例(DF)是影响GPPa的主要因子。在中等光照时, 散射辐射对应的光合作用接近于高光照时太阳辐射对应的光合作用, 且杉木(Cunninghamia lanceolata)、杨树(Populus spp.)、栓皮栎(Quercus variabilis)和华北落叶松(Larix gmelinii)在中高DF (≥0.5)时的GPPa比低DF (<0.5)高出27%-50%, 油松和樟子松在中高DF时的GPPa比低DF约高出2%。散射辐射条件下, 散射光合有效辐射(PARdif)解释了GPP变化的16%-45%, 气温(Ta)和饱和水汽压差(VPD)解释了杉木、栓皮栎和华北落叶松林GPP变化的10%-19%。在散射辐射条件下, 人工林在Ta为15-25 ℃和VPD为0-1 kPa时P1000最大。

    近几十年来冀西北山地白桦次生林径向生长对气候变化的响应
    李肖, PIALUANG Bounthong, 康文辉, 冀晓东, 张海江, 薛治国, 张志强
    植物生态学报. 2022, 46(8):  919-931.  doi:10.17521/cjpe.2021.0253
    摘要 ( 375 )   全文 ( 33 )   PDF (1256KB) ( 84 )   知识图谱   收藏
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    研究不同海拔高度天然次生林径向生长特征及其对气候变化的响应, 揭示影响山地树木径向生长的主要因子, 对于研究气候变化对温带森林生态系统适应性生长、演替和可持续经营的影响具有重要意义。该研究以冀西北山地次生林优势树种白桦(Betula platyphylla)为对象, 于研究区海拔1 350、1 550、1 750、1 950 m处分别设置样地, 采集样木树芯和圆盘, 运用树木年轮气候学方法建立白桦天然次生林标准年表, 并将年轮宽度指数与气候因子进行相关、多元逐步回归分析。主要结果: (1) 1960-2018年研究区气候呈变暖变干趋势, 其中1960-1989年为平稳期, 1989-2018年为快速期。(2)白桦次生林径向生长在1989年发生改变, 年轮宽度指数呈现“增长-下降”的“Λ”形生长趋势。(3)在气候变化平稳期, 白桦次生林径向生长在低海拔样地(B1350、B1550)与气温(平均气温、最高气温、最低气温)呈正相关关系, 在高海拔样地(B1750、B1950)与上年和当年生长季降水量呈显著正相关关系; 在气候变化快速期, 低海拔样地(B1350、B1550)白桦次生林径向生长与生长季气温、生长季潜在蒸散发(ET0)呈负相关关系, 高海拔样地(B1750、B1950)白桦次生林径向生长与生长季及生长季末期ET0呈负相关关系。 (4)在气候变化平稳期, 温度对B1350、B1550、B1750样地白桦次生林径向生长的贡献率分别为76%、54%、51%, 水分的贡献率为24%、46%、49%; 在气候变化快速期, 温度对B1350、B1550、B1750样地树木径向生长的贡献率分别为58%、41%、38%, 水分的贡献率为42%、59%、62%; 高海拔B1950样地树木生长始终受水分因子的控制。

    模拟酸雨对入侵植物豚草与伴生种鬼针草竞争关系的影响
    柳牧青, 杨小凤, 石钰铭, 刘雨薇, 李小蒙, 廖万金
    植物生态学报. 2022, 46(8):  932-940.  doi:10.17521/cjpe.2022.0164
    摘要 ( 311 )   全文 ( 4 )   PDF (1112KB) ( 102 )   知识图谱   收藏
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    植物种间相互作用对物种的生存至关重要。对于入侵植物而言, 更强的种间竞争能力是其成功入侵的重要机制。然而, 环境条件的变化可能会改变种间关系并影响植物入侵的最终结果。该研究主要探索当今严重的环境问题之一——酸雨对中国入侵植物豚草(Ambrosia artemisiifolia)和伴生本地种鬼针草(Bidens bipinnata)种间相互作用的影响, 进一步了解环境扰动对生物入侵的影响。该研究于2021年3月在北京师范大学室外条件下对豚草和鬼针草开展de Wit替代竞争实验, 并施加不同浓度的酸雨模拟溶液(pH = 3、4、5、7), 记录植株在第24、34、45天的株高以及生长季结束时的株高和地上生物量, 通过计算相对邻株效应指数(RNE)并绘制取代系列图表来评估两者的竞争关系。主要结果如下: 单一种植时, 中浓度酸雨(pH = 4)促进了豚草和鬼针草的早期生长, 而高浓度酸雨(pH = 3)显著抑制了两者的早期生长, 但不影响生长季结束时的株高。混合种植时, 高浓度酸雨(pH = 3)显著降低了豚草在第34、45天时的株高, 但在生长季结束时对豚草无影响, 而鬼针草在生长季结束时株高显著降低。鬼针草相对豚草的RNE在任何酸浓度下都不显著。而豚草相对鬼针草的RNE在无酸雨条件下显著, 酸雨处理时在鬼针草比例较低时显著。取代系列实验图表显示, 低浓度酸雨(pH = 5)增加了在低豚草比例下的鬼针草的竞争优势, 而高浓度酸雨增强了豚草的竞争优势。该研究表明酸雨显著影响了豚草和鬼针草的生长及种间竞争关系, 高浓度酸雨增加了入侵植物豚草的竞争优势。

    放牧家畜类型对内蒙古典型草原植物多样性和群落结构的影响
    王姝文, 李文怀, 李艳龙, 严慧, 李永宏
    植物生态学报. 2022, 46(8):  941-950.  doi:10.17521/cjpe.2022.0017
    摘要 ( 507 )   全文 ( 5 )   PDF (1278KB) ( 187 )   知识图谱   收藏
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    放牧家畜是调控草原植物多样性的重要因素, 探究不同家畜类型及其放牧行为下植物多样性的响应, 有助于全面理解草原植物多样性维持机制。该研究以内蒙古大学野外实验基地放牧控制实验为平台, 研究了中等放牧强度下不同家畜类型(牛、山羊、绵羊)及其选择性采食和聚集性放牧行为对植物α、β和γ多样性以及群落结构的影响。结果表明: (1)中等强度放牧牛、山羊和绵羊均在一定程度上提高了植物α、β和γ多样性。其中, 牛对植物多样性的提升作用最大且具有显著性。(2) 3种家畜放牧均显著改变了植物群落结构。绵羊的选择性采食导致下层优势物种糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的相对多度显著降低, 使其与牛或山羊放牧导致的群落结构变化趋势相反。(3) 3种家畜具有不同的牧草选择和放牧聚集行为。牛和山羊放牧使上层优势种羊草(Leymus chinensis)和大针茅(Stipa grandis)以及下层优势种糙隐子草地上生物量均显著降低, 而绵羊放牧仅使糙隐子草地上生物量显著降低。此外, 牛的采食空间聚集性显著低于山羊和绵羊。(4)植物多样性随上层或下层优势种地上生物量增加而显著降低或呈下降趋势, 表明放牧家畜能够通过抑制优势种生物量来提高植物多样性。(5)植物多样性随家畜采食空间聚集程度增加而显著降低或表现出下降趋势, 说明较低的放牧聚集性有利于植物多样性的维持。该研究表明, 内蒙古典型草原植物多样性保护和持续管理体系需要同时考虑放牧强度和家畜类型的影响。

    基于环境因子对叶绿素影响的典型草原植物生活型优势研究
    郑宁, 李素英, 王鑫厅, 吕世海, 赵鹏程, 臧琛, 许玉珑, 何静, 秦文昊, 高恒睿
    植物生态学报. 2022, 46(8):  951-960.  doi:10.17521/cjpe.2021.0267
    摘要 ( 239 )   全文 ( 32 )   PDF (1364KB) ( 35 )   知识图谱   收藏
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    针对环境因子与草原植物叶绿素含量的联动是否关系到植物生活型优势的问题, 该研究以锡林浩特典型草原为研究区, 选取2020年7月实测的11个样地50种植物共185个牧草样品的叶绿素含量, 运用相关分析、单因素方差分析、冗余分析(RDA)、逐步回归分析和通径分析等方法, 系统性地分析了多环境因子对草原植物不同生活型叶绿素指标的影响, 进而分析植物竞争优势形成的潜在驱动机制。研究结果表明: 1)典型草原区植物叶绿素a、叶绿素b含量均与总叶绿素含量呈极显著正相关关系, 相关系数分别为0.807和0.936, 草原植物总叶绿素含量受叶绿素b含量的影响程度更大; 2)草原植物4类生活型的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均为小/半灌木>多年生禾草>一/二年生植物>多年生杂类草; 3)环境因子对植物生活型叶绿素含量的解释程度存在差异, RDA显示环境因子对小/半灌木的叶绿素含量解释程度最大(28.0%), 其次为一/二年生植物(18.3%)和多年生杂类草(17.7%), 多年生禾草各项叶绿素指标的解释度最低(12.7%); 4)植物生活型各叶绿素指标受多种环境因子的影响, 回归分析显示小/半灌木的叶绿素b含量受到土壤有机碳含量和大气相对湿度的影响, 总叶绿素含量主要受到大气相对湿度的影响, 多年生杂类草叶绿素b含量主要受到地表温度的影响, 一/二年生植物的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量主要受到土壤pH的影响; 5)在草原生境中, 通径分析的综合研究显示植物叶绿素a含量主要受到土壤环境因子的影响, 植物叶绿素b和总叶绿素含量主要受到大气环境因子的影响, 相比较而言, 多年生禾草不易受环境因子的牵动, 成为更能忍受外界环境变化的植物种类, 因此, 在群落演替进化中这类植物逐渐占据优势地位。

    博斯腾湖湖滨带水盐梯度下植物功能性状及生态化学计量特征分析
    王军强, 刘彬, 常凤, 马紫荆, 樊佳辉, 何想菊, 尤思学, 阿尔孜古力·阿布都热西提, 杨滢可, 沈欣艳
    植物生态学报. 2022, 46(8):  961-970.  doi:10.17521/cjpe.2021.0434
    摘要 ( 454 )   全文 ( 4 )   PDF (1205KB) ( 138 )   知识图谱   收藏
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    湖滨湿地植物叶片功能性状和叶片生态化学计量特征的分析对掌握植物的生长速率及植物对土壤养分的吸收和利用效率具有重要意义。为探讨不同水盐环境对植物功能性状及其生态化学计量特征的影响, 该研究以博斯腾湖西岸湖滨带湿地为研究区, 以该地区优势植物及土壤环境因子为研究对象, 阐明该地区植物适应环境的策略。设置18个样地进行植物多样性的调查, 共调查到植物24种, 其中灌木8种, 草本16种。采用冗余分析法对植物叶片功能性状与土壤环境因子间的关系进行分析, 通过分析植物功能性状在不同水盐环境下的变化特征及其对植物功能性状的影响, 发现: 随着水盐含量的增加, 不同植物叶片功能性状变化较大, 其中叶绿素含量(SPAD)、叶片厚度(LT)和比叶面积(SLA)在低水低盐环境下最大; 叶片含水量(LWC)、叶干物质含量(LDMC)和叶干质量(LDM)在中水中盐、高水高盐环境下较大; 植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比变化较大, C:N范围为9.35-26.51, C:P的范围为50.13-228.95, N:P的范围为2.31-11.99, 其中C:P的变化范围最大; 叶片C含量与LT、LDMC、LDM均显著正相关, 叶片N含量与SPAD、LT显著正相关, 叶片P含量与LWC显著正相关, C:N、C:P均与LDMC显著正相关, 而N:P与叶片功能性状指标均不相关, SLA与叶片生态化学计量特征均不相关; 对环境因子与优势植物叶片功能性状的相关性分析发现, 影响种间植物功能性状的环境因子不同且各有差异。


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