在森林生态系统中, 林冠层的附生维管植物通过缓冲环境压力, 为其他生物营建出重要的生境条件, 增加了森林生态系统的复杂性, 提升了物种多样性和群落稳定性。不同附生维管植物类群可以营建出不同的生境形式, 进而发挥独特的生态功能, 根据附生维管植物形态、功能特征的不同, 可将其分为收集型植物和蚁巢型植物两大类, 前者包括“篮式植物”和“水箱植物”, 后者包括“蚂蚁花园植物”和“蚁栖植物”。该文论述了附生维管植物所营建的生境对林冠生物多样性起到的积极作用; 同时揭示这些微生境的存在可以增加林冠群落结构及食物网的复杂性, 使群落更加稳定; 并进一步剖析植食性防御与营养获取是如何促使附生维管植物演化出营建生境的特殊结构, 以及这些结构对其他林冠生物演化产生的影响。结合当前林冠学研究热点, 探究具有生境营建能力的附生维管植物在林冠中的生物互作、群落演替、响应全球变化这3个热点问题中发挥的作用。该文论证了附生维管植物通过营建特殊生境和庇护所, 成为全球变化背景下具有极大保护价值的“伞护种”。建议加强不同类型附生维管植物演化历史与生态功能的研究, 并探讨在全球变化背景下的热带、亚热带森林生态系统生物多样性保护策略。

以青藏高原典型高寒沼泽湿地为观测研究站, 以实际蒸散发为研究对象, 结合气象因子(净辐射、气温、土壤热通量、风速、相对湿度、土壤含水率), 建立基于多元线性回归(MLR)、决策树(CART)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)、多层感知机(MLP) 7种组合5类算法的预测模型, 找出对于蒸散发具有较高精度的插补方法, 实现实际蒸散发数据集的构建。结果表明: 1)研究区蒸散发与净辐射相关性最大, 而土壤热通量是影响蒸散发过程的关键因子; 2) 7种组合的5类机器学习算法模型的决定系数变化范围为0.58-0.83, 均方根误差变化范围为0.038-0.089 mm·30 min^-1; 2)随机森林回归模型决定系数最高, 模型稳定性最佳, 插补效果最优; 3)插补完整的蒸散发与净辐射、土壤热通量、气温日尺度变化趋势相同, 与风速、相对湿度变化趋势相反。日蒸散发主要集中在生长季, 日最大值为8.77 mm·d^-1, 出现在7月9日, 日最小值为0.21 mm·d^-1, 出现在1月30日。

降水格局改变和氮沉降增加是草地生态系统结构及功能演变的重要影响因素, 其对高寒草甸土壤和植物的化学计量的影响存在很大变异, 限制了对高寒草甸生态功能预测的准确性。该研究基于祁连山东段南麓高寒草甸降水改变(减雨50%和增雨50%)和氮添加(10 g·m^-2·a^-1)的控制实验平台, 分析了2017-2020年表层(0-10 cm)土壤有机碳、全氮、全磷含量和优势植物麻花艽(Gentiana straminea)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)和矮生嵩草(Kobresia humilis)的叶片碳(LC)、氮(LN)、磷(LP)和钾(LK)含量等变化, 以明晰土壤和植物的化学计量特征对降水改变和氮添加的响应。结果表明, 土壤化学计量特征的变异存在显著年际效应, 与实验处理无显著关系。地上活体生物量(PB)存在显著的年际差异, 并受到氮添加的显著影响。优势物种叶片化学计量特征的变异因物种而异。垂穗披碱草叶片化学计量特征的变化均不显著, 属于资源保守型物种, 而矮生嵩草的变化显著, 敏感性较强。基于处理样地与对照样地每年指标相对变化(Δ)的分析表明, 氮添加显著提高了ΔPB达15.6%。降水减少显著降低了黄花棘豆ΔLC达6.8%, 增加了矮生嵩草ΔLP达19.8%。研究表明仅氮添加提高了PB, 降水减少改变了部分物种LC和LP含量, 土壤和植物叶片的化学计量特征变异的年际效应或物种效应大于实验处理效应, 凸显了高寒草甸生态系统对降水改变和氮添加响应的复杂性。

生物多样性丧失威胁生态系统功能, 研究生物多样性对植物生态化学计量比的影响, 有利于深入评估生物多样性对生态系统功能的影响机制。该研究利用亚热带地区大型野外树种多样性实验平台, 选取不同树种丰富度(1、4、8、16、32)样地中的杉木(Cunninghamia lanceolata)为目标树种, 探讨邻域树种丰富度、邻域树种与目标树间的性状差异以及邻体竞争对目标树杉木叶片氮(N)、磷(P)含量及N:P的影响。主要研究结果: (1)邻域树种与目标树根组织密度差异显著降低了杉木叶片N含量, 而比根长差异显著增加了杉木叶片P含量。(2)邻域树种竞争显著降低了杉木叶片N含量和N:P。(3)邻体竞争指数和比根长差异的交互作用, 以及邻域树种丰富度和比根长差异的交互作用均显著降低了杉木叶片P含量。即比根长差异对杉木叶片P含量的正影响随着邻域树种丰富度的增加而降低, 比根长差异对杉木叶片P含量的正影响也随着邻体竞争的增加而降低。(4)邻域树种丰富度和邻域系统发育差异的交互作用显著提高了杉木叶片N:P。邻域系统发育差异对杉木叶片N:P的负效应随着邻域树种丰富度的增加而降低。综上, 杉木与功能性状差异较大的树种混交显著提高杉木叶片P含量, 而邻域树种竞争降低了杉木叶片N含量。在杉木与多树种混交时, 树种间功能性状差异有助于减缓种间竞争带来的不利影响, 提高杉木叶片N:P, 进而有利于其生长。

研究不同施肥水平下羊草(Leymus chinensis)功能性状的变化规律和响应机制以及影响羊草单株质量的主要表型驱动因子, 可为干扰状态下植物功能性状响应环境变化及天然草场植物种群恢复的研究提供理论依据和参考。该研究以呼伦贝尔固定草场的羊草为研究对象, 首先用9QP-830型草地破土切根机对草地进行切根处理, 然后施用不同水平的氮磷混合肥料, 最后分期测定羊草营养生长期内单株高度、叶长、自然叶宽、展开叶宽、茎宽、茎长、叶质量、茎质量、单株质量等多个功能性状, 并对施肥前后羊草功能性状的动态变化进行分析。结果显示: (1)施肥显著地提高了羊草营养生长后期的单株质量, 增加了株高、叶长、自然叶宽、展开叶宽、叶面积、茎长、茎宽和茎质量, 降低了叶干物质含量和茎干物质含量。(2)施肥改变了羊草营养时期内各功能性状的变化趋势。随施肥水平的提高, 羊草株高、叶长、自然叶宽、展开叶宽、叶面积、比叶面积、茎长、茎宽、茎质量由先增后减的变化趋势变成逐渐增加, 而叶干物质含量、茎干物质含量则由先减后增的变化趋势变成逐渐减少。(3)羊草表型性状和质量性状关系密切, 叶面积与单株质量、茎干物质含量呈正相关关系, 与叶干物质含量呈负相关关系。(4)施肥改变了羊草营养生长期内表型性状对单株质量的贡献率, 施肥后羊草表型性状权重由“集中—分散—集中—分散—集中”式变为“分散—集中—分散—集中—分散”式。羊草营养生长过程中, 株高对施肥响应最为敏感, 它也是影响羊草单株质量的主要表型驱动因子。

榕管蓟马(Gynaikothrips uzeli)是榕属(Ficus)植物上的一种重要检疫性害虫, 为明确该昆虫对榕属植物的选择行为及决定这种行为的关键因素, 该研究通过昆虫行为测试, 分析该昆虫对3种不同盆栽榕树(Ficus spp.)挥发物的行为反应及其与挥发物相对含量的相关性, 筛选并验证决定选择行为的挥发物成分, 结合相关基因表达量, 推断合成这些特定挥发物的关键基因, 为寻找绿色、有效和持久的防控措施提供依据。结果表明, 榕管蓟马对3种盆栽榕树挥发物的趋向性以垂叶榕(F. benjamina)最强, 人参榕(F. microcarpa)其次, 印度榕(F. elastica)最弱; 这种行为反应与挥发物中β-环柠檬醛、β-马榄烯、β-古巴烯的相对含量呈显著正相关关系, 与反-α-香柑油烯的相对含量呈显著负相关关系; 3种盆栽榕树中, β-环柠檬醛的相对含量与基因Fm.09G0004550 (CCD4)的表达量呈显著正相关关系, β-马榄烯的相对含量与基因Fm.newGene1857 (STPS)、Fm.newGene6827 (VIT_19s0014g04930)的表达量呈显著正相关关系, β-古巴烯的相对含量与基因Fm.11G0000860 (LUP2)、Fm.newGene1857 (STPS)的表达量呈显著正相关关系, 反-α-香柑油烯的相对含量与基因Fm.13G0003820 (LUS1)、Fm.newGene489 (GgbAS1)的表达量呈显著正相关关系。综上, 榕属植物上决定榕管蓟马行为反应的特定挥发物主要为β-环柠檬醛、β-马榄烯、β-古巴烯和反-α-香柑油烯, 这4种萜类挥发物合成可能主要与6个萜烯合成酶基因Fm.09G0004550、Fm.11G0000860、Fm.newGene1857、Fm.newGene6827、Fm.13G0003820和Fm.newGene489有关。

以新疆巴尔鲁克山的野扁桃(Amygdalus ledebouriana)种群为研究对象, 通过对其进行年龄结构与动态分析, 可以为野扁桃种群的保护管理及恢复提供一定的理论依据及研究基础。该研究采用典型样方法对野扁桃的种群数量进行了调查与统计, 应用“空间代替时间”及匀滑修正技术, 编制野扁桃种群静态生命表, 分析野扁桃种群数量动态变化。主要结果有: 1)野扁桃种群第III龄级个体数量最多, 占总体数量的19.19%, 种群的个体数量随着龄级的增加先增加后减少, 种群径级结构呈“纺锤”形, 野扁桃种群年龄结构属于衰退型; 2)野扁桃存活曲线趋近Deevey-II型分布, 且种群的死亡高峰出现在第VIII龄级, 死亡率为58%; 3)野扁桃种群动态变化指数(V_pi)、受外界干扰时野扁桃种群动态变化指数(V′_pi)均大于0, 但V′_pi趋近于0, 种群在外部环境干扰下承担的风险概率最大值(P_max)为0.38%, 说明该种群受外界随机干扰时增长趋势不明显; 4)在未来2、3、4、5、6、7、8、9、10个龄级时间后, 幼、中龄个体数量逐渐减少, 老龄个体占主导地位。幼龄个体中实生苗的缺乏是野扁桃种群衰退的主要原因, 因此建议在未来的研究中增加野扁桃实生苗更新方面的研究工作, 并对野巴旦杏自然保护区封山育林, 适当进行人工抚育, 以保证其种群的正常更新。

林木叶片对营养元素的重吸收作用可以减少对外界环境的依赖并适应外界环境的改变, 但相对于关注较多的大量元素, 微量元素重吸收规律仍然未知。因此, 该研究主要比较同一立地条件下不同生活型树种对微量元素的重吸收效率差异。以中亚热带同质园中处于生长旺盛期的8个树种为研究对象, 于2019年8月调查了不同树种成熟叶和衰老叶中微量元素Al、Fe、Mn、Zn和Cu的含量, 并分析元素的重吸收效率, 探索其养分利用策略。结果显示: 常绿树种(包括针叶和阔叶)对Mn、Zn和Cu的重吸收效率均明显高于落叶阔叶树种, 但8个树种对Al和Fe均未表现出明显的元素重吸收特征。相对于其他树种, 马尾松(Pinus massoniana)和樟(Cinnamomum camphora)对Mn的重吸收效率较高(>30%), 米槠(Castanopsis carlesii)、醉香含笑(Michelia macclurei)和无患子(Sapindus saponaria)对Mn的重吸收不明显。樟对Zn的重吸收效率达67%, 鹅掌楸(Liriodendron chinense)对Cu的重吸收效率达52%, 枫香树(Liquidambar formosana)对Zn和Cu表现为在衰老叶中积累(-30%和-23%)。此外, 微量元素重吸收效率与土壤元素含量之间表现出明显的负相关关系, 微量元素的重吸收效率与大量元素重吸收效率之间也存在一定的协同性。这些结果充分证明常绿阔叶树种相对于其他生活型树种对微量元素的重吸收效率更高, 具有更好的微量元素利用效率。

藓类植物作为缺乏维管组织的非等水植物, 其光合作用和耗水量主要受到光照、温度和水分供应状况的影响; 这些环境条件随昼夜交替改变, 是否使得藓类植物形成了类似维管植物的内在昼夜节律调节机制, 目前还所知甚少; 理解其节律响应特点对于藓类植物的保育与利用具有重要意义。该研究对脆枝青藓(Brachythecium thraustum)、大灰藓(Hypnum plumaeforme)和长叶提灯藓(Mnium lycopodioides)进行12 h/12 h的昼夜光周期驯化后进行24 h/0 h的持续光照处理, 分别测定3种藓类在12 h/12 h和24 h/0 h光周期条件下的净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r), 结果表明: 排除光照和叶-气水汽压差(VPD)等环境影响之后, 3种藓类的这两个指标均观察到明显的节律变化, 节律调节作用能够解释其P_n和T_r日变化的23.4%和30.2%; 且维管植物中少见的T_r节律作用出现在所有受试的藓类植物上; P_n和T_r的节律响应存在明显的种间差异, 该研究中节律性最强的物种为脆枝青藓。以脆枝青藓为例进一步分析其全光照下非结构性碳水化合物(NSC)的节律响应时序转录组, 结果表明: 35.1%的淀粉、糖类合成代谢相关基因的表达具有节律性, 且与NSC含量的昼夜节律变化相关; 脱落酸信号和气孔调节相关基因的表达变化与T_r的节律调节相关; 光合电子传递和暗反应相关蛋白的转录水平变化与光合作用节律保持一致。藓类植物虽然丢失了生物钟核心反馈环CCA1/LHY基因, 但是核心生物钟功能集中于PRRs家族, 通过级联调节使得光合作用生物学过程和保卫细胞水分/离子运输过程等相关基因表达呈现显著的节律性, 最终导致固碳耗水的节律响应高度保守。

了解和量化城市树木耐旱性的变异性和潜在的驱动机制对于预测和管理全球气候变化下的城市生态系统稳定性至关重要。该研究以北京市常见行道树绒毛梣(Fraxinus velutina)为研究对象, 选取6个不同不透水表面比例(用归一化建筑指数(NDBI)反映)的实验地点。利用遥感数据提取各地的NDBI和月地表平均温度(T_s)参数, 并实地测定了空气水汽压亏缺(VPD)和黎明前水势(Ψ_pd), 在生长季采用自然干燥法拟合各地点绒毛梣枝条木质部脆弱性曲线, 并计算得到木质部栓塞脆弱性, 测定各地点凌晨和中午枝条的自然栓塞化程度以获取不同地点木质部栓塞的恢复程度; 同时测定了比导率(k_s)和叶比导率(LSC)、气孔导度(G_s)和最大光化学量子效率(F_v/F_m)。研究了不同不透水表面比例下树木栓塞脆弱性(耐旱性)的适应性, 以及耐旱性与其他水力性状之间的相关性。结果表明: 1)不透水表面比例与50%导水率损失对应的水势值(Ψ₅₀)显著负相关, 不透水表面比例越高耐旱性越高; 2) Ψ₅₀与Ψ_pd及VPD显著相关; 3) k_s与Ψ₅₀间有显著权衡, 但LSC与Ψ₅₀相关关系不明显; 4)栓塞修复能力与Ψ_pd呈正相关关系; 5)处于不同不透水表面比例地区的绒毛梣的F_v/F_m无显著差异; 6)随不透水表面比例的增加, 绒毛梣光合速率下降。该研究结果表明, 不透水表面比例是影响绒毛梣耐旱性的关键城市环境指标之一, 不透水表面比例提高导致绒毛梣耐旱性的提高, 同时绒毛梣白天出现的栓塞可以在夜晚进行积极的修复, 这两个特征均说明城市树木对于城市环境表现出水力结构的适应性, 但这种适应性以光合速率下降为代价。该研究结果为快速城市化和全球气候变化场景下北京城市生态系统健康程度、弹性和稳定性评价提供了重要研究数据, 并为决策者制定切实可行的北京城市树木管理策略提供了理论依据。

木质部正压力(根压)在长期被低估之后, 作为一种潜在的重要过程引起了人们的新兴趣, 其可以恢复组织的水分, 保持植物液压系统的功能和相互连接, 并有助于细胞和组织的生长。该研究以株高60-80 cm水培龙舌兰科富贵竹(Dracaena sanderiana)为研究对象, 将压力传感器连接到茎干上端测量其根压, 研究其昼夜节律变化以及温度、矿质元素(氮)、分蘖和去根等对其的影响, 从而揭示根压在木质部水分向上运输中的重要作用。结果表明: (1)富贵竹的正根压全天存在, 实验中测到的最大值为103 kPa, 具有较明显的昼高夜低变化规律; (2)根压随水培温度下降而下降, 水温为0 ℃时, 根压几乎降低为0, 根压的昼夜节律也随之改变; (3)不同浓度的硝酸盐(KNO₃)处理均增加根压, 但未改变昼夜节律; (4)具有分蘖的富贵竹茎干根压值比无分蘖的小, 但也为正值; (5)剪掉全部须根后, 根压迅速降为负值, 但下降速率低于降温处理。综上所述, 相较于其株高, 大部分水培富贵竹全天存在的根部正压完全能够提供蒸腾耗水向上运输需要的动力, 可以排除掉蒸腾拉力的影响。同时, 水培富贵竹根压呈现出较稳定的节律变化, 即昼高夜低, 且受温度、氮含量、分蘖和去根等因素影响较为显著。

为了解蒜头果(Malania oleifera)植株根际微生物组成和功能特征与蒜头果健康状态的关系, 该研究采集了阔叶林、人工种植林和喀斯特森林下的5种不同生境的健康和非健康蒜头果植株根际土壤样品, 运用Illumina高通量测序技术进行细菌测序, 并用FAPROTAX进行功能预测分析。研究结果表明: 1)扩增子序列变异体(ASV)分析结果显示, 在门水平上不同生境的细菌组成存在一定差异, 其中相对丰度最高的前5个门的细菌类群为酸杆菌门、变形菌门、放线菌门、绿弯菌门和黏菌门。健康植株和非健康植株的根际细菌组成有显著的差异, 且细菌群落的优势菌群发生显著的变化。2)非度量多维尺度分析显示不同健康状态蒜头果的根际细菌组成有显著差异, 冗余分析结果显示健康植株的样本沿第一轴分布, 两轴共解释了25.83%的细菌群落变异, 土壤速效磷含量、总钾含量和pH是影响健康植株根际细菌群落物种组成的主要因子。非健康植株的冗余分析结果显示两轴累积解释了51.84%的细菌群落物种组成变异, 土壤总钾含量和速效磷含量是影响其物种组成的重要因子。3)相关性热图显示健康植株根际土壤pH、速效磷含量和全钾含量与绿弯菌门、浮霉菌门、Methylomirabilota和Desulfobacterota等主要类群的相对丰度显著相关。非健康植株的土壤pH、速效氮含量、速效磷含量、总磷含量和全钾含量与绿弯菌门、酸杆菌门、Desulfobacterota、Latescibacterota和芽单胞菌门等主要类群的相对丰度显著相关。4) FAPROTAX功能预测结果显示光营养、光能自养、芳香化合物降解、蓝藻细菌和含氧光能自养等细菌功能群相对丰度在健康植株的根际土壤中明显下降, 而发酵、尿素分解和人类病原菌等细菌功能群相对丰度则明显升高, 说明不同健康状态植株的根际细菌发生了显著的变化。

探究轻度火烧后土壤呼吸及其组分变化规律以及对林地环境因子的影响, 可为林火干扰条件下滨海沙地人工林土壤碳排放估算提供科学依据。该研究以闽南沿海地区木麻黄(Casuarina equisetifolia)人工林火烧迹地和对照样地为研究对象, 于2019年9月至2020年8月采用LI-8100土壤碳通量自动测量系统测定土壤总呼吸速率(R_S)和异养呼吸速率(R_H), 同时测定10 cm深处的土壤温度(T₁₀)、湿度(W₁₀)和0-10 cm土壤的物理化学性质, 探讨轻度火烧对林地土壤R_S和R_H以及非生物因子的影响。结果表明: 火烧迹地土壤全年平均R_S和R_H分别为(2.37 ± 0.65)和(2.05 ± 0.63) μmol·m^-2·s^-1, 对照样地土壤全年平均R_S和R_H分别为(2.86 ± 1.08)和(2.51 ± 1.08) μmol·m^-2·s^-1, 火烧迹地与对照样地土壤呼吸速率及其组分存在显著差异。除对照样地土壤R_H外, 两块样地土壤呼吸速率及其组分与土壤温度呈极显著指数相关关系, 与土壤水分的相关关系均未达到显著水平。土壤呼吸速率与土壤可溶性有机碳、土壤微生物生物量氮含量呈极显著正相关关系, 与土壤可溶性有机氮含量呈显著正相关关系, 与土壤微生物生物量碳含量呈显著负相关关系。轻度火烧对木麻黄人工林土壤呼吸及其组分均有抑制作用, 说明林火干扰对森林生态系统土壤呼吸和碳循环具有重要影响。