蜜距将花蜜隐藏在距的深处, 多样的蜜距形态和长度吸引各种喙长的传粉动物访花, 促进传粉生态位形成, 这对造就物种多样性起到了重要作用。因此蜜距被认为是促进物种形成的关键创新性状, 是研究被子植物花部结构演化、植物-传粉者协同进化的理想材料。系统地总结蜜距植物及其形态特征和传粉/盗蜜者, 有助于全面了解这一性状在被子植物中的系统发育分布和进化生态学意义。该文对国内外植物分类数据库(检索词“距”或“spur”)和已发表文章(检索词“有距植物属中文名+传粉”或“属拉丁名+ pollinator/nectar robber”)进行系统的梳理和总结, 收集蜜距植物、距长、蜜距形态、传粉者、盗蜜者等信息。整理出具有蜜距的植物分布在被子植物13个目23个科271个属, 共计3 427种。其中蜜距植物种数最多的科为兰科(1 536种)、罂粟科(487种)、毛茛科(351种)、凤仙花科(284种)、堇菜科(197种), 它们占所有蜜距植物种数的83.3%。根据蜜距的发育来源, 蜜距可分为6种类型: 花被片蜜距、花瓣蜜距、萼片蜜距、被丝托蜜距、花萼蜜距和花冠蜜距。花瓣蜜距分布于212个属, 显著高于其他类型。对2 546种植物的蜜距长度分析发现: 凤仙花科的蜜距平均长度最长, 达23.8 mm; 千屈菜科的蜜距最短, 平均仅1.6 mm。形态上, 大部分蜜距具有不同程度的弯曲, 这可能有助于筛选合适的传粉者, 提高访花者的传粉效率; 单花蜜距数量有1-6个, 大部分为1个, 多个蜜距可能增加传粉者的访花时间; 部分兰科和堇菜科植物蜜距内部具有可能分泌花蜜的附属物。蜜距植物的传粉者主要为膜翅目、鳞翅目、部分长喙双翅目昆虫及鸟类; 盗蜜者主要为膜翅目昆虫。蜜距的长度和传粉者的喙长普遍存在地理镶嵌的协同进化关系, 进化生态学家提出了“达尔文机械模型”的假说来解释这种现象; 而当传粉者喙长不变, 距长随着传粉者种类改变时则用“传粉者转变模型”来解释蜜距的伸长。未来在蜜距的进化生态学研究中, 不仅要关注蜜距植物的距长和传粉者喙长的形态学特征及传粉生态学研究, 还应借助发育解剖学和基因组学, 以及新的技术手段, 从细胞的分裂、伸长, 功能基因, 非生物因子等各个方面, 探索蜜距演化的驱动因素。

中国西南部地区地形复杂, 生态系统和植被类型丰富多样, 是重要的生态资源区。受气候变化和人类活动影响, 其生态屏障作用不断被减弱, 准确评估该地区的植被碳利用率(CUE)对揭示碳平衡机理和预测陆地碳收支具有重要意义。该研究利用2001-2014年MODIS遥感观测数据和参加第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)的15个模式模拟数据, 分别从年和季节尺度综合分析了新一代模式对中国西南部地区植被CUE的模拟能力, 并基于综合评级指标(MR)对模式的模拟能力进行排名, 以寻求模拟能力较好的模式, 旨在有效降低未来预估结果的不确定性。结果表明: (1)大多数模式对年尺度区域平均植被CUE的模拟存在低估情况, 且对植被CUE空间变化趋势的模拟能力相对较差, 但部分模式可以较好地模拟出多年平均植被CUE空间分布, 其中位于前1/3的较优模式依次为BCC-CSM2-MR、CMCC-ESM2、TaiESM、EC-Earth3-Veg、CAS-ESM2-0; (2)四个季节中, 各模式对夏季多年平均植被CUE空间分布模拟能力最优, 其中位于前1/3的较优模式依次为BCC-CSM2-MR、EC-Earth3-Veg、TaiESM、CMCC-ESM2、CAS-ESM2-0, 各模式对冬季的模拟能力仅次于夏季, 而春季和秋季则相对较差; (3)相较于单一模式而言, 较优模式的集合在一定程度上可以削弱单一模式带来的不确定性, 且在各时间尺度都表现出了较强的模拟能力, 尤其可以合理再现四川盆地等局部地区植被CUE空间分布特点, 但是对青藏高原以及横断山区等地形复杂区域植被CUE空间分布的模拟能力仍存在不足。总体来说, 在使用CMIP6模式进行区域植被CUE模拟前, 从多角度展开多模式的综合评估以挑选出模拟性能较好的模式是十分必要的。

过去50年的气温数据表明全球陆地表面在夜间比白天变暖更快, 然而以往的研究大多关注全天对等增温的影响, 对昼夜不对称增温效应的认识不足。该研究利用光合增益和水力成本优化模型分析了两种增温情景(昼夜等幅升温和昼夜不等幅升温)对长白山阔叶红松林植被动态的影响。结果表明: 光合增益和水力成本优化模型可以很好地模拟长白山阔叶红树林的碳收支状态(R² = 0.67, p < 0.001)。增温普遍促进了长白山阔叶红树林的碳汇(11.2%-13.8%), 但未显著改变其水分利用效率; 而不同增温情景对年固碳量的促进作用并无显著差异。与此同时, 增温增加了森林植被的水分压力, 从而增加了植物的导水率损失百分数(水力脆弱性, 1.1%)。由此可见, 相比于当前气候条件, 所有增温情景均会提高森林的碳汇能力, 但同时也会加大森林的死亡风险, 进而降低森林碳汇潜力。

由于复杂的根系-土壤互作过程, 根际土壤碳(C)动态对氮(N)沉降的响应可能与非根际土壤存在较大差异, 但目前关于N沉降下根际和非根际土壤C动态响应差异及其对土壤C固存的贡献方向与大小尚不明晰。基于此, 该研究以西南山地典型云杉(Picea asperata)人工林为研究对象, 依托研究团队前期建立的模拟N沉降(对照: 0 kg·hm^-2·a^-1; N添加: 25 kg·hm^-2·a^-1)实验样地, 分别测定了根际与非根际土壤有机碳(SOC)及其物理组分和化学组分含量, 并借助于根际空间数值模型, 区分和量化了N添加下根际、非根际SOC和不同组分C库含量差异及其对土壤总C增量的贡献效应。研究结果表明: 1)尽管N添加处理同时增加了根际、非根际SOC及其物理、化学组分含量, 但仅在根际区达到显著水平。具体地, 与对照相比, N添加导致根际SOC含量增加了23.64%, 其中颗粒有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MAOC)和活性碳(LP-C)、惰性碳(RP-C)含量分别增加了19.63%、18.01%和30.48%、15.01%。2)通过云杉林总SOC库增量(0.88 kg·m^-2)与根际空间数值模型结果相互印证, 确定西南山地针叶林根际有效范围为1.6 mm。在该范围内, N添加导致根际和非根际SOC储量分别增加了33.37%和7.38%, 分别贡献了总SOC库增量的45.45%和54.55%。其中, 活性C组分(POC和LP-C)是N添加下根际SOC累积的主要贡献者。上述结果表明, 西南山地针叶林根际和非根际土壤在N沉降下均发挥重要的土壤C汇作用, 但根际土壤C汇效应更为显著。该研究充分强调了未来N沉降下应将根际C过程纳入森林土壤C循环模型参数构建之中, 以更准确评估和预测全球变化下森林生态系统土壤C源/汇功能变化。

草地是陆地生态系统的重要组成部分, 在陆地碳循环中发挥着重要作用。然而, 目前地球系统模型对草地土壤碳动态的预测仍存在较大不确定性, 其主要原因是对土壤有机碳组分含量和分解速率的空间格局及其影响因素的认识尚不充分。该研究基于在内蒙古温带草地开展的样带调查, 按土壤颗粒的粒径大小进行土壤分级, 并通过室内培养方法测定土壤碳分解速率, 在此基础上进一步利用方差分解探究气候、土壤、植物和矿物4类因素对内蒙古温带草地表层土壤有机碳组分含量和分解速率影响的相对重要性。结果显示: 1)土壤有机碳及其组分含量呈现自西南向东北增加的空间格局, 草甸草原中整土及不同组分碳含量最大, 典型草原次之, 荒漠草原最小; 而有机碳标准化的碳分解速率呈现相反的趋势。2)气候和矿物是驱动土壤有机碳组分含量空间变异的主要因素, 且两者在不同组分中的相对重要性存在差异, 即随土壤粒径减小, 矿物的相对重要性逐渐增加。3)碳分解速率受矿物、土壤和气候因素共同影响。上述结果表明不同土壤碳组分含量和碳分解速率空间变异的影响因素存在差异, 矿物因素对细颗粒组分的影响尤为重要, 意味着地球系统模型中应考虑矿物因素在不同碳组分中的作用, 从而更准确地预测全球变化背景下的草地土壤碳动态。

放牧是内蒙古草原的主要利用方式, 对草地植物群落具有重要影响, 然而内蒙古草原植物群落特征对放牧的综合响应模式仍不清楚。基于76项研究数据, 本研究对不同放牧强度、不同草地类型和不同放牧年限下, 内蒙古草地植物群落特征和土壤理化性质进行meta分析, 以期综合评价内蒙古草地对放牧的响应模式。结果表明: 放牧显著降低了植物地上/地下生物量、盖度、高度、密度、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson多样性指数和土壤含水量, 且负效应随放牧强度和放牧时间的增加而增强。放牧对植被稀少、环境承载力低的草地(如荒漠草原、沙地等)具有更大的负效应。该研究表明内蒙古草地植物群落特征对放牧的响应受多个因素调控, 应根据不同类型的草地制定适宜的放牧强度和放牧时间以实现草地的可持续利用。当前的放牧研究中放牧强度标准不统一, 使不同研究之间难以比较, 有些研究缺乏实验重复, 研究结果不具有统计学意义。探索放牧强度的统一量化标准将是今后放牧研究中重要且具有挑战性的问题, 同时实验设计的合理性也应受到重视。

局域群落共存树种功能性状的比较是分析不同树种生态策略差异的有效手段, 对于理解森林群落物种共存机制及指导森林植被恢复至关重要。该研究以秦岭中低山地带性植被锐齿槲栎(Quercus aliena var. acuteserrata)林为研究对象, 分析了群落内5个共存树种叶、茎和细根功能性状及其组合的差异。结果表明: 不同树种在地上和地下功能性状上存在明显的差异, 尤其在叶片资源获取和防御策略上存在明显的分异。其中, 青榨槭(Acer davidii)偏向于快速资源获取一端, 而千金榆(Carpinus cordata)偏向于慢速资源获取一端; 三桠乌药(Lindera obtusiloba)偏向于高抵抗和防御能力一端, 而四照花(Cornus kousa subsp. chinensis)偏向于低抵抗和防御能力一端; 优势种锐齿槲栎在2种策略梯度上都表现为中间型策略。锐齿槲栎林共存树种功能性状及其组合上的差异反映了其生态策略和生态位的不同, 这可能是驱动其稳定共存的重要机制。

红鳞蒲桃(Syzygium hancei)是广西滨海地带季节性雨林的优势种, 在修复滨海生态环境方面具有重要作用。该研究通过对防城港市3个群落的红鳞蒲桃种群(A、B、C)进行为期2年的幼苗存活数量动态监测, 编制红鳞蒲桃幼苗的动态生命表, 绘制幼苗存活曲线、死亡率曲线、生存函数曲线。主要结果有: 1) A、C种群幼苗存活曲线都趋向于Deevey-II型, B种群幼苗趋向于Deevey-III型, 死亡率曲线前期波动较大, 后期在0.2-0.4之间波动并逐渐平稳; 2)生存分析表明, A、B、C种群幼苗生存率均呈先升后降的趋势, 后期累计死亡率稳定高于生存率, B种群幼苗生存函数较A、C种群稳定; 3)综合分析表明, 3个野外红鳞蒲桃种群幼苗天然更新能力均低下, 相较之下B种群的天然更新能力最稳定。天然更新能力低下主要是由于幼苗萌发基数不大, 同时低龄幼苗死亡率较高, 且林下光照不足, 较少幼苗存活到下一个生长阶段。

植物复叶形态和光合功能是对生境响应的最直观表现之一, 复叶光合能力和小叶数量直接反映出植物对生境的适应性。水曲柳(Fraxinus mandschurica)雌雄株存在一定的形态差异, 其复叶在不同生境下也可能存在不同的适应性, 为进一步分析雌雄异株型个体叶片对生境异质性的差异响应, 该研究以长期生长在干旱盐碱生境和适宜生境的水曲柳成熟雌株和雄株复叶为研究对象, 分析了两种生境中雌株和雄株复叶之间的性别差异以及不同小叶数量复叶间形态和光合功能性状的差异。研究发现: (1)和适宜生境相比, 干旱盐碱生境中水曲柳雌株和雄株同一小叶数量复叶的形态和光合能力虽未表现出性别差异, 但雌株9小叶型复叶数量占比的增加量高于雄株29.13%, 11小叶型复叶数量占比的下降量高于雄株33.74%, 雌株9小叶型复叶的光合速率下降量高于雄株10.98%。(2)在适宜生境中, 雄株复叶数量集中分布在9小叶型和11小叶型, 雌株复叶数量集中在11小叶型, 雌株和雄株11小叶型复叶的比叶面积大于7小叶型和9小叶型复叶, 干物质含量显著高于7小叶型和9小叶型复叶; 在干旱盐碱生境中, 雌株和雄株的复叶数量集中在9小叶型, 虽然雌雄株9小叶型复叶的比叶面积小于11小叶型复叶, 但9小叶型复叶的叶干质量高于11小叶型复叶; 两生境中雌株和雄株9小叶型和11小叶型复叶的净光合速率也无显著差异。(3)在复叶形态和气体交换能力指标中, 复叶的小叶数量占比、叶干质量、比叶面积和净光合速率具有较高的可塑性。综上所述, 在适宜生境下, 水曲柳雌雄株复叶的形态存在性别差异, 表现为雌株主要发育11小叶型复叶, 雄株主要发育9小叶型和11小叶型复叶, 雌雄株间的光合功能未表现出性别差异; 而在干旱盐碱生境下, 水曲柳雌雄株复叶的形态和光合功能未表现出性别差异, 雌株和雄株均主要发育9小叶型复叶。该研究为雌株和雄株复叶在不同生境下生长发育的性别差异提供了理论依据, 也为雌雄异株型乔木雌株和雄株复叶的生态适应性提供了数据支撑。

阐明不同生长期樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)外生菌根真菌群落物种组成、分子生态网络特征及其驱动因子, 可为樟子松人工林可持续经营管理提供理论依据。该研究以毛乌素沙地不同树龄(23、33和44年)樟子松为研究对象, 采用野外调查取样、Illumina MiSeq技术和分子生态网络等生物信息学分析相结合的方法, 比较分析生长季初期(4月)、生长旺盛期(7月)和生长季末期(9月)外生菌根真菌群落物种组成、菌群间相互作用关系及群落变化主要影响因子。主要结果有: 1)生长期对樟子松外生菌根真菌丰富度和Chao1指数影响显著, 生长旺盛期Chao1指数和Simpson多样性指数显著高于其他两个生长期; 树龄对外生菌根真菌多样性没有显著影响。2)毛乌素沙地樟子松根尖共鉴定到外生菌根真菌2门4纲7目18科28属; 生长季初期、旺盛期和末期的优势类群分别为棉革菌属(Tomentella)、丝盖伞属(Inocybe)和地孔菌属(Geopora), 不同树龄优势类群均为地孔菌属; 优势类群棉革菌属和丝盖伞属为生长旺盛期和生长季末期的共有指示菌属。3)生长季末期外生菌根真菌网络节点数、边数最大, 其群落结构更加复杂, 菌种间存在较强的相互作用。4)土壤pH和年平均相对湿度是显著影响樟子松外生菌根真菌群落物种组成差异的环境因子。结论: 生长期和树龄均对樟子松外生菌根真菌多样性与群落物种组成产生影响, 其中生长期的作用强于树龄; 外生菌根真菌季节动态分布主要取决于土壤性质和气候条件。

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环最关键的组分之一。研究降水量变化下荒漠草原土壤呼吸的时间动态及其与环境因子间的联系, 可为深入理解降水格局改变下脆弱生态系统碳循环关键过程的调控机制提供数据支撑。该研究基于2014年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化(减少50%、减少30%、自然、增加30%、增加50%)的野外控制实验, 探究了2019年6-10月土壤呼吸速率的时间动态, 分析了土壤呼吸速率与土壤性质和植物特征的关系。整个生长季土壤呼吸速率呈先增加后减弱的时间动态, 最大值(2.79-5.35 μmol·m^-2·s^-1)出现在7月下旬或8月上旬。与自然降水量相比, 减少30%降水量对土壤呼吸速率无显著影响, 反映了土壤呼吸对适度干旱的适应性。整体来看, 减少50%降水量降低了土壤呼吸速率, 增加降水量(尤其是增加30%)提高了土壤呼吸速率, 且其促进作用在前期(6-7月)尤为明显。土壤呼吸速率与土壤温度呈显著的指数关系, 与土壤含水量呈显著的线性关系。土壤理化性质对土壤呼吸速率有高的独立解释力, 且其影响与土壤生物学性质和植物多样性高度相关。降水量可直接影响土壤呼吸速率, 也可通过影响土壤生物学性质和植物生物量间接影响土壤呼吸速率。该研究结果表明, 适度增加降水量缓解了荒漠草原土壤水分受限性、刺激了土壤酶活性、促进了微生物活性和植物生长, 从而加速了土壤呼吸; 极端增加降水量则可能导致土壤透气性降低、微生物代谢活动受阻, 进而抑制土壤呼吸。

干旱、半干旱区分布广泛, 是陆地生态系统的重要组成部分, 半干旱生态系统对全球碳水循环的长期趋势和年际变异具有重要的调控作用。已有关于陆地生态系统碳水循环的机理研究和数据产品研制大多关注森林、草原和农田等生态系统类型, 针对沙地灌丛的研究仍相对较少, 数据可利用性较低, 制约着区域生态功能的准确评估和预测。自2011年起, 采用涡度协方差法对黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛生态系统碳水热通量开展了长期连续观测。该研究通过对2012-2016年原始数据进行通量计算、质量控制、缺失值插补和碳通量拆分等处理步骤, 生成各时间尺度(半小时、日、月、年)生态系统碳水热通量观测数据集, 同时整理并生成相对应的微气象数据集。数据集包括生态系统净CO₂交换(NEE)、总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)、潜热通量(LE)和显热通量(Hs)以及相关微气象观测指标。数据集的有效数据占比和能量闭合程度分析表明: (1)质量控制后的有效NEE、LE和Hs半小时数据全年占比分别为56.23%-62.19%、79.40%-94.12%和77.56%-91.27%; (2)在年尺度和月尺度的能量平衡比率变化范围分别为0.78-0.83和0.59-1.19; (3)基于逐日数据, 采用最小二乘回归(LE + Hs vs. Rn - G; Rn为净辐射, G为土壤热通量)分析能量闭合程度, 不同年份间和不同季节间的回归斜率变化范围分别为0.73-0.79和0.73-0.92。上述结果表明, 本数据集有效数据占比高, 能量闭合程度处于合理范围, 能够为不同时空尺度生态系统过程与功能研究提供较好的数据支撑。