森林粗木质残体主要包括倒木、枯立木、大枯枝、树桩和粗根等, 它们是绝大多数森林生态系统的结构性成分, 在全球碳循环和生物多样性保育等方面发挥着不可替代的作用。特别是近些年, 极端高温、干旱、热带气旋等极端气候事件正在加速树木死亡, 改变森林粗木质残体形成的方式和分解过程, 森林生态系统功能和稳定性也会受到深刻影响, 生态学家对此也越来越重视。如今, 生态学家通过野外观测和控制实验, 围绕粗木质残体的分解特征、调控机制和分解过程中粗木质残体上的生物多样性开展了大量研究, 促进了粗木质残体生态学的快速发展。该文首先汇总了最常见的用于森林粗木质残体分解过程的研究方法, 并且描述了各研究方法适用的情景。其次, 从形态、物理和化学性状方面探讨了粗木质残体的分解特征。然后, 围绕着影响森林粗木质残体分解的控制因素, 系统梳理和总结了已取得的研究结果。具体来说, 粗木质残体分解主要受到基质质量、分解者和环境条件的调控, 其中基质质量和分解者在样点尺度上影响着分解过程, 基质质量对分解者群落有自下而上的调控作用, 环境条件在区域或更大研究尺度上发挥主导作用。粗木质残体在分解的同时孕育了数量巨大、种类丰富的生物, 主要类群包括苔藓类附生植物、细菌、真菌和无脊椎动物。无脊椎动物对森林粗木质残体的利用方式最为复杂, 可能将其作为栖息地、掩蔽所、繁殖地、取食场所。附生植物的演替过程与分解时间正相关, 但与腐烂程度联系不紧密, 其他生物类群的演替则更多地受到基质质量的影响。由于以往的综述鲜有涉及不同结构组分(树皮和木质部)分解的研究进展, 该文补充和探讨了树皮和木质部的分解特征和潜在的相互作用过程。由于粗木质残体分解缓慢的特点和研究方法的限制, 目前许多机理的相关研究仍不够深入, 该文围绕粗木质残体分解机制和生物多样性保育功能探讨了未来需要重点关注的研究内容及可能的研究方法。

草地在天山生态系统中起着重要作用, 与区域畜牧业发展息息相关。为阐明天山新疆段草地植被时空演变格局及其影响因素, 该研究基于2001-2020年MODIS NDVI遥感影像, 使用Sen+Mann-Kendall趋势分析法和变异系数、土地利用动态, 对天山新疆段草地植被覆盖度(FVC)的时空动态特征进行分析, 并通过地理探测器和相关性分析法探究草地FVC变化的驱动因素, 结果表明: (1) FVC整体变化较稳定, 多年平均草地FVC在0.33-0.42之间波动, FVC面积显著增加的区域分布在天山东北部和西南部低海拔地区, 占总面积的3.14%, FVC面积显著减少的区域主要分布在伊犁河沟, 占总面积的15.81%。(2)草地FVC的变化主要受植被类型和畜牧业总产值的影响, 其影响力均在29.85%以上。其中, 年降水量和年平均气温与植被类型相互作用后, 影响力均提升到48.70%以上。(3)研究时段内, 草地FVC与年降水量、年平均气温均呈正相关关系, 与年降水量正相关区域面积占总面积的80.84%, 主要分布在天山南北两侧的盆地周围; 与年平均气温正相关区域面积占总面积的71.69%, 主要分布在海拔较高的山区。

羊草(Leymus chinensis)草原是中国草地资源中珍贵的自然财富, 其生产力受到多种全球变化因素的制约。其中, 少花蒺藜草(Cenchrus spinifex)入侵(以下简称为“入侵”)与干旱对东北松嫩草原区羊草群落影响尤为显著, 但相关机制仍较少被关注。该研究通过微宇宙控制实验, 采用两因素完全交互设计, 探究入侵与干旱对羊草群落生产力影响的作用机制。因素一是入侵处理(入侵vs对照), 因素二为水分处理(干旱vs正常水分), 每个处理设置10次重复, 实验共计40盆。结果表明: 入侵与干旱会显著降低羊草群落与优势物种羊草的地上生物量。干旱处理下土壤有效氮含量与土壤节肢动物的丰富度显著下降, 而土壤细菌与球囊霉科(Glomeraceae)丛枝菌根真菌(AMF)丰度显著增加。入侵对土壤真菌有效物种数的影响受到干旱的调节, 表现为在正常水分条件下入侵不影响土壤真菌的有效物种数, 但在干旱条件下入侵显著增加土壤真菌的有效物种数。结构方程模型结果表明, 入侵与干旱均直接抑制羊草群落生产力。干旱通过增加土壤真菌优势菌群的丰度进而间接缓解对本地群落生产力的负面影响。此外, 两者协同作用通过增加土壤真菌群落多样性抑制群落生产力。该研究为将来更好地维护草地生产力, 保护优质牧草提供理论依据。

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略, 以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿, Artemisia ordosica)群落为对象, 研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数。结果显示: (1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应, 黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异; (2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性, 与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联; (3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守, 赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活。结果表明, 黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势。在N沉降和降水持续增加的情景下, 黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化。

功能性状能单独或联合反映植物对环境变化的响应和适应策略并影响生态系统功能, 探究河漫滩湿地植物功能性状及其空间特征, 对理解河漫滩湿地植物的生态适应性机制具有重要意义。该研究选取武汉周边5条河流, 对30种常见湿地草本植物的10个功能性状进行测定, 对性状之间的相关关系、性状空间质量、性状重要性及物种在空间的分布进行了分析。结果显示, 植物功能性状变异较大, 性状与性状之间关联较弱; 在功能性状空间中, 当维度从1维增加至4维时, 空间质量快速上升, 6维空间质量最高; 综合降维及空间质量, 分析了4维性状空间的特征, 在4维空间中, 寿命、地下茎、株高、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶氮含量以及叶碳含量与性状功能轴存在显著的相关关系, 对功能性状空间的构建具有重要作用; 16种植物位于凸包顶点, 其中有10种植物出现频率较高, 表明大部分湿地植物在性状上都有一定的独特性, 在塑造性状空间中有重要作用。

细根是植物在生长发育过程中吸收与运输养分的重要器官, 研究不同菌根类型植物幼苗细根功能性状之间的变异与权衡有利于更全面地理解植物早期的生存策略。该研究以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松(Pinus koraiensis)林内3种丛枝菌根(AM)和3种外生菌根(EM)树种幼苗为研究对象, 通过测定其细根的3个形态性状: 比根长(SRL)、根组织密度(RTD)、根直径(D)与4个化学性状: 全磷(P)含量、全碳(C)含量、全氮(N)含量、碳氮比(C:N), 分析了细根性状在不同菌根类型间、根级间以及根功能模块间的差异及其权衡。结果表明, 与AM幼苗相比, EM幼苗细根具有更大的RTD, 这是由于AM真菌的定植方式会增大细根的体积, 同时提高AM菌根对限制性养分的吸收能力, 而其余性状在两种菌根间无显著差异; AM幼苗细根整体符合资源获取型策略, 而EM则相反; 随着根级增加, 两种菌根幼苗细根的RTD、D均显著增加, SRL则显著减小, 细根的功能从主要负责吸收转变为主要负责运输, 细根的C含量、C:N随之上升, N含量下降; 细根的形态特征与化学计量特征间存在权衡关系, 即根功能模块随根级变化时, 细根的形态性状与化学性状也产生相应改变, 研究结果支持根经济谱假说。

三峡库区消落带适生草本与木本植物对环境胁迫的响应是生态系统结构与功能演变的重要机制。然而, 目前对消落带胁迫环境下草本和木本植物的响应特征及是否存在类群差异尚不清楚。该研究基于meta分析, 探讨了三峡消落带典型环境胁迫(水淹、干旱胁迫)对适生草本和木本植物生理生态特征的影响, 从物种和生活型的角度揭示了消落带适生植物类群对水淹、干旱胁迫的响应规律。结果表明: (1)草本植物和木本植物在环境胁迫下均表现出明显的生长发育抑制以及生理生化策略的适应性响应, 主要表现在各组织器官生物量、光合速率的下降, 丙二醛和脯氨酸含量的增加, 以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性增强。(2)水淹胁迫对草本植物生物量负效应最强, 干旱胁迫次之; 水淹胁迫对木本植物总叶绿素含量和光合速率负效应最大, 干旱胁迫次之, 表现出环境胁迫作用的生活型效应; 但草本与木本植物的总叶绿素含量均对水淹胁迫响应最敏感, 而木本植物对干旱胁迫表现出一定的内稳态。木本植物在生理生化方面对水淹胁迫的响应比草本植物更显著, 且主要体现在气孔导度、丙二醛含量、脯氨酸含量和过氧化物酶活性方面的响应与草本植物存在差异; 而草本植物对干旱胁迫的响应比木本植物更显著, 主要表现为总叶绿素含量、水分利用效率、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性方面的响应与木本植物存在差异。(3)草本和木本植物对不同环境胁迫的形态响应具有组织特异性差异。草本植物主要以根部、茎部和叶片形态的变化适应水淹和干旱胁迫, 木本植物则主要以根部形态的变化为主。

水毛花(Schoenoplectiella triangulata)是一种广泛应用于湿地植被恢复中的挺水植物, 探究不同地区水毛花种群种子的萌发特性与休眠特性对其种质收集和科学利用至关重要。该研究测定了水毛花种子形态特性、萌发特性的种群间差异, 并对其休眠机制进行探索, 结果显示: (1)水毛花的种子存在生理休眠, 其形态、千粒质量和吸水特性在种群间存在显著差异。(2)光照和变温条件有助于水毛花种子的萌发。(3)低温沙藏、低温水藏和常温沙藏有助于水毛花种子休眠的解除; 氟啶酮和赤霉素处理均有助于打破水毛花种子的休眠, 但在不同地区水毛花种群间存在差异。(4)不同地区水毛花种群间种子形态特性、萌发特性以及休眠特性的差异与采集地的环境因子相关。该研究结果表明水毛花种子应用于湿地生态修复时应考虑种源的问题, 在播种前对其进行适当处理可以提高发芽率和生态修复成效。

入侵杂草南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)的优势生长严重危害本土植物群落和生态系统的稳定性。近年来, 化学防治依然是最主要的杂草防控手段。丛枝菌根真菌(AMF)作为一种菌根共生体, 在宿主植物的生长和抵抗外界环境胁迫中起到重要的作用。该研究通过温室控制实验设置4种处理方式: 对照组、只接种AMF、只喷施除草剂以及喷施除草剂并接种AMF, 以验证AMF是否在入侵杂草南美蟛蜞菊响应除草剂中起到重要作用。结果显示: 在草甘膦铵盐除草剂的胁迫下, 南美蟛蜞菊的菌根侵染率、泡囊数以及菌根侵染丰度等级占比都显著上升; 相比于只喷施除草剂处理, 接种AMF显著增加南美蟛蜞菊的叶面积、地上生物量和根冠比, 显著减少黄酮醇相对含量以及叶片损害数。首次发现与AMF的共生能缓解除草剂对入侵杂草南美蟛蜞菊的胁迫。因此, 在杂草的化学防治过程中, 与AMF的共生可能极大提高杂草对除草剂的抗性, 可为入侵杂草的有效防控提供新的思考途径。

丛枝菌根真菌(AMF)在草地生态系统中广泛分布, 对维持草地生态系统生产力和稳定性具有重要意义, 而中国天然草地生态系统AMF群落的分布特征及其驱动机制尚不明确。该研究以常见的18种草地类型为研究对象, 通过野外调查不同植物群落特征, 分析土壤理化性质和AMF群落特征, 探究中国草地生态系统不同草地类型土壤AMF群落特征及其驱动因素。结果表明, 近明球囊霉属(Claroideoglomus)、隔球囊霉属(Septoglomus)、多孢囊霉属(Diversispora)、根孢囊霉属(Rhizophagus)、无梗囊霉属(Acaulospora)、球囊霉属(Glomus)和双型囊霉属(Ambispora)在不同草地类型AMF群落中占据优势地位(相对多度>15%)。不同草地类型AMF群落在物种组成和多样性上存在差异, 且紫花针茅(Stipa purpurea)草地AMF群落多样性和稀有可操作分类单元(OTU) (相对多度<0.1%的OTU)占比相对较高。结构方程模型表明, AMF群落多样性受植物群落多样性和土壤pH的显著影响, 而AMF群落组成受温度、土壤含水率和植物群落组成的显著影响。综上所述, 中国天然草地AMF资源丰富, 且不同草地类型AMF群落存在较大差异。草地生态系统植物群落特征对AMF群落特征具有强烈的驱动作用, 保护植物多样性对于维持土壤微生物群落稳定性具有重要意义。