克隆性是生物在自然状态下自发地通过克隆生长或克隆生殖产生与自身基因型相同的具有独立性或潜在独立性子代个体的习性。具有克隆性的植物是克隆植物, 它广泛存在于各类生态系统中, 并在草原、冻原、湿地、竹林等许多生态系统中占据优势地位, 发挥着重要作用。因此, 探讨克隆植物对环境变化的响应和效应, 及其适应意义, 有助于全面理解影响生态系统组成、结构、功能和服务的关键过程和因素, 也有助于建立基于自然的生态系统保护与修复技术和方案。该文从植物克隆性与克隆性状等基本概念出发, 结合克隆植物生态学40多年来的研究进展, 系统梳理了克隆植物对环境变化的响应, 并从生态系统的组成、结构、功能和服务等方面综述了克隆植物的生态效应, 总结了在推进可持续发展目标背景下的克隆植物生态学基础研究及其生态应用。最后, 对克隆植物生态学的未来研究方向进行展望, 并提出以下建议: 以基于性状途径的响应-效应研究作为研究克隆植物生态学及植物克隆生态学的新范式; 开展面向全球气候变化、土地退化、环境污染、生物入侵和生物多样性丧失等重大生态与环境问题的克隆植物生态学研究; 回答在个体到生态系统多个组织层次上的克隆植物生态学、植物克隆生态学及其他相关的科学问题; 加强群落及生态系统水平上的克隆植物生态学研究; 探究植物克隆性的谱系格局和分子演化过程。

全球变化背景下, 地下生态过程的变化已成为生态学领域关注的热点问题。菌根是植物根系与菌根真菌形成的共生体。与树木相关的两种菌根真菌——丛枝菌根和外生菌根真菌广泛分布于陆地生态系统中, 且在形态和功能上存在显著差异。根系分泌物作为植物与土壤进行物质能量交换和信息传递的重要媒介, 在土壤碳动态变化中发挥着重要作用。不同菌根类型树种能够通过根系分泌物不断地调整有机质输入量和化学组成来积极响应环境变化, 影响森林生态系统养分动态及循环过程。而目前对不同菌根类型树种根系分泌物的组成和功能、变化规律及对植物与土壤的影响机制尚未明确。为此, 该文围绕目前该领域国内外的前沿动态, 针对不同菌根类型树种的根系分泌物特征、影响机制及其根际效应进行了综述, 以期为不同菌根类型树种的根系分泌物对全球变化的响应和适应机制研究提供参考。并提出了未来需要深入研究的方向: (1)加强对不同菌根类型树种根系分泌物的系统性研究; (2)加强菌根类型与其他环境因子耦合对根系分泌物影响机制的研究; (3)利用更加精准的技术手段, 全面深入地了解不同菌根类型树种根系分泌物特征的变化; (4)从植物生理和代谢角度深入揭示不同菌根类型树种根系分泌物的影响机理; (5)对不同菌根类型树种开展长期动态监测和模拟实验, 预测其根系分泌物对土壤生态过程的影响。

在固碳减排和“双碳”目标的背景下, 以大气CO₂浓度升高和增温协同作用为特征的气候变化对土壤有机碳(SOC)动态变化的影响成为当前的研究热点, 气候变化对SOC库的影响机制也一直是学术界研究的难点问题。以往关于气候变化对陆地生态系统碳循环过程的研究主要是基于CO₂浓度升高或增温的单一因素, 主要集中于植物生长、凋落物基质质量、土壤理化性质、有机碳物理/化学组分和微生物群落结构等方面。结合国内外研究进展, 该文在论述CO₂浓度升高和增温对SOC库累积的影响及机制基础上, 从SOC组分、分子组成、结构特征、表层与底层响应差异与有机碳稳定性的耦合效应方面, 概括CO₂浓度升高和增温对SOC积累和转化的内在影响机制。在此基础上, 提出未来研究中应着重关注: (1)明晰SOC端元输入-分子组成-结构特征耦合关系; (2)揭示长期气候变化对多生态系统SOC稳定性和埋藏潜力的影响机制。理清土壤碳源/汇功能, 必须全面深入了解气候变化下陆地生态系统SOC来源、转化、埋藏和分解的生物地球化学循环过程, 旨在为未来土壤碳中和管理决策提供科学理论依据。

为了促进人工饲草生产专业化和智能化, 实时监测饲草的生长状况和准确评估产量变得至关重要。该研究以不同肥度处理下青贮玉米(Zea mays)及燕麦(Avena sativa)两种主要饲草为研究对象, 基于物候相机照片提取的植被绿度指数(GCC)及无人机影像提取的归一化植被指数(NDVI)、叶片叶绿素指数(LCI), 在站点尺度上探讨了可见光物候相机在追踪饲草生长高度与定量估算产量方面的应用潜力。主要结果: (1)施氮量影响人工饲草的物候指标和收获指标, 高肥处理下的青贮玉米和中肥处理下的燕麦生长期长度最长(分别是(68 ± 5)和(59 ± 1)天), 相应的产量最高(分别是(28 548.30 ± 4 269.30)和(5 180.70 ± 1 939.05) kg·hm^-2); (2) GCC、LCI与人工饲草株高的相关性最好, 尤其是在GCC达到绿度峰值(POP)前(R²分别是0.86和0.49), 且GCC对青贮玉米的株高动态捕捉偏差最小; (3)人工饲草物候指标能有效预测最终产量(青贮玉米R²为0.829, 燕麦R²为0.935)。该研究证实了物候相机能有效捕捉饲草的生长动态变化并实现产量预测, 所发展的基于物候指标的日尺度实时监测技术将为优化田间管理, 实现精准农业并促进人工饲草规模化生产提供有效手段。

深入研究3种典型林下灌木物种黄荆(Vitex negundo)、扁担杆(Grewia biloba)和蒙桑(Morus mongolica)木质部水力性状和叶片功能性状, 了解根、茎、枝、叶木质部长距离水分传输系统特征, 可以揭示其对环境的适应策略, 从而为森林植被管理和恢复提供理论依据。该研究通过野外和室内实验测定叶片功能性状(叶面积、净光合速率、叶水势等), 对3种灌木物种的根、茎、枝的木质部解剖结构(导管直径、导管密度等)进行切片观察, 计算水力性状(比导水率、水力脆弱性指数)。研究结果表明: (1) 3种灌木叶片形态、水力及功能性状差异显著; 黄荆叶面积小而比叶质量大, 比叶质量、净光合速率最大; 扁担杆叶脉体积最大、净光合和蒸腾速率最小; 蒙桑叶面积、正午叶水势最大。(2) 3种灌木根、茎、枝木质部导管特征与水力性状差异显著; 黄荆输水效率地上部分大于地下部分; 扁担杆木质部各部位输水效率保持平衡, 抗栓塞性最强; 蒙桑各部位输水效率均保持较高水平, 抗栓塞性最弱。(3)相关性分析表明, 3种灌木木质部水力性状影响着大部分叶片结构性状及水力性状的变化。(4)主成分分析表明, 扁担杆趋向于保守的慢对策, 蒙桑趋向于耗水型的快对策, 黄荆的适应策略介于二者之间。

枇杷(Eriobotrya japonica)属于常绿乔木植物, 在冬季由于低温胁迫易发生光抑制或光破坏, 进而影响其生长。该研究利用叶绿素荧光和820 nm光反射同步测量技术, 比较了冬季枇杷叶片两个光系统光抑制的差异。由秋入冬后, 枇杷叶片光系统II (PSII)最大量子效率(F_v/F_m)显著下降, 但PSII供体侧和受体侧的光合电子传递能力不变, 光系统I (PSI)活性没有变化; PSII和PSI的实际光化学效率(Φ_PSII和Φ_PSI)均显著下降, 非光化学猝灭(NPQ)在强光下显著下降。由冬入春后, 枇杷叶片F_v/F_m显著升高, PSII受体侧的电子传递能力和PSI活性下降。并且, Φ_PSII显著上升, 而Φ_PSI保持不变, NPQ在强光下显著升高。这表明, 冬季低温胁迫下, 枇杷叶片PSI的光抑制发生比PSII晚, 且恢复较慢。PSII光抑制发生较早, 其活性恢复也较早。