植物根际过程与调控机理研究已成为当前土壤学最活跃、最敏感的研究领域, 而根系分泌物作为根系-土壤-微生物界面物质能量交换和信息传递的重要媒介物质, 是构成根际微生态系统活力与功能特征的内在驱动因素, 是根际概念与根际过程存在的重要前提和基础。然而, 由于传统的根际过程研究更强调以实际生产问题为导向, 加之农作物生长周期较短、操作便利等诸多因素, 以往对植物根系分泌物研究主要聚焦在农业生态系统, 而有关根系分泌物在森林生态系统中的重要作用与调控机理研究甚少, 认识相对零散和片段化。基于此, 该文结合作者实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 综述了森林根系分泌物的生态重要性, 重点论述了目前森林根系分泌物生态学研究中存在的主要问题与不足, 在此基础上展望了未来森林根系分泌物生态学研究中值得关注的重点方向和研究内容。

外来入侵植物不仅影响植物群落组成、生物多样性以及生态系统的结构和功能, 而且显著影响土壤氮(N)的转化过程。外来入侵植物对N循环影响的研究已成为入侵生态学的研究热点。N循环与凋落物的分解和养分释放有关, 外来入侵植物能够改变凋落物的组成与结构, 进而影响土壤的N转化过程。另外, 外来入侵植物的化感作用也会影响土壤N转化过程, 这些作用与土壤微生物的结构与功能变化密不可分。该文主要从凋落物分解与养分释放及外来入侵植物化感作用两个方面综述了外来入侵植物对土壤N转化的影响, 总结了外来入侵植物对土壤N转化相关土壤微生物(尤其是氨氧化细菌与氨氧化古菌)的影响, 探讨了土壤N转化对外来植物入侵的反馈, 并探讨了丛植菌根真菌与外来入侵植物的互相影响。

热量匮乏是高山树线的主要成因, 在全球变暖趋势下对高山树线及其建群种的生态学过程及特征的研究具有重要意义。该文以青藏高原东缘的折多山和剪子弯山两处高山树线(海拔分别为4 265 m和4 425 m)作为研究对象, 通过设置垂直样带, 同时结合区域温度、降水的长时间序列分析, 探究两处树线的时空动态过程, 并明确了建群种冷杉(Abies spp.)的生态学特征。结果表明: 1)折多山和剪子弯山区域的气温在过去58年均存在显著的上升趋势(分别上升了0.72和0.91 ℃), 而折多山和剪子弯山区域降水均存在微弱的降低趋势。2)折多山的峨眉冷杉(A. fabri)龄级结构呈反J形, 剪子弯山的鳞皮冷杉(A. squamata)龄级结构呈双峰形, 二者种群结构均相对稳定。3)在小尺度上, 种子扩散限制使得两处树线的冷杉聚集分布。在大尺度上, 折多山峨眉冷杉亦呈聚集分布, 而剪子弯山鳞皮冷杉受生长环境以及种内或种间关系的影响呈随机分布。4)两处样地建群树种的树高和基径均随海拔升高而降低, 位于树线交错带上部的冷杉均呈现树高生长大于径向生长的异速生长关系, 而位于样地中、下部位的冷杉大部分呈等速生长关系。5)相比10年前, 折多山和剪子弯山的树线及树种线位置均无明显变化, 剪子弯山鳞皮冷杉种群的树木密度亦无明显变化, 而折多山的树木个体数提高了约25%; 相比20年前, 折多山和剪子弯山的树种线分别上移了50和30 m, 树线位置分别升高了75和40 m, 树木个体数亦明显增加, 分别提高了约220%和100%。树线及其建群种在较大时空尺度上主要受热量的控制, 而在较小时空尺度上受温度及生长环境共同作用的影响。

根系功能属性及其变异性能够介导物种共存及环境适应策略, 但强烈的环境约束作用能够引起不同物种间根系属性的趋同性。为了研究西藏高寒草原群落中植物根系属性变异规律, 并阐明不同物种资源获取和适应策略的多样性, 该文对西藏高寒草原不同的环境梯度进行了研究。作者自东向西沿着降水梯度在那曲、班戈和尼玛3个自然草原群落进行群落调查, 并采集了共计22种植物。测定了每种植物的一级根直径、一级侧根长度和根系分支强度3个关键根系属性。结果表明: 在西藏高寒草原群落中, 不同物种根系直径普遍较小, 且种间变异非常小(22.76%), 其中86%的物种一级根直径集中在0.073 mm到0.094 mm之间; 相较于直径较粗的物种, 直径越细的物种分支强度越高, 侧根越短。在群落尺度上, 植物主要通过增加根系直径、侧根长度, 降低分支强度的方式来适应水分的减少; 而在物种尺度上, 植物适应水分变化的策略则呈现多样性。

通过分析杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗磷(P)分配规律, 可以阐明两个磷高效利用杉木在不同供磷水平下吸收外源磷的分配及动态变化, 为进一步进行磷高效利用基因型的选育提供参考。该研究以2个磷高效利用杉木家系(被动忍受型M1与主动活化型M4)幼苗为试验材料, 利用 ³²P同位素示踪技术, 研究在不同供磷水平下2个杉木家系幼苗磷分配规律。结果表明, M1和M4吸收的外源磷的含量分布特征均为根>叶>茎, 自显影中相同处理时期的各器官在水平投影面上 ³²P含量均为根>茎>叶。低磷处理下M1和M4根、茎、叶吸收的外源磷的含量均明显低于高磷处理, 自显影中相同处理时间根、茎、叶低磷水平下成像的黑化程度也低于高磷水平, 且低磷处理下吸收的外源磷的含量增加缓慢, 说明低磷胁迫严重影响杉木苗磷的吸收与积累。M1和M4的根系磷分配率在低磷胁迫下呈现出明显的先减少后增加趋势, 高磷水平下根系磷分配率表现为先增加后趋于平稳。这说明M1和M4可以通过体内磷的重新分配来适应外界低磷胁迫, 即杉木苗在低磷胁迫初期将根系中的磷转移至地上部分, 随着胁迫时间的延长, 地上部分的磷向根系中转移。但两个家系在低磷条件下对吸收的外源磷的分配格局差异明显: 从开始至结束M1吸收的外源磷的分配率表现为根系>地上部分, 而M4先表现为根系>地上部分, 后表现为地上部分>根系, 说明M1在低磷胁迫后加强体内磷循环的程度相比于M4更高, 即磷从地上部分向根系转移的趋势更强烈。

在全球变暖的背景下, 植物木质部栓塞脆弱性是林木死亡率升高的重要生理学因素。然而不同方法在长导管树种上建立的栓塞脆弱性曲线存在较大差异。该研究以长导管树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为研究对象, 利用自然干燥法、Cochard Cavitron离心机法以及Sperry离心机法建立了栓塞脆弱性曲线, 旨在探讨不同检测方法的合理性。在Sperry离心法中, 使用了两种规格的转子, 从而对“开口导管假象”学说进行了检验。研究结果表明: 自然干燥法建立的栓塞脆弱性曲线为“s”形, 而Cochard Cavitron离心机法和Sperry离心机法建立的栓塞脆弱性曲线为“r”形; 自然干燥法与离心机法建立的曲线存在显著性差异, 且两种离心机法建立的曲线也具有显著性差异。尽管刺槐枝条的导管长度分布表明14.4 cm长的刺槐枝条具有更高比例的开放导管, 但用Sperry离心机法在27.4 cm和14.4 cm长茎段上建立的栓塞脆弱性曲线相似, 表明Sperry离心机法检测刺槐脆弱性曲线时未产生“开口导管假象”, 具有更为可靠的检测结果。

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异, 探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合, 发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加, 增幅分别为(50 ± 14)%、(60 ± 24)%、(470 ± 115)%、(69 ± 25)%、(54 ± 20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强, 这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵; 而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系; 然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。