在过去的20年里, 物种分布模型已广泛应用于动植物地理分布的模拟研究。该文以植物物种分布模拟为例, 利用中国知网、维普网以及Web of Science文献数据库的检索与统计, 分析了2000-2018年间, 中国研究人员利用各种物种分布模型对植物物种分布模拟研究的发文量、模拟模型、物种类型、数据来源、研究目的等信息。最终共收集到366篇有效文献, 分析表明2011年以来中国的物种分布模型应用发展迅速, 且以最近5年最为迅猛, 在生态学、中草药业、农业和林业等行业部门应用广泛。在使用的33种模型中, 应用最广的为最大熵模型(MaxEnt)。有一半研究的环境数据仅包含气候数据, 另一半研究不仅包含气候数据还包括地形与土壤等数据; 环境及物种数据的来源多样, 国际及本土数据库均得到使用。模拟涉及有明确清单的562个植物种, 既有木本植物(52.7%), 也有草本植物(41.8%), 其中中草药、果树、园林植物、农作物等占比较高。研究目的主要集中在过去、现在和未来气候变化对植物种分布的影响及预测, 以及物种分布评估与生物多样性评价(包括入侵植物风险评估)两大方面。预测物种潜在分布范围与气候变化影响等基础研究, 与模拟物种适生区与推广种植等应用研究并重, 物种分布模型在生态学与农业、林业和中草药业等多学科、多行业开展多种应用, 多物种、多模型和多来源数据共同参与模拟与比较, 开发新的机理性物种分布模型, 拓展新的物种分布模拟应用领域, 是今后研究的重点发展方向。

糖类(即碳水化合物)是土壤有机质的重要组成部分, 经生物化学降解形成不同结构的单糖。土壤中的中性单糖也叫中性糖, 主要包括木糖、核糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖和鼠李糖。其中, 植物来源的糖主要为五碳糖, 如木糖和阿拉伯糖; 微生物来源的糖主要包括半乳糖、甘露糖、岩藻糖、鼠李糖等六碳糖。研究中常利用六碳糖和五碳糖的比例指示微生物和植物对土壤有机碳的相对贡献。中性糖是微生物重要的碳源和能量来源, 在团聚体的形成过程中扮演着重要角色。该文整合了近30年土壤中性糖的研究进展, 对比了提取中性糖的常用方法, 分析了不同土地利用类型和不同土壤组分中中性糖的含量、来源和周转特征, 综述了影响中性糖含量和分布的主要环境因素。结果表明, 中性糖在耕地土壤中的绝对含量和相对含量均显著低于针叶林、阔叶林、草地和灌丛4种土地利用类型。(半乳糖+甘露糖)/(阿拉伯糖+木糖)(GM/AX)在不同土地利用间差异不显著, 而(鼠李糖+岩藻糖)/(阿拉伯糖+木糖)(RF/AX)则表明草地土壤中的微生物来源的中性糖含量高于针叶林和耕地。不同密度的土壤组分中, 轻质组分中中性糖的含量比重质组分高, 重质组分中微生物来源的中性糖较多; 就不同粒径(或团聚体)而言, 黏粒(或微团聚体)中微生物来源的中性糖含量更丰富。有关影响土壤中性糖含量和分布的因素的研究, 目前主要集中在人为活动(如耕种和放牧等), 而有关温度、降水等自然环境因素影响的研究较少。

人类活动加剧和全球变化导致植物在生长季同时受到高浓度地表臭氧(O₃)和干旱的双重胁迫。为了探究两者对植物非结构性碳水化合物(TNC)积累和分配的影响, 该实验采用开顶式气室研究了2种O₃浓度(CF, 过滤空气; NF40, NF (未过滤空气) + 40 nmol·mol ^-1 O₃)和2个水分处理(对照, 充分灌溉; 干旱, 非充分灌溉)及其交互作用对杨树基因型‘546’ (Populus deltoides cv. ‘55/56’ × P. deltoides cv. ‘Imperial’)叶片和细根中TNC及其组分(葡萄糖、果糖、蔗糖、多糖、总可溶性糖和淀粉)含量的影响。结果表明: O₃浓度升高显著降低杨树叶片中淀粉和TNC的含量, 增加葡萄糖、果糖和总可溶性糖含量, 但对细根中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。干旱胁迫显著增加细根中果糖和多糖含量, 降低蔗糖含量, 但对叶片中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。充分灌溉下O₃浓度升高显著增加了杨树叶片多糖和总可溶性糖含量, 而干旱下O₃浓度升高显著增加了TNC含量的根叶比。该研究结果发现O₃主要影响叶片中TNC及各组分的含量, 而干旱主要影响细根中TNC及各组分的含量。从杨树叶片TNC的响应来看, 适度的水分限制有助于减缓O₃的负面伤害。

高寒荒漠作为青藏高原植被带谱的顶端类型广泛分布于祁连山高海拔地区, 其生长和分布条件与周边区域差异明显, 对气候变化的响应更为敏感, 且研究较少。该文利用1990年以来的Landsat TM、OLI数据, 采用决策树分类和人工目视解译方法, 提取了祁连山高寒荒漠的分布范围。结合气候变化情况, 综合分析了气候变化背景下近30年祁连山高寒荒漠分布的动态变化及其时空差异。结果表明: (1)近30年增温气候变化过程中, 祁连山高寒荒漠分布范围呈萎缩趋势, 萎缩速率约为348.3 km ²·a ^-1, 萎缩变化幅度表现为西段>中段>东段, 局部地段上存在扩张现象。上述现象导致高寒荒漠下界平均海拔以每10年约15 m的平均速率向更高海拔推进, 向上推进幅度为西段>东段>中段; (2)受水热条件控制, 近30年祁连山高寒荒漠分布动态变化集中分布在低坡度地区。由于水热背景条件的空间差异, 祁连山东段和中段阳坡上高寒荒漠分布动态变化大于阴坡, 而在祁连山西段表现相反; (3) 1990年以来, 祁连山增温显著, 降水量微弱增加。在气候变化以及区域地形限制共同影响下, 祁连山高寒荒漠分布变化时空差异明显, 且过渡带上归一化植被指数与气温相关性高于降水量。以上结果表明, 气候变化影响祁连山高寒荒漠分布动态变化及其空间差异, 但气温是主要的影响因子, 增温促进了高寒荒漠下接植被带主体高寒草甸的生长。

在全球气候变暖的背景下, 北半球中高纬度地区出现了树轮径向生长对气候变化的分异响应现象, 但是阿尔泰山优势针叶树种对气候因子响应的稳定性还存在不确定性。该研究选择阿尔泰山中段高海拔西伯利亚落叶松(Larix sibirica)样本建立了树轮宽度年表, 并对年表特征及树木径向生长-气候的动态关系进行了分析。结果表明: 生长季初期和中期的气温是研究区树木生长的主控气候因子; 树木径向生长与当年4月的气温显著负相关, 与当年6-7月的气温显著正相关; 研究区西伯利亚落叶松径向生长与当年4月和6-7月的气温发生了分异现象, 表现为随着气候变化, 树木径向生长对生长季初期由高温引起的干旱的响应敏感性越来越强, 而对生长季中期气温的敏感性表现出先减弱再增强的趋势。阿尔泰山西伯利亚落叶松径向生长对气候变化的响应比较敏感, 适合开展树木生长-气候变化的研究; 检验树木径向生长对气候变化分异响应为该区域基于树木年轮开展历史气候重建和提高未来森林生态系统发展趋势预测的准确性提供了科学依据。

定量评价归一化植被指数(NDVI)变化特征及其驱动机制, 对了解区域生态变化特征, 促进区域生态与社会经济的可持续发展具有重要作用。该文利用MODIS-NDVI数据, 采用趋势分析法探讨了锡林郭勒2000-2015年生长季植被NDVI时空格局; 然后, 将各驱动因子的空间影响面积与植被显著增加/减少区域进行空间叠加分析, 二者比例即为贡献率大小。结果表明: 研究区植被NDVI整体缓慢增加, 呈现“东北高西南低”的分布格局。NDVI显著增加面积大约是显著减少面积的2倍, 且在气候和人类活动的双重作用下, 植被NDVI表现出显著的空间异质性。在NDVI显著增加区域, 气候影响比例为47.79%, 且降水和气温影响比例相当; 禁牧及草畜平衡政策是最主要的人为影响因素, 占比69.55%。在NDVI显著减少区域, 气候因素占比52.55%, 且以降水影响为主; 人类活动占比24.73%。在NDVI显著增加区域, 人类活动的影响大于气候因素, 且二者耦合作用较突出。

叶面积指数(LAI)的空间异质性对研究植物的生长状况、分布格局及其对气候变化的响应机制至关重要, 然而关于不同因素对解释LAI空间变异相对贡献率的报道尚少。该研究依托小兴安岭9.12 hm ² (380 m × 240 m)谷地云冷杉林固定样地, 采用LAI-2200植物冠层分析仪测定了228个小样方(20 m × 20 m)的LAI, 基于地统计学方法分析了LAI的空间异质性; 测定了每个小样方的28个林分因子和10个土壤因子, 利用主轴邻距法(PCNM)量化了空间因子, 并采用方差分解的方法解析了林分、土壤、空间因子及其相互作用对LAI空间变异的相对贡献率。结果表明: LAI在37 m尺度内具有强烈的空间自相关, 且在不同方向上LAI呈现相异的空间格局; 3种因子及其相互作用共同解释了LAI空间变异的50.4%, 其中空间因子的贡献率最大, 单独解释了LAI空间变异的25.5%; 中等树(5 cm <胸径≤ 10 cm)的密度和主要树种(冷杉(Abies nephrolepis)和云杉(Picea spp.))的胸高断面积均与LAI显著正相关, 质量含水率与LAI显著负相关。总体来看, 空间自相关对小兴安岭谷地云冷杉林LAI空间异质性的决定作用明显强于林分因子和土壤因子。

灌木层作为森林生态系统的重要组成部分, 了解其生态化学计量特征将有助于揭示森林生态系统物质周转和养分循环等生态功能。该研究选取青海省7种主要优势林分——白桦(Betula platyphylla)林、毛白杨(Populus tomentosa)林、红桦(Betula albosinensis)林、青扦(Picea wilsonii)林、山杨(Populus davidiana)林、圆柏(Sabina chinensis)林、云杉(Picea asperata)林为研究对象, 采用野外取样和室内实验分析相结合的方法, 研究了不同林分林下灌木层不同器官(叶、枝干、根)及其表层(0-10 cm)土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其相关性。结果表明: 7种林分间灌木(叶、枝干、根) P含量、C:P均没有明显差异性; 山杨林、圆柏林、云杉林的林下灌木(叶、枝干、根) N含量、N:P高于白桦林、毛白杨林、红桦林和青扦林, C:N则相反。圆柏林的林下灌木生长受P限制, 其余6种林分的林下灌木生长受N限制。7种林分间土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量呈现出明显差异性, 而总磷(TP)含量则差异不明显。相关性分析表明, 林下灌木(叶、枝干、根) N含量、C:N、N:P与土壤TN含量、C:N、N:P呈极显著相关性, 而P含量、C:P与土壤TP含量呈显著相关性。冗余分析表明, 林下灌木层植被C、N、P含量及生态化学计量特征受到土壤化学计量特征及各环境因子的共同影响, 其中土壤C:N、海拔、年平均气温、年降水量为主要影响因子。

中国西南地区草地主要为暖性及热性草丛、灌草丛, 约占全国草地面积的1/10, 分析灌木植物盖度与草地碳库及其构成的关系对于准确评估尚处于次生演替阶段的南方草地碳储量具有重要意义。该研究基于野外实地调查, 将西南地区不同地貌类型的41个代表性草地样地依据灌木植物盖度划分为3种类型: 无灌木植物草地群落(灌木植物盖度为0)、低灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度0-10%)和高灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度10%-30%), 测定了群落地上、地下生物量和凋落物生物量以及植物和土壤碳含量, 计算碳密度。结果表明: 随着草地群落灌木植物盖度增大, 生态系统植被碳密度从0.304 kg·m ^-2增加到1.574 kg·m ^-2, 其中根系和凋落物碳库也呈增长趋势; 土壤碳密度从7.215 kg·m ^-2增加到9.735 kg·m ^-2, 生态系统碳密度从7.519 kg·m ^-2增加到11.309 kg·m ^-2。草地碳库构成中, 低灌木植物盖度草地群落的土壤碳库占生态系统碳库比例最小。草地群落灌木植物盖度增加改变了草地生态系统碳库构成并导致生态系统碳库增加, 建议在估算草地生态系统碳库时, 需要统筹考虑并兼顾南方地区草地群落灌木植物盖度变化。

石斛属(Dendrobium)植物在种子共生萌发过程中与真菌有着较为专一的共生关系, 为探讨这种共生关系在种间杂交后代上的进化和适应, 深入理解兰科植物和真菌共生关系的形成机制, 该研究利用能有效促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)和齿瓣石斛(D. devonianum)种子萌发形成幼苗, 并具有较强专一性的胶膜菌属(Tulasnella)真菌SSCDO-5和瘤菌根菌属(Epulorhiza)真菌FDd1, 开展真菌对铁皮石斛和D. tortile种间杂交种子萌发效应的研究。结果表明, 在真菌与种子共生培养68天时, SSCDO-5菌株和FDd1菌株都能有效地促进杂交种子形成原球茎和幼苗, 两个接菌处理之间无显著差异, 来源于铁皮石斛的SSCDO-5菌株不但没有表现出优势, 反而在杂交石斛幼苗形成率上低于来源于齿瓣石斛的FDd1菌株(SSCDO-5: (22.13 ± 6.62)%; FDd1: (29.53 ± 5.51)%); SSCDO-5菌株和铁皮石斛在幼苗形成和发育阶段的共生专一性并没有在杂交后代上得到遗传或表现, 或者说是杂交打破了这种专一性的共生关系, 使得杂交后代能够和不同的真菌建立新的共生关系。该结果不支持关于共生真菌专一性是石斛属植物杂交后代形成的重要限制因素的假设, 推测石斛属植物在幼苗分化和发育阶段与真菌这种专一性的共生关系是在适应特定生态环境的过程中形成和建立的。