氮沉降对树木生长的影响是全球变化研究的一个核心问题。该文通过设置4种氮添加水平(对照(0)、低氮(20 kg N·hm^-2·a^-1)、中氮(50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(100 kg N·hm^-2·a^-1)), 研究了模拟氮沉降对落叶松(Larix gmelinii)原始林树木胸径生长的影响。结果表明: 中氮和高氮添加对落叶松胸径相对生长率有显著影响, 而且这种影响随施氮年限的增加而增强。不同高度的树木对氮添加的响应有很大差异, 较低树木(树高<16.5 m)的生长对氮添加无显著响应, 而较高(树高>16.5 m)的树木在中氮和高氮处理下胸径生长有显著加速(胸径相对生长率增幅>79.5%), 但随着树木高度的进一步增加, 这种加速作用明显下降。研究结果显示氮添加会促进落叶松胸径生长, 这种促进作用主要发生在较高的落叶松个体中。

与传统方法相比, 利用树木年轮学方法研究树线过渡区树木生长温度敏感性高低的问题更注重比较树木个体间的生长情况, 从各个树轮序列间的生长一致性程度和树轮序列对气候因素(气温、降水)的响应一致性程度可探讨树线过渡区树木生长的温度敏感性。为了认识高山树线过渡区内树木生长的温度敏感性问题, 选择西藏昌都地区八宿县的一条川西云杉树线过渡区为研究对象, 比较了过渡区内树木个体间的生长一致性, 分析了树木生长与气候因素的相关性及其在个体间的异同。结果显示: 树线过渡区内树轮生长在个体间的一致性较低, 树轮生长与气温的关系在树木个体间的一致性也较低, 而树轮生长与当年4-9月降水的关系相对较强。西藏八宿树线过渡区属于干旱区, 相对于气温而言, 降水对树木生长的影响更大。此外, 小生境的异质性及干扰事件的发生也有可能降低树木对温度的敏感性。在全球变暖及极端气候事件增加的背景下, 树木生长的温度敏感性被高估可能会导致对树线过渡区位置及树线过渡区内群落生产力等的预测产生偏差, 这一问题应该在区域生态模拟研究和相关林业经营与管理上得到重视。

为了探究黄土高原灌丛群落中优势物种的根、茎和叶等营养器官之间碳(C)、氮(N)、磷(P)及其比值等化学计量特征的环境分异性及其与土壤养分的耦合性, 在甘肃省和宁夏回族自治区境内的3个灌丛集中分布区(甘肃南部、宁夏北部和甘肃西部)沿水热梯度选取41个样点进行样地调查。结果显示: 1)甘肃、宁夏灌丛群落的有机物质含量及P资源相对匮乏, 而N资源相对丰富。2)从甘肃南部、宁夏北部到甘肃西部, 生长季温度递增、年降水量递减, 与此耦合, 土壤养分也逐级递减, 沿着土壤养分梯度, 黄土高原优势灌丛根、茎和叶的C、N、P储量减少, 根和茎的C:N下降, 根、茎和叶的N:P上升, 但在宁夏北部和甘肃西部间差异不显著。同时, 3个优势灌丛分布区的优势灌丛各器官间营养元素的分配格局不同。3)土壤养分相对较高的区域优势灌丛间各器官营养元素储量无差异, 而土壤养分较低区域亲缘关系较远的优势灌丛间各器官的营养元素储量差异显著, 而亲缘关系较近的优势灌丛各器官营养元素储量差异不显著。黄土高原优势灌丛各器官C、N、P化学计量特征是植物体与土壤中化学元素耦合的结果, 当土壤养分逐渐升高时, 植物体内的化学元素储量也逐渐增多。该研究不仅有助于认识黄土高原优势灌丛化学计量环境分异规律, 而且有助于洞察不同土壤条件下C、N、P在优势灌丛营养器官间的分配格局和植物资源分配策略, 并为黄土高原植被的管理和恢复提供一定的理论基础。

目前有关森林根系分泌物及其诱导的土壤生态学效应研究主要关注根系碳(C)源输入, 而极少关注根系分泌物氮(N)源输入及其伴随的C:N化学计量特征对土壤过程和功能的影响, 极大地限制了我们对森林根系-土壤-微生物互作机制的深入认识。该研究以川西亚高山天然林和云杉(Picea asperata)人工林土壤为对象, 模拟配制不同C:N化学计量特征(只有N、C:N = 10、C:N = 50、C:N = 100和只有C处理)的根系分泌物溶液进行人工添加试验, 以探究根系分泌物化学计量特征对两种林分土壤碳动态及其微生物群落结构的影响差异。结果表明: 模拟根系分泌物C添加总体促进了两种林分土壤有机质分解激发效应而降低了土壤总碳(TC)含量, 而N添加在一定程度上缓和了两种林分土壤TC含量的降低幅度, 且C添加导致天然林土壤TC含量的降低幅度明显低于土壤N有效性更低的人工林。几种根系分泌物添加处理对两种林分土壤活性和惰性碳库的影响无明显规律。另外, 根系分泌物C添加总体降低了天然林土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量和细菌、放线菌、真菌PLFA含量, 而总体增加人工林土壤微生物PLFA总量和细菌、放线菌、真菌PLFA含量, 并诱导两种林分土壤微生物群落结构(细菌:真菌相对丰度)也发生了各自不同的变化。上述结果表明森林根系分泌物N源输入和土壤N有效性共同调控根系C源输入对土壤有机质分解激发效应的方向和幅度。研究结果为深入揭示典型森林根系分泌物化学计量特征对土壤生物化学循环过程的调控机制提供了一定的理论依据。

以国家农业部指定的20种恶性入侵植物为目的种, 在海南岛开展其分布特征与入侵强度的调查研究, 重点研究了陆域环境中6种广布入侵植物——飞机草(Chromolaena odorata)、假臭草(Praxelis clematidea)、含羞草(Mimosa pudica)、苏门白酒草(Conyza sumatrensis)、三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata)、马缨丹(Lantana camara)在7种生态系统(天然次生林、农田、村落、种植园、林缘、弃耕地、草地)中的入侵频率及入侵植物对本地植物的影响。结果表明: 1)海南岛有恶性入侵植物11种, 占调查目的种总数的55.0%。2)海南岛的东北、西南部分布的入侵植物种数较多, 东南部次之, 中部地区最少。3) 6种入侵植物的整体入侵强度为: 假臭草>飞机草>含羞草>三裂叶蟛蜞菊>马缨丹>苏门白酒草; 苏门白酒草、马缨丹在不同生态系统中的入侵频率无显著差异; 而假臭草在种植园及弃耕地, 含羞草在农田, 三裂叶蟛蜞菊在种植园生态系统中的入侵频率均显著高于其他生境。4)种植园、弃耕地和农田生态系统是植物入侵的主要生境类型, 而林缘和天然次生林生态系统均对植物入侵表现出抵御作用。5)植物入侵对当地植物多样性的影响存在正、负及无关联效应, 并主要影响群落中的草本植物功能群; 样地中入侵植物盖度总值与本地植物平均种数在种植园、农田和村落生态系统中无相关性, 在林缘和弃耕地生态系统中, 两者呈显著负相关关系; 而在草地生态系统中, 在一定盖度范围内, 入侵植物盖度总值与本地植物平均种数呈显著正相关关系。

选取尖叶泥炭藓(Sphagnum capillifolium)为试验材料, 在模拟水位与光强条件下, 对人工构建的苔藓植物群落进行室内培养, 每隔1-3天观察并记录植株高度、孢蒴变化过程及变化时间, 分析了不同水位与光强条件对孢蒴生产的植物功能属性动态的影响。水位上升促进了蒴柄伸长及植株高增长, 增加了孢蒴开裂率及遮蔽率。光强增加有助于孢蒴生长, 并提高了孢蒴开裂率。在孢蒴直径以及植株高增长性状上, 水位与光强存在交互作用。水位与光强对孢蒴增长率均没有影响。此外, 水位升高与光强增加使孢蒴成熟及蒴柄伸长时间提前, 总体上使孢子释放时间分别提前了4.0 d和4.8 d, 由此可能减小了孢子体因受夏季干旱影响而败育的风险。孢子释放后, 繁殖株高增长加速, 可为未来的再次繁殖奠定基础。

蒺藜(Tribulus terrester)果实由5个集合繁殖体构成, 是一种常见的具集合繁殖体的一年生植物。该文对不同月份成熟的蒺藜果实及果实集合繁殖体的形态、活力、吸水率、萌发率及萌发速率进行了比较观察, 初步探讨其生态学意义。主要结果如下: 1)果实各集合繁殖体间在质量、附属物质量百分比、种子数、活力、吸水率、萌发率及萌发速率方面随其发育顺序依次减小, 存在显著差异; 2)果实平均活力及萌发率随成熟时间依次升高, 而吸水率依次降低, 平均活力及萌发率与果实成熟时间正相关, 而与吸水率负相关, 成熟时间越早, 活力及萌发率越低, 吸水率越高; 3)除9月最晚成熟的集合繁殖体在最适条件下均能萌发外, 其余月份的果实各集合繁殖体只能部分萌发, 且只有位于集合繁殖体长刺端的种子能萌发, 这种在当季只萌发部分种子, 剩下的种子仍然保持在一个扩散单元中并在数周、数月或数年间不规则地间隔萌发属于间歇性萌发。上述结果表明: 不同月份成熟果实及果实不同发育顺序的集合繁殖体在形态、活力及吸水率方面存在梯度变化, 这种变化可能是造成蒺藜间歇性萌发的主要原因, 这种萌发对策可以降低同胞后代间的竞争, 使其对可变环境中的生存风险进行有效的分摊, 为物种的延续提供保障。

齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)作为典型的耐旱藓类, 广泛分布于世界干旱和半干旱荒漠地区, 是古尔班通古特沙漠生物土壤结皮中的优势藓类植物。该沙漠冬季具有稳定的降雪, 初春的积雪融化为植物的生长提供了良好的水热条件。荒漠藓类植物叶片仅具一层细胞, 对外界环境的变化十分敏感, 有关荒漠藓类植物在冬季和早春地表冻融交替过程中如何适应环境剧烈变化的研究鲜见报道。该研究探讨了生长于3种不同微生境(活灌丛、枯死灌丛和裸露地)下的齿肋赤藓, 经由冬季低温冻结到早春融雪复水再到春季中旬自然干燥过程中的生理生化变化特征。结果表明: 不同冻融期、微生境及二者的交互作用能够显著影响齿肋赤藓的渗透调节物质(游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白)含量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性(过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性)。冬季低温冻结期的极端低温和春季中旬的干燥环境使得齿肋赤藓可溶性糖和MDA含量, 以及3种抗氧化酶活性均显著高于早春融雪期, 可溶性蛋白含量显著低于融雪期。同时, 在融雪期灌丛遮阴所形成的“冷岛效应”使得生长于灌丛下的齿肋赤藓植株可溶性糖和MDA含量显著高于枯死灌丛和裸露地。但灌丛的存在也为春季中旬干旱无雨期齿肋赤藓提供了一个相对良好(含水量高)的生活环境, 其下齿肋赤藓的渗透调节物含量和抗氧化酶活性均显著低于其他两个生境。在整个冻融过程中裸露地齿肋赤藓的3种抗氧化酶活性均显著高于灌丛下, 这可能是由于生活于裸露地的苔藓有更强的耐胁迫特性。

植物个体间的竞争是植物种群和群落中的普遍现象, 一直是生态学家关注的焦点, 尤其是植物在生长过程中与邻体的地上竞争。在环境水分胁迫或营养胁迫条件下, 植物根系间的地下竞争同样重要。然而, 有关植物体地上、地下竞争模式的相关理论一直存在分歧和争论。该文扼要介绍了植物地上、地下竞争的概念及模式, 简要阐述了植物对称性竞争与非对称性竞争相关研究的理论模型及其检验方法, 概述了影响植物间竞争甚至改变竞争模式的主要因素及其意义, 讨论了研究物种对称性竞争和非对称性竞争的模式和机制对生态学其他研究领域的影响和重要意义, 并对植物对称性竞争与非对称性竞争的相关研究进行了展望。