物种生境模型预测结果通常是概率性的, 然而在具体的保护管理等实践应用过程中通常需要基于二元值(存在/不存在)的分布图, 此时就需要把概率性的预测结果转化为二元值,在此转化过程中就涉及阈值选择问题。此外, 在评估模型预测准确度的时候, 多数评估指标也需要选择一个阈值用于转化概率预测结果, 这个阈值选择对于模型预测准确度也会有极大的影响。然而阈值选择却是物种生境模拟不确定性研究中较少涉及的领域。“随机森林”既可以生成物种生境概率分布图(回归算法)也可以生成二元分布图(分类算法), 然而还未见对两种预测方式的比较研究。该文以珙桐(Davidia involucrata)和杉木(Cunninghamia lanceolata)为例, 分别采用“随机森林”的分类算法和回归算法预测其生境二元分布图和概率分布图, 通过4个不同阈值选择方法(默认值0.5、MaxKappa、MaxTSS和MaxACC)把概率预测图转换为二元分布图, 进而比较分析转换结果对模型预估的影响。珙桐不同阈值选择方法所确立的阈值之间存在显著差异,而杉木没有显著差异; 两物种模型准确度之间没有显著差异; 在预测两物种未来气候条件下的生境面积变化、生境分布区迁移方向和距离以及最适宜海拔分布高度变化时, 二元值转换后的回归算法与分类算法之间存在显著差异,但回归算法中各阈值选择方法之间没有显著差异。空间生境分布图的相似性分析表明MaxKappa和MaxTSS法具有最大相似性, 分类算法与4种阈值选择方法之间具有最大差异。

树干CO₂释放通量(E_s)是森林生态系统碳收支的重要组分, 但是目前对E_s的季节动态和树种间差异的调控认识不足。该文采用红外气体分析法于2013年7-10月和2014年3-7月原位测定了东北温带森林中4个针叶树种(红松(Pinus koraiensis)、红皮云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)和落叶松(又名兴安落叶松)(Larix gmelinii))的E_s、树干温度(T_s)等因子, 旨在比较分析E_s的季节动态和树种间差异及其驱动因子。结果发现: 整个测定期间4个树种E_s的时间动态总体上与T_s变化一致, 高峰值出现在温度较高和生长迅速的夏季(5月末-7月初), 最小值则出现在温度较低的春季(3月末-4月末)或秋季(10月)。T_s分别解释了所有树种生长季(5-9月)和非生长季(其他月份) E_s变异性的42%-91%和56%-89%。进一步分析发现, 除了T_s之外, 生长季期间4个树种的E_s与日胸围生长量、樟子松和落叶松的E_s与空气相对湿度、樟子松的E_s与边材氮浓度也显著相关。这些结果表明T_s是影响E_s的主导环境因子, 但影响程度随树种、生长节律变化而变化。同一树种生长季的E_s显著高于非生长季, 而同一季节不同树种之间E_s差异显著。生长季不同树种E_s的温度系数(Q₁₀值)的差异不显著(波动在1.64-2.09之间), 但在非生长季却存在显著性差异(波动在1.80-3.14之间); 并且红皮云杉、樟子松和落叶松生长季的Q₁₀值均显著低于非生长季, 说明不同树种E_s对温度变化响应的差异主要表现在非生长季。上述这些温带针叶树E_s的季节和种间变化受温度等多因子联合驱动, 因此采用单一的E_s温度响应方程会增大E_s年通量估测的不确定性。

互花米草(Spartina alterniflora)是全球海岸带相当成功的外来入侵种, 对红树林的威胁越来越严峻(尤其在中国)。不仅如此, 海洋和近海海岸带受重金属污染的胁迫也日趋严重, 但是互花米草对红树林湿地沉积物重金属累积的效应仍不明确。为了探究互花米草入侵对红树林湿地沉积物重金属累积的效应及潜在机制, 该文作者在广东湛江红树林国家级自然保护区设置两组对比生境: 裸滩对比互花米草群落和海榄雌(Avicennia marina)群落对比海榄雌+互花米草混生群落, 调查分析各对比组内沉积物重金属元素砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)、锌(Zn)和锰(Mn)含量的差异及其与环境因素的关系。结果表明, 互花米草能提高红树林湿地沉积物重金属的含量, 尤其是Cr、Cu、Ni、Zn和Mn有显著的提高。污染等级评价显示只有Cd的污染等级达到偏中度水平。互花米草能促进湛江红树林湿地沉积物重金属累积, 但并不一定会造成污染危害。进一步分析显示沉积物重金属含量与沉积物有机物质、全碳、全氮、全硫和全钾含量存在密切的共线性。归根结底, 互花米草密集的地上与地下生物学结构可能是其促进沉积物重金属累积的主要因素。

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)林不同年限地表覆盖对土壤总有机碳及土壤活性有机碳含量的影响, 以浙江省台州市黄岩区山地毛竹林为研究对象, 对覆盖1年、覆盖2年和自然生长(对照)的毛竹林地0-50 cm内各土层土壤活性有机碳含量进行了比较研究。结果表明: 1)地表覆盖1年和2年的毛竹林样地土壤总有机碳、轻组有机质和易氧化碳含量均高于对照样地, 相比于对照样地, 覆盖1年的毛竹林样地土壤总有机碳、土壤轻组有机质、土壤易氧化碳含量分别增加11.2%-74.2%、31.7%-196.9%、5.0%-79.6%, 覆盖2年的毛竹林样地土壤总有机碳、土壤轻组有机质和土壤易氧化碳含量分别增加22.2%-90.8%、36.7%-238.5%、21.9%-97.5%。不同处理样地的土壤水溶性有机碳含量差异不明显。2)对照样地土壤水溶性有机碳占总有机碳的比率高于覆盖处理的毛竹林地, 而易氧化碳占总有机碳的比率在0-30 cm土层表现为覆盖1年>覆盖2年>对照样地。3)覆盖1年、覆盖2年和自然生长3种处理下, 土壤水溶性有机碳、易氧化碳、轻组有机质和总有机碳含量呈现较高的相关性, 且对照样地土壤水溶性有机碳与总有机碳的相关系数大于覆盖1年和覆盖2年的毛竹林地, 覆盖2年的毛竹林样地易氧化碳与轻组有机质的相关系数最大。4)三种处理方式下, 土壤总有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳、轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁)的相关性达到显著或极显著水平。短期内毛竹地表覆盖有利于提高土壤总有机碳、土壤活性有机碳和土壤养分元素含量, 对改善毛竹林土壤质量, 维持竹林可持续经营具有一定的促进作用。

树木的死亡是森林生态系统中重要的生态学过程。为了探索树木的死亡如何影响物种的空间格局及种间相关性, 并进一步探寻树木死亡的原因, 运用点格局分析的相关方法, 对宝天曼1 hm²固定样地内树木死亡前后17个物种的空间格局及种间相关性进行了分析。结果表明: (1)树木死亡前后物种的空间格局以聚集分布为主, 但死亡后在较大尺度上表现为聚集分布的物种数减少, 随机分布的物种数增多。(2)树木死亡前后物种与锐齿槲栎(Quercus aliena var. acuteserrata)的种间相关性均以正相关和不相关为主, 并且死亡后, 在小尺度上表现出正相关物种对数增多, 负相关物种对数减少。(3)物种个体的死亡符合随机死亡假说。死亡前后仅4个物种与锐齿槲栎的种间相关性完全改变, 多数物种的空间格局以及与锐齿槲栎的种间相关性仅在少数尺度上发生改变甚至没有改变, 而且不同物种的变化没有明显的规律。(4)锐齿槲栎死树和13个物种活树存在显著的种间相关性, 但死树活树的种间相关性与死亡前后种间相关性的变化并不完全一致。只有5个物种的活树与锐齿槲栎死树存在竞争, 而且个体死亡后物种与锐齿槲栎之间竞争加剧。个体的死亡是多种因素共同作用的结果, 虽然物种的死亡符合随机死亡假说, 但也存在少数竞争死亡的个体。

大量使用草甘膦防除外来植物将会改变入侵植物与邻近植物之间的相互关系。该文通过分析不同浓度草甘膦对植物生长和种间竞争关系的影响, 以揭示除草剂作用下植物种间关系的变化规律, 为进一步研究草甘膦的生态效应提供理论参考, 为优化农药使用提供数据支持。2016年6至8月, 在国家林业局杭州湾湿地生态系统定位观测研究站, 采用盆栽控制试验方法, 将入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)和土著植物白茅(Imperata cylindrica)分别进行单独种植和混种种植, 喷施7种浓度的草甘膦后测定植物的生长特征。结果显示: 草甘膦处理显著抑制了加拿大一枝黄花和白茅的生长。随着草甘膦处理浓度升高, 加拿大一枝黄花的株高增长量明显降低、绿叶数不断减少, 0.3-1.5 mL·L^-1处理组单种、混种加拿大一枝黄花的绿叶数均随时间呈递增趋势, 而1.8 mL·L^-1处理单种、混种加拿大一枝黄花基本枯萎死亡; 白茅的分蘖死亡数和枯萎叶片长均随草甘膦处理浓度递增而不断增长, 0.3-0.6 mL·L^-1处理组单种、混种白茅分蘖数和绿叶长度随时间呈增加趋势。草甘膦处理显著影响植物种间竞争关系, 随着处理浓度上升, 混种加拿大一枝黄花和白茅之间的竞争关系不断减弱。种间竞争关系显著影响了加拿大一枝黄花的生物量分配, 面对竞争时加拿大一枝黄花将更多的生物量分配到根部, 因而增加了根冠比; 种间竞争抑制了白茅分蘖数的增加和生物量的积累, 但不影响其植株生物量的分配。草甘膦处理和种间关系的交互作用同样显著影响加拿大一枝黄花和白茅生物量的增加, 但对两种植物根冠比的影响均不显著。结果表明: 不同植物对草甘膦的耐受性不同, 与本土植物白茅相比, 生长能力强的入侵植物加拿大一枝黄花对草甘膦处理具有更强的耐受性; 低浓度草甘膦处理减弱了两种植物之间的竞争关系, 可能会干扰入侵地植物群落的结构和动态。

化学计量内稳性是维持生态系统结构、功能和稳定性的重要机制。互花米草(Spartina alterniflora)的入侵对闽江河口湿地生态系统的结构和功能产生了威胁。互花米草入侵如何影响植物化学计量内稳性特征的研究有助于深入了解湿地生态系统稳定性, 对拓展生态化学计量学的研究范围有重要意义。该文基于化学计量内稳性理论, 以互花米草单种群落、短叶茳芏(Cyperus malaccensis var. brevifolius)单种群落和互花米草-短叶茳芏混生群落为研究对象, 对土壤和植物的氮(N)、磷(P)元素进行了测定, 并计算了植物的内稳性指数(H)。结果显示: 互花米草入侵对土壤N、P含量无显著影响, 但是显著提高了土壤N:P。对生态系统而言, N的内稳性(H_N, 平均值为25.31)显著高于P的内稳性(H_P, 平均值为10.33)与N:P值的内稳性(H_N:P, 平均值为2.50)。在器官水平上, 根的H_N显著高于茎的H_N, 鞘的H_N:P显著高于根的H_N:P, 而不同器官间的H_P差异不显著。种间内稳性对比发现, 混生群落中的互花米草根的H_N显著高于混生群落中的短叶茳芏根的H_N, 单种群落中的互花米草茎的H_N:P显著高于单种群落中的短叶茳芏茎的H_N:P。此外, 入侵对植物内稳性的影响表现在混生群落中的互花米草根、叶和鞘的H_N均显著高于单种群落中的互花米草根、茎和鞘的H_N。以上结果表明: 养分元素、器官、植被类型和入侵等均影响植物化学计量内稳性特征, 但无论是在单种群落还是在混生群落中, 互花米草均有内稳性显著高于短叶茳芏内稳性的现象, 没有发现短叶茳芏显著高于互花米草的研究结果。因此, 互花米草较高的内稳性可能是其入侵成功的一个原因。

在鄱阳湖湖滨沙山沿沙化梯度测定了单叶蔓荆(Vitex rotundifolia)花、叶、枝条、匍匐茎、细根的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量, 以阐明单叶蔓荆各器官C、N、P含量及化学计量比的分配格局, 探讨养分元素及其化学计量之间的关联及对沙化程度的响应。结果表明: (1)单叶蔓荆各器官C、N、P含量变化范围分别为386.28-449.47 mg·g^-1、11.40-25.37 mg·g^-1、0.89-1.54 mg·g^-1。各器官中以花的N、P含量最高。(2)沙化程度仅对C、N含量及C:P影响显著, 而器官是影响单叶蔓荆C、N、P含量及化学计量比的主导因子; 单叶蔓荆基于质量的N、P含量之间的关系在不同沙化程度区未发生策略位移现象, N:P化学计量比具有保守性特征, 没有随沙化程度与器官的改变而发生显著变化。(3)单叶蔓荆各器官的相关性主要集中在地上部分, 其中枝条与匍匐茎之间的关系最为密切, 二者之间的C、N、P含量及C:N、C:P化学计量比均表现为显著性相关。

外来植物入侵是全球性问题, 严重威胁入侵地生态系统功能和稳定性。入侵植物与其在原产地生长特征的不同, 使其在抵抗胁迫生境和利用资源方面具有较强的竞争能力, 从而具有较高的入侵潜力。UV-B辐射增强和氮沉降加剧作为两种全球变化因子, 可能与土壤微生物共同作用于植物入侵的整个过程。了解UV-B辐射增强和氮沉降加剧是如何直接或间接影响微生物介导的植物生长, 有助于揭示全球变化背景下的植物入侵机理, 为有效控制植物入侵并降低其对生态系统功能的危害提供理论依据。该试验采用四因素裂区设计, 以入侵美国的中国乌桕(Triadica sebifera)为研究对象, 通过模拟UV-B辐射增强和氮沉降加剧, 在土壤微生物控制条件下, 研究三者对不同种群乌桕生长的影响。结果显示: UV-B辐射增强、氮沉降加剧和土壤微生物可能共同作用于乌桕成功入侵的整个过程。UV-B辐射增强导致乌桕形态学和生物量分配发生变化, 大部分的资源分配给叶片以抵抗外界UV-B辐射胁迫。氮沉降使得乌桕将更多资源分配至地上部分, 特别是叶片, 减少了对地下生物量的分配。原产地土壤微生物对乌桕生长具有显著正效应, 同时, 氮沉降增强了该效应而UV-B辐射增强对该效应没有影响。氮沉降没有减缓UV-B辐射对乌桕的胁迫作用。入侵地乌桕种群相比于原产地乌桕种群在株高、叶生物量和总生物量方面已经进化出了较为明显的优势, 此外, 入侵地乌桕种群相比于原产地乌桕种群减弱了在根冠比和根生物量方面对原产地土壤微生物的依赖性, 但是增强了在叶面积比方面的依赖性。

美洲黑杨(Populus deltoides)是长江中下游及江淮平原重要的造林树种, 目前广泛栽培的美洲黑杨既有雄株品系, 也有雌株品系。为了解镉(Cd)胁迫条件下美洲黑杨雌、雄株的耐受性差异, 采用盆栽实验, 研究Cd污染(10 mg·kg^-1)条件下美洲黑杨雌、雄株气体交换速率、CO₂响应曲线、叶绿素荧光参数、渗透调节能力、激素含量的响应特征, 以及接种丛枝菌根真菌(Rhizophagus intraradices)对受Cd胁迫美洲黑杨雌、雄株的生理效应。结果表明: (1) Cd胁迫下, 美洲黑杨雌、雄株净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率、光系统II (PSII)最大光化学量子产量、PSII有效光化学量子产量、光化学淬灭系数、最大羧化速率、最大电子传递速率、磷酸丙糖利用速率均不同程度降低, 雌株的下降幅度更大, 接种丛枝菌根真菌的雌株的以上参数有了不同程度的恢复, 但对雄株没有明显影响; (2) Cd胁迫下, 美洲黑杨雌雄株的脯氨酸含量均显著增加, 接种丛枝菌根真菌进一步提高了雌株的脯氨酸含量; (3) Cd胁迫下, 美洲黑杨雌、雄株叶片生长素含量下降, 脱落酸含量增加, 雌株的变化幅度更大, 接种丛枝菌根真菌有利于恢复雌株激素的平衡。由此可见, 与雄株相比, Cd胁迫对美洲黑杨雌株气体交换速率和碳固定能力的负面影响更大, 植株光合机构受损更严重, 激素平衡更易受到影响, 表现出更弱的胁迫耐受性; 接种丛枝菌根真菌有利于增强美洲黑杨雌株的渗透调节能力并在一定程度上恢复雌株的固碳能力和激素平衡, 但菌根对雄株的效应并不显著。

为了进一步从离子动态运输方面了解沙枣(Elaeagnus angustifolia)耐盐机制和揭示沙枣种源间的K⁺/Na⁺平衡调控差异, 该研究利用非损伤微测技术(non-invasive micro-test technology, NMT)测定银川种源(盐敏感型)和阿拉尔种源(耐盐型)沙枣幼苗根系在3种不同NaCl处理方式下的离子流: 1)在150 mmol·L^-1 NaCl胁迫24 h后的Na⁺和K⁺离子流; 2) NaCl瞬时处理后的K⁺和H⁺的动态离子流; 3)先NaCl胁迫24 h, 再用Na⁺/H⁺逆向转运体抑制剂阿米洛利(Amiloride)和K⁺通道抑制剂氯化四乙胺(TEA)处理后的Na⁺和K⁺离子流。结果表明: NaCl胁迫24 h后, 沙枣根系Na⁺和K⁺外排净流量显著增加, 并且银川种源沙枣幼苗根系Na⁺净流量显著低于阿拉尔种源, 净流量分别为720和912 pmol·cm^-2·s^-1, 而K⁺外流净流量显著高于阿拉尔种源。瞬时NaCl处理后, 沙枣根系K⁺的外流迅速增加, 并且银川种源的K⁺外排净流量始终高于阿拉尔种源, 而H⁺由内流转为外排, 阿拉尔种源的H⁺净外流量大于银川种源。NaCl和NaCl + Amiloride处理下, 阿拉尔种源沙枣幼苗Na⁺外流的净流量均大于银川种源, 但K⁺外流的净流量均小于银川种源, 而在对照和NaCl + TEA处理下, Na⁺和K⁺的净流量在两个种源间无明显差异。研究证明NaCl胁迫造成根系Na⁺积累和K⁺外流, 沙枣幼苗为减少Na⁺积累, 通过根系Na⁺/H⁺逆向转运体将Na⁺从体内排出, 并且耐盐型种源沙枣幼苗根系在NaCl胁迫时能更好地维持体内的K⁺/Na⁺平衡, 其原因主要在于具有较强的Na⁺外排能力和较弱的K⁺流失。该研究可以为进一步发掘优良耐盐沙枣种质资源提供理论参考依据。