邻体树种多样性对杉木叶片氮与钾、钙、镁计量比的影响

【目的】探讨亚热带森林生态系统中邻体树种多样性对元素计量比的影响,以期为亚热带地区造林树种的选择提供养分利用效率的科学依据。【方法】基于大型野外树种多样性与生态系统功能实验平台,选取具有不同树种丰富度(1、4、8、16、32)的样地,以杉木为研究对象,在每块样地中心区域,选取8株目标树,测定其叶片氮(N)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)等养分含量,并计算其与邻体树之间功能性状差异。采用线性混合效应模型,分析邻体树种丰富度、树种间功能性状差异以及邻体树高指数对目标树叶片氮与钾、钙、镁化学计量比的影响。【结果】1)杉木与邻体树之间的比叶面积不相似性显著降低了杉木叶片氮钾比(N∶K)和氮镁比(N∶Mg),但不影响杉木叶片氮钙比(N∶Ca);2)邻体树种丰富度增加,且提高了杉木叶片氮镁比(N∶Mg);3)邻体树高指数(遮荫程度)显著降低了杉木叶片氮钙比(N∶Ca)。随着遮阴程度的增加,杉木和邻体树之间根组织密度的不相似性对杉木叶片N∶Ca的影响由正效应逐渐转为负效应。【结论】在亚热带地区营造混交林有利于提高树木邻体树种功能性状差异,促进钙、镁、钾等养分资源的利用,改善树木的养分平衡状况。

植物群落物种多样性对生态系统生产力的影响

物种多样性对生态系统功能的影响是生态学领域所研究的核心科学问题之一。本研究利用人工构建的一年生植物群落,就植物群落物种多样性、植物功能群多样性和功能群成分对生态系统生产力的影响进行了研究,并对物种多样性-生态系统功能关系的作用机制———取样效应和生态位互补效应进行了验证。结果表明,随着物种多样性的增加,群落生产力呈增加趋势,物种多样性对生态系统功能存在正效应,物种多样性增加的总体效应可通过生产力与物种数的二次函数关系y=-37.463x2+478.63x+1097.3,(R2=0.9167)得到较好的体现。功能群多样性和功能群成分均对系统功能有显著影响。总体而言,物种数一定时,功能群多样性较高的群落其生产力水平也较高,而功能群多样性一致时,含C3、C4功能成分的群落其生产力水平较其他群落的高。分析结果还表明,在多样性-生态系统功能关系中,取样效应和生态位互补效应共同发生作用,说明物种的特性及物种在资源利用方面表现出的异质性对生态系统功能可能都有重要影响。

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性

植物克隆多样性与生态系统功能

克隆繁殖产生基因型相同的个体。通常情况下,局域克隆多样性取决于Eriksson种苗补充机制,即已有基因型丧失和新基因型补充之间的平衡。但是,环境因素对克隆多样性也有着重要的作用,如干扰会通过提供种苗更新机会或影响幼苗生长来改变克隆多样性。以前的研究表明遗传变异程度确定进化潜力,最近的研究揭示出基因型多样性也有着即时效应。较高的基因型多样性可能会因含有抗性基因型概率较高的抽样效应和/或保险机制而提高稳定性。一些研究发现克隆多样性的提高可增加初级生产力、维持动物丰富度和多度,并影响生物地球化学过程。该文也讨论了克隆多样性与生态系统功能关系的机制。

发展生态养殖 发挥产业优势

生态养殖是指在一定的养殖空间内，养殖者根据不同养殖生物间的食性互补、生态位互补、物质循环、能量流动等原理，辅以相应的养殖技术和管理措施，实现不同生物互利共生，实现生态平衡，提高养殖效益的一种养殖方式。这种养殖方式不仅保护生态环境，保护生物多样性，还能生产出优质、安全、无公害食品，具有良好的环境效益和较高的经济效益。

棉田间套复合体系提升生态系统服务功能研究进展

棉田间套复合体系是以提高棉田整体经济效益为目标而发展起来的现代农业种植体系,不仅能有效地缓解粮棉、经棉和果棉争地矛盾,实现棉花与其他作物同步增产增收,还可以作为协调粮食安全与生物多样性保护之间矛盾的有效手段。近年来,棉田间套复合体系越来越受到人们的重视和应用。本文系统总结了棉田间套复合体系提升生态系统服务功能的研究进展,如增加生物多样性、增加系统生产力和经济收益、提高光热利用效率、改善棉花品质、控制病虫草害等。并从地上光热资源和地下根系生态位互补、种间促进作用增加资源有效性、化感作用减轻病虫害最终促进邻居植物生长方面解析其潜在的生态学机制。最后对今后的研究方向进行了展望。

海州湾底层鱼类物种多样性与生物量的关系

随着生物多样性的丧失,全球许多海洋生态系统的功能发生了显著变化。为了解生物多样性和生态系统功能之间的关系,科学的海洋生态保护与管理显得尤为重要。本研究根据2013-2022年春季在海州湾及其邻近海域进行的底拖网调查数据,基于结构方程模型(SEM)探究了底栖鱼类群落中环境因素、生物多样性(物种丰富度与均匀度)和生态系统功能指标(以总生物量表示)之间的关系。结果表明:物种丰富度和生物量之间存在显著的正相关,而均匀度和生物量存在显著的负相关。环境因素中盐度对物种丰富度和生物量均有显著的影响,而对于温度来说,夏季与冬季的温度比年平均温度对生物量的影响更强烈。本研究表明,生态位互补效应和选择效应这两种机制可能同时对维持海州湾底层鱼类群落中的生物多样性-生物量关系发挥了作用,此外这种关系还依赖于它们所生存的环境和栖息条件。

上海大金山岛植被功能组成对草本植物、土壤动物和细菌多样性的影响

揭示植物群落对土壤动物和微生物多样性的上行调控效应有助于理解不同营养级生物多样性的维持机制。以往的研究主要集中在植物物种多样性对土壤动物和微生物多样性的影响,而关于植被功能组成自下而上的影响研究较少。以上海大金山岛13个植物群落为对象,在分析落叶木本植物占比与树木和草本物种多样性,以及土壤动物和细菌多样性的关系基础上,利用结构方程模型区分了落叶木本植物占比对土壤动物和细菌多样性的直接与间接影响效应。结果显示:落叶木本植物占比不仅分别对草本物种多样性和土壤动物多样性分别产生直接正效应和负效应(P<0.01;P<0.05),也会通过草本物种的级联效应间接的降低地下土壤细菌多样性(P<0.10)。然而,木本植物多样性仅与草本物种多样性显著正关联(P<0.10),与土壤动物和细菌多样性无显著关联(P>0.10)。该研究结果表明,相较于木本植物多样性,落叶植物占比在中亚热带北缘森林生态系统不同营养级生物多样性维持格局中扮演着更为重要的角色。

喀斯特地区土壤厚度降低和水分减少对两种草本植物混种后光合的影响

土壤"厚薄不均"和"岩溶干旱"是影响喀斯特地区植物生存、生长和繁殖的关键生态因子,深根植物和浅根植物由于根系生态位的互补可能会缓解资源减少对光合作用的抑制作用。以盆栽深根植物苇状羊茅(Festuca arundinacea)和浅根植物多年生黑麦草(Lolium perenne)为对象,研究土壤厚度降低、水分减少及土壤厚度和水分双重资源减少对两种草本植物混种下其光合作用的影响。结果表明,1)在高资源水平下,混种后苇状羊茅的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和水分利用效率(WUE)与单种间无显著差异(P>0.05);而黑麦草的Pn、Gs和Tr低于单种,WUE显著高于单种(P<0.05)。2)随着资源的减少,不管是单种还是混种,苇状羊茅和黑麦草的P_n、G_s和Tr大体上均呈降低的趋势,黑麦草的WUE呈上升趋势,且混种后降低或升高的幅度明显低于单种;而苇状羊茅的WUE由单种时升高变为混种时降低。3)在低资源水平下,混种后苇状羊茅的P_n、G_s和T_r高于单种,WUE低于单种;黑麦草的P_n、G_s和T_r与单种无显著差异,WUE低于单种。研究表明,在干旱和土壤贫瘠日趋严重的喀斯特地区,通过深浅不同根系的植物混种,可能在一定程度上缓解水分和土壤资源缺乏对植物光合作用的抑制作用。

生物多样性对牧草生产力、营养成分和氮循环的影响

为了探索喀斯特地区人工牧草生物多样性对牧草生产力、营养成分和氮循环的影响,并通过多样性效应(选择效应和生态位互补效应)揭示其内在机制。试验选择常见的6种牧草品种,采用随机牧草品种组合和区组试验设计,构建了不同多样性梯度的试验群落。测定指标包括:牧草生产力、营养价值、土壤氮和多样性效应。结果表明:牧草生物多样性提高了牧草生产力,对营养价值也有显著影响。生物多样性增强了土壤-植被氮循环,体现为牧草蛋白质产量、土壤总氮和有效氮增多。选择效应和生态位互补效应共同作用于多样性-生态系统功能关系,而选择效应是主体。选择效应有利于某些高产牧草如宽叶雀稗生长,对牧草生产力、营养价值及氮循环有较大影响。

间套作体系土壤磷素吸收优势和机理研究进展

利用间套作农业生态工程种植技术可以充分挖掘土壤累积态磷素,减少农田磷肥投入,对于维持磷素资源和土壤肥力的可持续性,防控农田面源污染,具有重要的现实意义。系统总结了间套作体系对土壤磷素的挖掘利用优势,从间套作体系的根系形态、分布特征、根系分泌物、根系活性和根间菌丝桥角度并结合生态位互补和种间促进作用的原理分析了磷素吸收优势的机理。指出了此项研究存在的问题,对今后的研究方向和发展趋势进行了展望。

生产力、可靠度与物种多样性:微宇宙实验研究

近年来，生物多样性与生态系统功能的关系成为生态学领域内一个重大科学问题。有一些实验研究表明，物种多样性的降低会使生态系统的生产力、稳定性等功能受损。然而对这些实验结果的解释却产生了激烈的争论，因为有两种机制——“生态位互补”和“抽样效应”都可能会产生这种结果。本项研究通过微宇宙实验探讨了物种多样性与生态系统生产力及其可靠度的关系。在10种单细胞藻类中随机抽取物种，构建具有不同物种丰富度的水生群落，并使同一物种丰富度水平的群落之间没有物种交叉，然后检测物种丰富度对群落生产力及其可靠度的作用。群落生产力以藻类干重表示，自实验开始后第4周起，每周测定1次，共测5次。结果显示：物种丰富度对群落生产力有正效应，并且这种正效应随时间推移而增强；许多混合群落的生产力超过了该群落内所有物种的单产，即发生了超产现象；在实验初期某些特定物种对一些混合群落生产力有主要贡献，而在实验后期却没有任何多物种群落的生产力受个别物种存在与否的影响；群落生产力的可靠度与物种丰富度之间不存在显著相关。从以上结果可以得知：物种多样性对群落生产力有逐渐增强的正效应；物种多样性对生产力的正效应是生态位互补和抽样效应共同作用的结果，但随时间推移。

利用天敌昆虫治理豚草的研究进展

豚草Ambrosia artemisiifolia L.起源于北美洲,一年生草本植物,靠种子繁殖。豚草在入侵地逃离了天敌等生物因子的制约,种群得以快速发展,并暴发成灾,对人类健康、农牧业生产、生态环境等均造成严重的影响。从20世纪60年代开始,许多国家从原产地寻找天敌,开始豚草生物防治。我国从20世纪80年代,先后从国外引进了5种植食性昆虫,对其生物学、生态学特性及其应用等开展了研究,最终确认豚草条纹叶甲和豚草卷蛾是2种具有应用前景的天敌昆虫。这两种天敌昆虫在野外释放后,仅有豚草卷蛾能在野外成功建立种群,一定程度上延缓了豚草种群的蔓延。随后,2001年,在南京市郊的豚草上发现一种来自北美的广聚萤叶甲,经过寄主专一性测定后,发现其具有严格的寄主专一性。同时,这种叶甲气候适应能力、繁殖力和对豚草控制潜力均较强。在中国,广聚萤叶甲和豚草卷蛾生态位互补的生物防治技术已被提出,并在南方各省市大面积推广应用,取了非常理想的控制效果。然而,广聚萤叶甲尚未能在北方建立种群,这给北方豚草的生物防治带来了许多困难。因此,通过野外创造有利于广聚萤叶甲成虫越冬的人工保护生境,或通过人工冷驯化和筛选获取高产耐寒种群,将有助于这些问题的解决。

邻域树种多样性对杉木叶片氮磷生态化学计量比的影响

生物多样性丧失威胁生态系统功能,研究生物多样性对植物生态化学计量比的影响,有利于深入评估生物多样性对生态系统功能的影响机制。该研究利用亚热带地区大型野外树种多样性实验平台,选取不同树种丰富度(1、4、8、16、32)样地中的杉木(Cunninghamia lanceolata)为目标树种,探讨邻域树种丰富度、邻域树种与目标树间的性状差异以及邻体竞争对目标树杉木叶片氮(N)、磷(P)含量及N:P的影响。主要研究结果:(1)邻域树种与目标树根组织密度差异显著降低了杉木叶片N含量,而比根长差异显著增加了杉木叶片P含量。(2)邻域树种竞争显著降低了杉木叶片N含量和N:P。(3)邻体竞争指数和比根长差异的交互作用,以及邻域树种丰富度和比根长差异的交互作用均显著降低了杉木叶片P含量。即比根长差异对杉木叶片P含量的正影响随着邻域树种丰富度的增加而降低,比根长差异对杉木叶片P含量的正影响也随着邻体竞争的增加而降低。(4)邻域树种丰富度和邻域系统发育差异的交互作用显著提高了杉木叶片N:P。邻域系统发育差异对杉木叶片N:P的负效应随着邻域树种丰富度的增加而降低。综上,杉木与功能性状差异较大的树种混交显著提高杉木叶片P含量,而邻域树种竞争降低了杉木叶片N含量。在杉木与多树种混交时,树种间功能性状差异有助于减缓种间竞争带来的不利影响,提高杉木叶片N:P,进而有利于其生长。

基于森林碳汇视角的生物多样性对森林生产力的传导机制研究

森林碳汇是最经济、最简单、最有效的减排方式,生物多样性对维持生态系统服务有主导功能。为了探究生物多样性对森林碳汇的影响,分析生物多样性对森林生产力的传导机制,重点讨论生物多样性与森林生产力的"单峰"模式关系、森林生产力和森林碳汇的正相关性、以及森林碳汇对生物多样性的正向反馈作用;提出了保护生物多样性、提高森林生产力、增加森林碳汇的途径:加强相关法制建设,完善森林碳汇交易机制;科学管培森林结构,精准提高森林质量;强化基层环保观念,提高森林生态补偿标准。

东北温带森林树种和功能多样性对生态系统多功能性的影响

生物多样性对维持多种生态系统功能和提高群落抵抗扰动能力具有重要意义。选择效应和生态位互补效应是被广泛讨论的维持生态系统功能的两种机制。然而,对于两种机制在气候变化背景下如何维持森林生态系统多功能性(EMF)的理解还不充分。该研究基于分布在中国东北寒温带和中温带天然森林的样地,以功能性状多样性(FD_(q=0))、单个和多维性状功能分散指数(FDis)代表生态位互补效应,群落加权平均性状值(CWM)代表选择效应,使用多元线性模型和偏最小二乘法路径模型(结构方程模型),探究气候变化背景下不同气候区内EMF的主要影响因子和驱动机制。主要结果有:(1)在中温带森林中,生物多样性的两种属性(树种多样性(SR)和FD_(q=0))都对EMF有显著的正效应,但FD_(q=0)比SR更重要。在寒温带森林中,没有识别到生物多样性与生态系统多功能性之间的显著关系(BEMF)。(2)中温带森林群落SR对EMF的正效应被性状差异和群落加权平均最大树高(CWM_(H_(max)))介导,选择效应和生态位互补效应两种机制同时维持EMF,选择效应略高于互补效应。CWM_(H_(max))是影响寒温带森林EMF的主要生物因素,选择效应是寒温带森林EMF的主要维持机制,SR对EMF的促进作用不显著,性状差异与EMF无关。(3)由于生物多样性的“保险效应”,中温带森林抵抗气候变化的能力更强,气候因素对SR、性状差异、CWM_(H_(max))和EMF的影响都不显著。寒温带森林对气候变化敏感,气候是影响EMF的重要非生物因素。更高的年平均气温和降水量显著改变了群落的性状组成(CWM_(H_(max))),稀释了具有高竞争力和适应力性状(例如,最大树高(_(H_(max))))的物种对生态系统功能的贡献,降低了选择效应。该研究结果强调了生物多样性对维持森林EMF的重要性,证明了选择效应和生态位互补效应都是中国东北温带森林EMF的驱动机制,并表明气候变化可能会通过改变寒温带地区森林群落性状组成(例如,CWM_(H_(max)))间接影响EMF。

喜马拉雅山不同森林群落主要树种叶片元素性状与生物量之间的关系

植物需要多种基本元素调节并保持其特定比例以维持生长发育,叶片元素含量反映了植物的功能及其对环境的适应性.然而,在森林海拔梯度上,我们对于资源获取、光合作用和生长相关的叶片元素如何调节森林生物量仍知之甚少.本研究在喜马拉雅山干城章嘉峰地区沿热带森林(海拔80m)至高山树线(海拔4200m)设置海拔梯度样带,每间隔海拔100m设置一个样点,对116个树种的1859个个体测定了叶片中10种元素(C、N、P、K、Ca、Mg、Zn、Fe、Cu和Mn)的含量,通过计算叶片元素含量的群落加权平均值(反映优势物种的性状优势度,表征质量比效应)和功能离散度(反映物种在生态位空间内的聚集或者离散程度,表征互补效应),探究叶片元素含量及其离散程度沿海拔梯度分异特征,解析其对森林群落生物量的影响.研究结果表明,较强的叶片元素质量比效应和较弱的互补效应有利于森林群落生物量的积累.叶片元素性状多样性与海拔的共同作用对生物量的解释量(解释方差:52.2%)高于元素性状多样性的解释量(解释方差:0.05%~21%).海拔调节了树种性状多样性在生物量积累中的作用,互补效应在低海拔和高海拔地区对生物量的影响分别体现为积极和消极作用,这表明海拔和互补效应之间也存在交互作用.此外,海拔和质量比效应的交互作用对海拔梯度上生物量的影响也存在异质性.本研究表明,不同森林群落生物量的积累可能受到由海拔调控的性状多样性的影响.尽管较高的性状分异不利于生物量的积累,但能增强高海拔地区树种对胁迫环境的适应性.

功能性状对乡土植物混播草地产量及稳定性的影响

功能性状能够量化植物生理生态特征并预测生态系统功能。为探究功能性状对乡土植物混播草地群落产量和稳定性的影响,本研究以乡土植物羊草(Leymus chinensis)、赖草(Leymus secalinus)、扁蓿豆(Medicago ruthenica)和非乡土植物紫花苜蓿(Medicago sativa)为试验材料,分别设置各物种单播以及羊草-扁蓿豆、羊草-扁蓿豆-赖草、羊草-扁蓿豆-赖草-苜蓿混播,比较不同处理下产量和稳定性的差异,并基于性状加权平均值和功能多样性指数,探究功能性状对群落产量及稳定性的影响。结果表明:两物种和三物种混播产量较低,三物种和四物种群落稳定性在大部分时期都高于两物种;功能多样性指数的增大有利于维持群落稳定。光合速率和呼吸速率的提高会对稳定性产生负面影响。综上所述,混播处理没有显著提高产量,两物种组合稳定性较差,光合速率和呼吸速率以及功能多样性是影响稳定性变化的关键因素。

功能多样性对典型阔叶红松林生产力的影响

为比较生物量比率假说与生态位互补假说在解释生产力变异的相对重要性,探讨生物多样性和生产力之间的关系是否受到生物和非生物因素的影响,该研究依托小兴安岭9 hm^2阔叶红松(Pinus koraiensis)林动态监测样地,通过计算群落初始生物量、物种多样性、功能多样性、植物性状的群落加权平均值和测定环境因子,运用线性回归模型、结构方程模型,比较了物种多样性和功能多样性与生产力的相关性。结果表明:(1)物种多样性和功能多样性均对生产力有显著作用,功能多样性比物种多样性与生产力的关系更为密切;(2)功能多样性指数比群落加权平均值能更好地解释生产力变异,说明生态位互补假说更适用于解释阔叶红松林群落内生产力的变异;(3)生物多样性与生产力的关系受生物因素与非生物因素的共同作用,相较于多样性和功能性状组成(植被质量),初始林分生物量(植被数量)能更有效地解释生产力的变异。生物多样性与生产力关系的研究应从植被质量与植被数量同时出发,评估生态系统过程的多种非生物和生物驱动因素,同时维护森林功能多样性,加强植物与土壤环境的保护,对有效增加生产力和维持生物多样性具有重要意义。