沿干旱梯度小叶锦鸡儿灌丛化对草本植物叶片矿质元素浓度及地上生物量累积的影响

草原灌丛化通过改变物种之间的相互作用深刻影响着群落的结构和功能。然而,当前有关灌木如何影响不同功能群草本植物对矿质元素吸收和累积的研究仍明显不足。在内蒙古草原沿干旱梯度选取了4个研究地点,对比分析了小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛斑块内和斑块外群落中禾草和非禾草功能群植物叶中矿质元素浓度以及地上生物量生产的差异,旨在阐明干旱和灌木对群落草本植物叶元素累积的影响,揭示灌草间相互作用的元素利用特征及其随干旱梯度的变化。结果显示:1)随干旱加剧,灌丛斑块内的非禾草功能群植物地上生物量保持恒定,但叶中的K、Ca、Mg、Fe、Mn和Cu元素浓度显著增加(P<0.05)。该结果表明群落中的非禾草功能群植物通过提高叶中的矿质元素水平来抵御和适应干旱胁迫。2)随干旱加剧,灌丛对非禾草功能群植物地上生物量,叶中Ca、Fe、Cu和Zn,禾草功能群植物叶中的P的累积影响从负(RII<0)或中性(RII=0)转变为正效应(RII>0)。该结果与胁迫梯度假说相符,表明灌木对草本植物的促进效应随干旱胁迫加剧而增加。3)灌丛的“沃岛”效应是驱动灌木对草本植物元素累积正效应的主要机制。研究结果揭示了锦鸡儿属灌木的促进效应在维持内蒙古干旱、半干旱草原群落植被物种共存和生态系统功能稳定中的重要性。

草原灌丛化过程灌木-草本植物相互作用研究进展

近年来,草原生态系统发生剧烈变化,灌丛化现象加剧。草原灌丛化的本质是灌木-草本植物相互作用的方向与强度发生改变,从而引起群落结构的变化。本文从灌木-草本植物相互作用的主要影响因素、发生机制及其对群落演替的影响三方面梳理近年研究进展,探讨各种环境因素影响下灌木-草本植物相互作用的变化趋势及其对草原群落的影响,以期为全球气候变化背景下灌木-草本植物动态变化及灌丛化草原群落演替方向预测提供参考,也为我国灌丛化草原的恢复与管理提供理论依据。

不同密度条件下芨芨草空间格局对环境胁迫的响应

基于小尺度上植物间相互作用与空间格局的高度相关性,选用可避免环境异质性影响的K2点格局函数,研究了沙枣-芨芨草群落中63个芨芨草样方(3密度条件×3生境条件×7重复)中芨芨草种群在小尺度下(0—0.5 m)的空间格局,探讨了在3种密度条件(高、中、低)及3种生境条件下(冠盖区、过渡区、空旷区),芨芨草种群空间格局对土壤理化性质胁迫(盐分、有机质及容重)程度的响应。研究结果表明,就土壤盐分,养分含量及土壤容重而言,土壤理化性质胁迫程度沿冠盖区、过渡区和空旷区增加的趋势。相应地,芨芨草种群呈聚集分布的样方比例在沿冠盖区(6/21)较低,而在过渡区(11/21)和空旷区(11/21)较高。然而,在不同密度条件下,芨芨草种群空间格局对土壤性质胁迫的响应不同。在低密度条件下,芨芨草种群在冠盖区多数为聚集分布(4/7),在过渡区和空旷区全部为聚集分布;中密度条件下,芨芨草聚集分布样方比例沿冠盖区-过渡区-空旷区梯度增加(分别为2/7,3/7,4/7),但低于同等胁迫条件下低密度样方中聚集分布数量;高密度条件下,在各胁迫条件下,除了一个过渡区高密度样方,其余芨芨草种群均为随机分布。总体上,随着环境胁迫增强,在中低密度下,芨芨草种群趋向于聚集分布;但在高密度下,芨芨草种群均以随机分布为主。此外,芨芨草种群空间格局随密度变化趋势比随土壤理化性质胁迫梯度变化趋势更加明显,可能表明相对于土壤理化性质胁迫程度,芨芨草种群密度对其空间格局影响更大。因此,在考虑芨芨草种群空间格局对环境胁迫的响应时,应当考虑种群密度因素。

3种植物生长调节剂对不同干旱胁迫下巨菌草光合指标的影响

本研究以巨菌草(Pennisetum giganteum)幼苗为试验材料,通过叶面喷施生长调节剂法,利用CIRAS-3光合仪测定巨菌草叶片的净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、气孔导度(G_(s))和水分利用效率(WUE),分析不同浓度茉莉酸甲酯(MeJA)、3-吲哚乙酸(IAA)和玉米素(ZT)对干旱胁迫下巨菌草光合指标的影响。结果表明,15%PEG模拟干旱胁迫下,未喷施植物生长调节剂的巨菌草生长受到了明显抑制,P_(n)、T_(r)、G_(s)和WUE显著降低;通过喷施不同浓度的MeJA、IAA、ZT发现,25μmol·L^(−1)MeJA、510μmol·L^(−1)IAA、6μmol·L^(−1)ZT浓度下的P_(n)、T_(r)、G_(s)和WUE显著高于对照(P<0.05);MeJA、IAA、ZT影响巨菌草光合特性的最佳浓度依次为25、510、6μmol·L^(−1);通过对不同干旱胁迫程度不同时段下巨菌草喷施25μmol·L^(−1)MeJA、510μmol·L^(−1)IAA、6μmol·L^(−1)ZT,发现MeJA最佳影响时段为胁迫的后半段时间(8~24 h),而IAA和ZT为胁迫的前半段时间(1~8 h)。本研究揭示了MeJA、IAA、ZT对干旱胁迫下巨菌草光合指标的影响机制,为研究其对巨菌草响应干旱胁迫的机理提供了参考。

碱性复合盐胁迫对番茄幼苗生理的影响

为了研究植物在碱性复合盐胁迫下的生理生化变化,以番茄幼苗为原材料,将中性盐NaCl、Na2SO4和碱性盐NaHCO3、Na2CO3按照不同比例混合,通过模拟pH分别为7.50、8.90、9.57、10.42不同梯度碱性复合盐进行土壤胁迫试验,测定了丙二醛的含量、过氧化物酶的活性、超氧物歧化酶的活力指标。结果表明:随着盐pH的升高,番茄幼苗受害加重,丙二醛含量增加,过氧化物酶的活性先升高后降低,超氧物歧化酶的活力也呈先升高后降低的趋势。

植物护理效应研究综述

植物护理效应是指护理植物在其自身冠幅下辅助目标植物生长发育的现象。近年来,植物护理效应被应用于世界范围内多数的退化生态系统的修复与重建。文章综述了当前植物护理效应的主流研究内容主要为护理植物的确定、影响其效应的因素、形成其效应的原因与机理以及护理、竞争及胁迫梯度假说,归纳了样方调查、种子萌发实验、幼苗栽植实验等研究方法,总结了其与生态位、系统发育、全球变化等相关生态学概念的关系,指出未来对植物护理效应的研究不应仅仅局限于中观尺度上,在微观尺度上(目标植物对护理效应的生态适应性的激素效应与分子机制)和宏观尺度上(植物护理效应对全球气候变化的响应)也将大有作为,以期将植物护理效应纳入我国主流的生态学研究领域。

植物邻体间的正相互作用

植物间的正负相互作用是构建植被群落的重要因素,也是群落生态学研究的中心内容之一。近20a来,植物间正相互作用的研究得到快速发展。综述了正相互作用的定义,不同植物群落中的直接、间接正相互作用及其发生机制,正相互作用研究的实验和模型方法,正负相互作用随胁迫梯度的变化及正相互作用对群落构建的影响。探讨了正相互作用研究前景:(1)进一步理解正负相互作用的平衡及其对群落构建的影响;(2)加深对全球变暖背景下的正相互作用的认识;(3)需把正相互作用研究同进化联系起来;(4)充分发挥正相互作用在生态系统中的推动力作用,把正相互作用应用到生态恢复中,为恢复退化生态系统服务。

竞争与正相互作用对物种间特性差异的反应模式

构建了一个空间明晰的网格模型,旨在探讨物种间竞争和胁迫忍耐能力的权衡对种间相互作用类型与结果的影响及其对于环境胁迫状况的响应.结果表明:忍耐种对竞争种的正作用不但促进了竞争种数量的增加,并且极大扩展了竞争种的空间分布范围,最终导致其实现生态位大于基础生态位;然而忍耐种对竞争种的这种促进作用却使竞争种对忍耐种的竞争排除作用极大地增强,使忍耐种的数量与分布范围均出现了较大的下降与缩减.因此两物种间的相互作用类型为"+,-"型,不同于传统的正相互作用概念中的"+,+"及"+,0"类型,为进一步探讨沿环境梯度的正相互作用和竞争的关系以及该过程对于种群动态及群落构建的影响提供了一条崭新的途径.

不同水分处理对狗牙根种内相互作用的影响

以狗牙根当年生扦插苗为试验材料,根据库区河岸带水分特征设置4种水分处理方式:水分对照组(CK)、水淹与干旱交替组(FD)、土壤水分饱和组(LF)和全淹组(FL),4种密度方式:对照(1株/盆)、低密度(2株/盆)、中密度(4株/盆)及高密度(12株/盆),探究狗牙根生长及形态响应,并验证胁迫梯度假说。结果表明:(1)狗牙根各生物量随水分胁迫强度的增加显著下降(P<0.001);密度处理和二者交互作用显著影响狗牙根叶干重、茎干重、根干重、地上生物量和总生物量(P<0.001)。(2)水分处理显著影响狗牙根各形态指标(P<0.001);密度和二者交互作用显著影响狗牙根分枝数、总茎长和节间长(P<0.001)。(3)CK组和LF组狗牙根生物量相对邻体效应(RNE)均为负值,表明其种内关系为竞争关系。FL组各密度组生物量RNE值均为正值,其种内关系转化为促进关系。(4)中高密度组总茎长RNE值随水分胁迫增加而增大。研究表明:(1)狗牙根对不同的水分胁迫均表现出积极响应,可考虑将狗牙根用于库区河岸带植被重建。(2)随种植密度的增大,狗牙根生长及形态均表现出一定的负面效应。(3)本试验在一定程度上支持胁迫梯度假说,但尚需更多概念模型将其改进完善。

促进作用理论在生态修复中的应用进展与发展趋势

在人类活动和气候变化的双重压力下,全球生态系统面临着严重的退化威胁,生态修复已成为通过人为干预来减缓生态系统退化的重要策略之一。物种间的促进作用或正相互作用是构建群落的重要因素,并在生态修复与重建中起到了重要的作用。通过回顾促进作用概念的历史发展,分析了其在生态修复实践中的应用,并归纳总结了其在生态修复应用中的作用机理。研究发现,随着促进作用正式融入主流生态学理论中,促进作用理论得到迅速发展,并在生态修复实践中得到大量的验证及应用。其主要的作用机理主要包括直接或间接的促进作用类型。相对其在陆域生态系统生态修复中的应用,水域生态系统的应用较为缺乏。通过对比促进作用机理、生态系统类型以及国内外研究等方面,展望了在未来的生态修复中应充分发挥物种内部、不同营养级间以及人工模拟促进作用的积极作用,并提出应加强对水域生态系统以及国内的研究,将促进作用广泛应用到生态修复中,为修复退化的生态系统服务。

资源胁迫与放牧对青藏高原东缘高寒草甸植物相互作用的联合效应

胁迫梯度假说认为,植物之间的正相互作用频率随着胁迫程度的增加而增加。然而,在高寒草甸生态系统中,放牧干扰和资源胁迫对植物相互作用的联合效应仍不清楚。本研究通过对青藏高原东缘沙化高寒草甸两种优势种[沙生薹草(Carex praeclara;不可食)和藏茴香(Carum carvi;可食)]的空间关联的研究,探讨了放牧和未放牧条件下,3种沙化水平(轻度、中度、重度)上植物相互作用的变化,以检验胁迫梯度假说在青藏高原东缘沙化高寒草甸的普遍性。研究结果表明,在无放牧干扰下,随着沙化程度的增加,沙生薹草和藏茴香的种内相互作用由正转化为负,而种间相互作用由负转化为正。然而,当放牧干扰存在时,各沙化水平下藏茴香的种内相互作用均为中性;在中等胁迫条件下,种间相互作用也由负转化为正,但在严重胁迫梯度下,种间正相互作用崩溃,这与胁迫梯度假说的预测不一致。本研究结果进一步证明,在高寒生态系统中,放牧强烈影响着种内和种间相互作用的平衡。

温度胁迫对二化螟滞育幼虫生理指标的影响

为从生理生化水平上探讨二化螟滞育幼虫应对温度胁迫的生理机制,分别对系列温度胁迫(STS)和梯度温度胁迫(GTS)处理后的幼虫水、脂质、总糖、小分子碳水化合物含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性进行了测定.结果表明:随着温度的降低,两种处理二化螟滞育幼虫虫体含水量趋于减少,且0℃以下时GTS处理下降幅度较STS处理显著;两种处理脂质含量均逐步下降且二者间无显著差异;两种处理总糖含量分别先减后增和持续下降,均检测出4种小分子碳水化合物,其中STS处理葡萄糖、甘油和果糖含量先增后减,海藻糖含量变化与此相反,而GTS处理海藻糖含量先减后增,葡萄糖和甘油含量呈相反变化,果糖含量无变化;14～-14℃范围内STS处理SOD和POD活性较GTS处理低,CAT活性相反.二化螟滞育幼虫生理指标的变化反映了其应对不同温度胁迫的生理响应.

植物间正相互作用对种群动态和群落结构的影响：基于个体模型的研究进展

植物间的相互作用对种群动态和群落结构有着重要的影响。大量的野外实验已经揭示了正相互作用(互利)在群落中的普遍存在及其重要性。为了弥补野外实验方法的不足,模型方法被越来越多地应用于正相互作用及其生态学效应的研究中。该文基于个体模型研究,探讨了植物间正相互作用对种群动态和群落结构的影响。介绍了植物间正相互作用的定义和发生机制、植物间相互作用与环境梯度的关系。正相互作用是指发生在相邻的植物个体之间,至少对其中一个个体有益的相互作用。植物通过直接(生境改善或资源富集)或间接(协同防御等)作用使局部环境有利于邻体而发生正相互作用。胁迫梯度假说认为互利的强度或重要性随着环境胁迫度的增加而增加,但是越来越多的经验研究认为胁迫梯度假说需要改进。以网格模型和影响域模型为例,介绍了基于个体的植物间相互作用模型方法。基于个体模型,对近年来国内外正相互作用对种群时间动态(如生物量-密度关系)、空间分布格局和群落结构(如群落生物量-物种丰富度关系)影响的研究进行了总结。指出未来的研究应集中在对正相互作用概念和机制的理解,新的模型,新的种群、群落,甚至生态系统问题,以及在全球变化背景下进行相关的研究。

遮阴对两种泥炭藓植物生长及相互作用的影响

以大泥炭藓和喙叶泥炭藓为材料,研究遮阴对其生长及植物相互作用的影响.结果表明:在单种群中,遮阴处理明显促进了大泥炭藓的高生长,但对喙叶泥炭藓的生长以及大泥炭藓生物量和分枝数未产生影响;在混合群中,喙叶泥炭藓抑制了大泥炭藓生物量和分枝数的增长,而大泥炭藓对喙叶泥炭藓的生长无影响.随遮阴胁迫的增加,邻体对喙叶泥炭藓竞争加剧,当胁迫进一步增强,邻体效应有转变为正相互作用的趋势,但邻体对大泥炭藓的效应始终为竞争,未随胁迫增加而变化.

煤矿复垦生物多样性保护与恢复研究进展

生物多样性为煤矿区生态系统提供了诸多生态系统功能和服务,对改善矿区环境、矿区可持续发展有着重要的作用和意义。从煤矿开采—损毁—复垦全过程出发,介绍了开采前生物多样性保护规划与生物多样性调查、监测、评价技术;阐述了煤矿开采、运营阶段,保护表土资源中土壤种子库、土壤动物、生物土壤结皮以及边采边复的优化开采技术等生物多样性保护的主要内容与技术;分析了煤矿复垦阶段影响生物多样性恢复的关键因素,论述了煤矿复垦生物多样性恢复中土壤改良、植被重建的主要进展;最后提出了未来煤矿区生物多样性保护、恢复研究的发展方向,以期为我国煤矿复垦生物多样性保护与恢复提供科学参考。

典型草原大针茅种群空间格局及对长期过度放牧的响应

种群空间格局是生态学研究的基本问题之一。典型草原带由于过度放牧退化严重,原生群落罕见,探讨原生群落的种群空间格局具有重要生态学意义。大针茅(Stipagrandis)草原是典型草原区广泛分布的主要群落类型,1979年围封的大针茅样地,是目前保存完整的大针茅草原原生群落。本文选择大针茅草原原生群落和长期过度放牧群落,应用O-Ring函数结合不同零假设模型分析了大针茅种群的空间格局。结果表明:在原生群落中大针茅种群在小尺度范围内呈均匀分布,而在长期过度放牧群落中则表现为聚集分布。这说明在大针茅草原原生群落中竞争是主要的相互作用,而在长期过度放牧群落中正相互作用居主导,验证了胁迫梯度假说;同时证明长期过度放牧改变了种群空间格局。

不同生境下荒漠植物红砂-珍珠猪毛菜混生根系的垂直分布规律

植物种间相互作用及其对环境胁迫的响应一直是物种共存和生物多样性维持研究的一个热点,从地下根系入手来探讨混生群落植物种间关系及其对环境胁迫响应的研究少见报道。该文以荒漠草原区(灵武)、典型荒漠区(张掖)和极端荒漠区(酒泉)3个不同生境条件下单生与混生红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)为实验材料,采用分层取样法对其垂直根系参数进行测定和分析,探讨了两种植物根系分布对混生及荒漠环境梯度的响应。结果表明:同一生境条件下,混生红砂和珍珠猪毛菜比根长和比表面积均高于单生,说明红砂、珍珠猪毛菜混生后其根系相互作用关系表现为互惠,促进了植株对土壤养分和水分的吸收。不同生境条件下,同一生长方式的红砂根系分布深度均大于珍珠猪毛菜,且根系消弱系数也普遍高于珍珠猪毛菜,说明二者在不同生境条件下占据不同生态位,红砂表现为深根性,根系位于土壤深层,珍珠猪毛菜表现为浅根性,根系分布于土壤浅层。随着荒漠环境胁迫增强,单生和混生红砂与珍珠猪毛菜的比根长和比表面积均呈现出极端荒漠区>典型荒漠区>草原荒漠区的规律,且生境越干旱,混生群落根系分离越明显;单生与混生红砂根系消弱系数也逐渐增大,在极端干旱区达到最大值,珍珠猪毛菜变化不大,表明红砂-珍珠猪毛菜混生群落根系生态位分离随荒漠环境胁迫增强而加大,验证了环境胁迫梯度假说。可见"地上聚生,地下分离"的混生方式可能是红砂-珍珠猪毛菜混生群落适应干旱胁迫环境的生长策略。

水淹对克隆植物空心莲子草种内关系的影响

为检验"水淹程度可以改变植物种内关系的类型和强度"的假说,将克隆植物空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)的3种不同密度的植株(每盆种植1、4或16株)置于4种不同的水淹处理下(水位分别为-20(不水淹)、0、20或40cm),研究不同水淹程度对空心莲子草种内关系的影响。随着植株密度和水淹程度的增加,空心莲子草的生长显著减慢,但密度效应在不同的水淹处理下显著不同。在不发生水淹的情况下,植株密度对生长的负面(竞争)效应最强;在水位为0和20cm的情况下,植株密度对生长的效应仍为负面的,但影响强度相对减小;而在水位为40cm的情况下,空心莲子草植株的生物量随着植株密度的增大而倾向于增加。进一步分析相对邻体效应时发现,随着水淹程度的增加,相对邻体效应显著增加,并且数值从负值(不水淹)逐渐变为正值(40cm水位下)。这些结果支持胁迫梯度假说,表明水淹可以影响植物的种内关系,即随着水淹程度的增加,植物种内竞争作用减弱,而易化作用增强。

藏北高原自东向西样带典型植物群落中矮嵩草与紫花针茅小尺度空间格局变化

植物群落中物种的小尺度空间格局,如聚集、随机和扩散分布,因环境条件而改变,反映了植物在不同环境条件下的生态适应策略。藏北高原区自东向西逐渐由亚寒带半湿润区向温带干旱区过渡,群落内物种多样性和物种组成发生了极大的改变。2012年7—8月份,在藏北高原自东向西选择了8个不同地区的典型草原植物群落进行样方调查,分析了植物群落物种组成、物种多样性以及矮嵩草(Kobresia humilis)和紫花针茅(Stipa purpurea)两个种群的小尺度空间格局。结果显示:物种丰富度和矮嵩草的相对盖度均与年均降水量呈显著正相关;自东向西,矮嵩草种群则由扩散向随机格局转变,而紫花针茅种群由随机向扩散转变;在年均降水量最低的地区两个种群之间呈空间隔离关系。矮嵩草和紫花针茅种内及种间小尺度空间格局变化是在藏北高原自东向西样带梯度上影响两者共存的重要机制。

干旱半干旱区灌丛对草本植物的促进作用研究进展

植物间竞争与促进作用是调控物种、群落以及生态系统对环境变化响应的重要机制,其中促进作用在胁迫生境发挥更重要的作用。该文从灌丛对草本植物的促进作用随水分的变化规律、发生机制以及在植被恢复中的应用3个方面,总结了最近30年来干旱半干旱区灌丛促进作用的主要研究进展。作为预测植物间相互作用随环境胁迫程度变化的经典模式,胁迫梯度假说(SGH)认为促进作用随环境胁迫程度的增强而增强。然而,在以水分为主要限制因子的干旱半干旱生态系统中,SGH存在很大的不确定性,即灌丛对草本植物的促进作用随水分的减少并不总是线性增强,这种不确定性不仅与灌丛对土壤水分的复杂影响密切相关,同时还受到物种特性、植物生活史阶段、研究方法、研究尺度和指标等的影响。干旱半干旱区灌丛通过调节其冠层下土壤水分、养分及微生物群落,改善冠层内温度和辐射,抵御取食者等的方式,直接或间接影响其冠层下植物的存活、生长和繁殖。近年开展的去除实验结果表明,灌木地下部分对灌丛促进作用的影响强于地上部分。灌丛促进作用被认为是退化生态系统植被恢复的有效手段,而植被恢复成功与否受到环境胁迫程度、物种特性、植物生活史阶段和土地利用等的综合影响。在气候变化和人类活动的双重影响下,全球干旱半干旱区面积不断扩大,灌丛明显扩张。明确灌丛促进作用发生机制,探索灌丛与草本植物间相互作用随干旱梯度的变化规律,阐明灌丛对草本植物的影响,对预测干旱半干旱区物种和生态系统对气候变化的响应具有重要意义。基于目前的研究进展和干旱半干旱区发生的气候和环境变化,该文对未来灌丛促进作用研究提出以下展望:1)探索利用生物指标指示环境胁迫程度和植物间相互作用;2)明确灌木地上和地下部分在促进作用中的相对贡献,进而阐明灌丛促进作用的发生机制;3)探索受益物种对护卫植物的反馈作用机制;4)综合评估护卫植物在植被恢复中的贡献;5)加强模拟增水实验和长期定位观测研究;6)加强促进作用与其他研究领域的结合,如促进作用与生物入侵、灌丛化、生物多样性和生态系统功能的关系,促进作用对气候变化的响应等。