2009-2017年西双版纳热带季节雨林土壤水分含量数据集

土壤水分作为物质循环和能量流动的载体,在陆地森林生态系统中发挥着重要作用,对其进行观测有助于揭示森林生态系统水文特征、水源涵养能力和生态系统服务功能等。热带雨林为生物多样性最丰富的生态系统之一,西双版纳分布有大片热带雨林,热带季节雨林则为西双版纳最具代表性的雨林植被类型。进行连续、长期、高质量的生态监测为中国生态系统研究网络(CERN)的主要任务之一,土壤水分含量是CERN陆地生态系统水环境长期定位观测的重要指标。本数据收集了中国科学院西双版纳热带雨林生态系统研究站西双版纳热带季节雨林综合观测场2009年1月至2017年12月的土壤剖面水分含量观测数据,总数据量2879条;测定方法为时域反射法(Time Domain Reflectometry,TDR)定点连续观测;观测深度为0–10 cm、10–20cm、20–30 cm、30–40 cm、40–50 cm,50–70 cm,70–90 cm,90–110 cm;观测频度为每月3次,每月上、中、下旬各观测1次;观测数据质量保证与质量控制严格按照CERN统一规范进行。本数据集提供共享下载,以期为全球气候变化和不同植被环境背景下的热带森林水文研究提供基础数据支撑。

西双版纳热带植物园蝴蝶多样性稳定的年际变化及幼虫与植物的互作网络结构

蝴蝶是全球重要的生物资源,对环境变化敏感,是生物多样性监测的重要指示物种。中国科学院西双版纳热带植物园物种资源丰富,为查明其蝴蝶群落结构和多样性的年际变化及幼虫与植物互作的关系,本研究选取了3种代表性生境,采用样线法开展了6年的蝴蝶多样性观测。结果显示:样线上共观测到蝴蝶成虫15,826只,隶属5科146属251种,其中蛱蝶科属、种数量最多,达56属112种,凤蝶科最低,仅有8属21种;蛱蝶科群落的Shannon和Simpson多样性指数均最高,粉蝶科群落的Shannon和Simpson多样性指数均最低,但其优势度指数最高。共记录到优势种蝴蝶20种、稀有种100种及常见种131种。成虫月发生动态显示蝴蝶的物种和个体数量均在雨季最多,年际间气候对蝴蝶群落的多样性影响不明显,蝴蝶群落中物种及数量年际间变化不显著;Beta多样性显示物种重叠分布,蝴蝶群落年际间表现稳定。此外,蝴蝶幼虫取食植物种类表现专一,与本地植物形成的取食网络比与外来植物形成的取食网络有更高的加权嵌套性及稳健性,互作网络较稳定。本研究探明了中国科学院西双版纳热带植物园蝴蝶群落结构及多样性的年际变化模式,并初步构建、展示了蝴蝶幼虫与植物互作的网络及结构特征,研究结果可为蝴蝶多样性保护、深入研究蝴蝶与植物互作机制提供科学依据。

泛青藏高原高寒植物多样性的形成与演化

泛青藏高原地区拥有全球最丰富的高寒植物多样性,是生物多样性热点地区中的热点,也是研究地球环境演化与生物多样性演变过程的理想地区。该地区已经开展了大量谱系地理、生物地理学和进化生态学研究,对我们认识该地区的生物多样性演化及其维持机制具有重要意义。随着对青藏高原各地块构造演化历史研究的加深,该地区的生物多样性研究已经逐步迈入到地质-气候-生物过程的交叉研究。本文分析了青藏高原及其周边地区地质构造演化的最新研究进展,区分了青藏高原腹地、喜马拉雅和横断山,然后从青藏-喜马拉雅-横断山地区高寒植物多样性的起源及演化节奏、高寒植物的成分来源和区系交流以及高寒植物多样化的驱动因素等3方面总结了该地区高寒植物多样性的演化历史。最后,我们进一步提出在洲际或全球尺度上探讨不同地区高寒植物多样性演化历史的异同和联系,以及对高寒植物适应性进化策略的研究,以期深入理解高寒植物多样性分布格局的成因及其维持机制。

两种入侵植物与三种本地植物根系特征的比较研究

以菊科2种入侵植物飞机草(Chromolaena odorata(L.)R.M.King&H.Rob)和紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum Speng)以及生活型相似的3种本地植物异叶泽兰(Eupatorium heterophyllum DC.)、佩兰(Eupatorium fortune Turcz.)和白头婆(Eupatorium japonicum Thunb.)为研究对象,以单种为对照,分析5种植物的株高、生物量以及细根形态和结构特征对混种(竞争)的响应。结果显示,在单种情况下,2种入侵植物的株高和地上生物量比3种本地植物高。2种入侵植物的株高和地上生物量在单种和混种下无显著差异,但在混种下3种本地植物的株高、地上生物量、根生物量、细根长度、细根表面积和体积与单种相比显著降低。在混种情况下,2种入侵植物的根组织密度显著降低,但比根长和比根面积仅在紫茎泽兰中显著增加。5种植物在单种和混种下的株高与细根长度、根生物量呈显著正相关,地上生物量与细根体积、表面积呈显著正相关。主成分分析结果表明入侵植物位于株高和地上生物量更高的一端。说明在与本地植物竞争的过程中,飞机草和紫茎泽兰能通过调整根系碳投资策略实现更强的竞争力。

近十年植物入侵生态学重要研究进展

外来植物入侵对本地生物多样性、生态安全、社会经济发展和人类健康造成了严重威胁。因此,探究植物入侵机制及其生态效应对我国生态可持续发展具有重要意义,也是植物入侵生态学的主要研究内容。过去10年,生态学家开展了大量研究,取得了丰硕成果,为推动入侵植物防控与生物多样性保护提供了理论指导。为深入解析外来植物入侵机制,为其防控管理提供依据,本文从以下3个方面综述了植物入侵生态学重要进展:首先是外来植物生物学特性、生物和非生物环境对植物入侵的调控作用;其次是外来植物入侵对本地生态系统的影响;最后介绍了外来植物入侵的类比研究范式——本地植物入侵,以及多组学技术在入侵生态学研究中的应用。基于这些研究进展,本文展望了该领域的未来发展趋势,包括:(1)研究对象从单一物种扩展到多物种比较;(2)研究地理范围从局域尺度扩大到纬度梯度格局;(3)入侵机制从单一理论验证到综合阐释多个假说。

腾格里荒漠红砂-珍珠群落CO_2收支变化及其不同观测方法间的比较

由于荒漠生态系统植被覆盖度低、生产力低下,其在全球碳循环中的作用被长期忽视。为探讨荒漠生态系统碳收支各组分的变化规律,以腾格里荒漠红砂(Reaumuria soongorica Maxim.)-珍珠(Salsola passerina Beg.)群落为研究对象,采用静态箱式法研究了该群落的净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸、土壤呼吸的日变化规律,同时将该方法所获得的NEE结果与涡动相关法观测的结果进行了比较。结果表明:(1)红砂-珍珠群落NEE的日变化表现为,在6:00—9:00左右出现一个CO2吸收的高峰值,随后在12:00—15:00左右出现一个CO2释放高峰值。红砂种群、珍珠种群和整个群落NEE的平均值分别为0.018、0.020和0.028 mg CO2m-2s-1;(2)红砂种群、珍珠种群、土壤及整个群落生态系统呼吸速率的日变化规律一致,均表现为明显的单峰变化趋势,在12:00—15:00左右出现一个CO2释放的高峰值。红砂种群、珍珠种群、土壤和整个群落的生态系统呼吸的平均值分别为:0.121、0.062、0.029和0.040 mg CO2m-2s-1。以盖度为加权因子计算得到红砂种群、珍珠种群和土壤呼吸占生态系统呼吸的比例分别为:9%、21%和70%,由此可见,生态系统呼吸主要来源于土壤呼吸。(3)将箱式法和涡动相关法观测的NEE进行比较,结果表明两种方法观测的NEE变化规律基本一致,相关系数达到0.7。采用箱式法观测的NEE高于涡动相关法观测的结果,平均值分别0.028 mg CO2m-2s-1(箱式法)和0.015 mg CO2m-2s-1(涡动相关法),涡动相关法的观测结果与箱式法观测结果的比值为0.54。综上可得,荒漠生态系统土壤呼吸的变化速率决定了生态系统呼吸的变化规律,采用箱式法可能高估了荒漠生态系统CO2的释放量。

青藏高原是研究生物演化和环境演变的天然实验室

现代生物区系是过去生物区系的延续,要理解现代生物多样性格局的形成和演变,必须要回溯生物起源、演化及其分布区形成和演变的整个过程.此外,现代生物多样性格局还是生物自身演化和环境演化共同作用的产物,过去和现在生物区系的组成都有着环境因素的烙印.地质历史时期生物区系的组成,甚至植物群叶相的组合和动物牙齿的釉质都能够用于古气候的重建.

新生代青藏高原生长对东亚水循环及生态系统的影响

新生代青藏高原生长和全球温度变化驱动东亚气候和生态系统发生了剧烈变化.本文综述了前人的相关研究成果,基于前期的数值模拟工作,进一步探讨了青藏高原地形地貌演变对东亚水循环及生态系统的影响.目前,关于青藏高原新生代以来地形地貌的演化还存在争议,但近年来不同学科的证据一致认为,青藏高原生长过程具有区域差异性.最新的古气候数值模拟表明,青藏高原北部抬升显著改变了亚洲气候系统,促使东亚降水显著增加,尤其是中国南方冬季降水增加更为明显,地表径流也相应增加,对东亚水系格局产生了重要影响;土壤含水量也随之增加,冬季深层土壤含水量增加尤为显著,导致中国东部植被从干旱、半干旱转变为湿润、半湿润植被类型,造就了现今东亚植被和生物多样性格局.目前,关于青藏高原生长对东亚降水的影响,科学界已有深入认识,但是还有若干关键问题亟待解决,包括:对青藏高原地形地貌演化的进一步限定、对气候转型期高精度的古气候数值模拟,以及进一步解析新生代东亚水循环和生态系统的耦合关系.理解这些关键问题对预测未来全球气候急剧变化背景下的生态系统响应及其演变趋势具有重要的参考意义.

不同水热梯度下冠层优势树种叶片热力性状及适应策略的变化趋势

叶片温度是植物能量交换和生理过程发生的重要微环境参数。叶片热力性状能够在一定程度上调控叶片温度,避免极端温度对叶片的伤害。但目前针对叶片热力性状的研究还很少。该研究选择云南省从热带到温带具有明显水热梯度的4种典型植被类型:干热河谷植被、热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带针阔混交林,对其冠层优势树种的叶片热力性状进行了系统地研究。这些性状包括了可能影响叶片温度的形态、光学、材料特性、解剖和生理的23个性状。研究结果表明:干热河谷植被的植物主要依靠蒸腾降温,叶片薄,叶寿命短,主要为“快速投资-收益”型植物;热带雨林植物叶片大,蒸腾速率不高,不利于降温,较厚的叶片、较高的含水量能在一定程度上缓解高温,采取“慢速投资-收益”策略;亚热带常绿阔叶林很少发生极端温度,叶片没有明显的热适应性状,叶片厚,叶寿命长,采取“慢速投资-收益”策略;温带针阔混交林植被的叶片小而厚,多成簇状生长,有一定保温作用。温带针阔混交林的冠层常绿植物光合速率较低,偏“慢速投资-收益”型;而落叶植物的光合速率较高,偏“快速投资-收益”型。该研究系统地研究了热力性状与植物适应策略沿水热梯度的变化,为深入认识植物对环境适应策略提供了理论基础。

青藏高原——现代生物多样性形成的演化枢纽

青藏高原是当今地球上最独特的地质-地理-生态单元,拥有独特的生物资源,在世界生物多样性版图中占有重要地位.新生代以来,青藏高原地区经历了剧烈的环境变化,出现了从"热带动植物乐土"到"冰期动物群摇篮"的转变.近年来高原古生物学领域的一系列重要发现,让高原环境巨变背景下青藏地区生物多样性演变历史的细节日趋清晰,也为讨论这一生命历史进程对高原周边乃至更广阔地区生物区系的影响准备了条件.文章基于高原古生物学最新研究成果,涵盖众多动植物类群,总结高原生物多样性的演变过程及其世界性影响.我们认为青藏高原是现代生物多样性形成过程中的"演化枢纽",它在生物演化史上的影响主要体现为以下三种模式:(1)土著物种本地起源,(2)本地起源并"走出西藏",(3)途经西藏地区的洲际扩散.第一种模式以高原特有的淡水鱼类区系的主要成员裂腹鱼类的演化历史为例,其形态特征的阶段性分化、聚集地海拔的阶梯状分布、化石类群的递进式演化,构成了"演变与隆起并进"的典范,是响应高原隆升的结果.第二种模式主要以上新世以来众多哺乳动物和一些植物类群的演化史为支撑.冰期动物群的祖先类型,如披毛犀、北极狐、盘羊等动物的祖先起源于已隆升并进入冰缘环境的青藏高原,随后在第四纪大冰期来临时,"走出西藏"扩散至北极圈地区;豹亚科的祖先最早出现在青藏高原地区,随后扩散至亚洲、非洲和美洲,其后裔仍是今天各地生态系统中的顶端捕食者;胡颓子科等一些植物的早期代表也已出现在晚始新世的西藏,之后扩散并广布于其他地区.第三种模式中,臭椿在印度次大陆起源,随板块碰撞首先扩散至西藏,后经西藏扩散至东亚、欧洲甚至北美等其他地区;淡水鱼类中的攀鲈始新世中期在东南亚起源后扩散至西藏,并经印度次大陆最终拓殖于非洲,这些实例说明了西藏作为板块碰撞区在生物扩散历史中的独特作用.以上三种模式,既是高原生物多样性历史的缩影,更是高原隆升生物环境效应的体现.