基于元素组的生物地球化学生态位及其在不同生态系统中的应用

生态位作为解决群落如何构建、物种如何共存的探索,从其最初定性描述物种在生境中的空间分割,到反映物种在群落中功能上的分异,再到从多维空间和资源利用等方面进行的定量分析,生态位理论逐渐发展。然而,在非随机过程影响下物种生态位的大小,尤其是在不同环境条件下生态位的位移、收缩或扩张等变化过程的量化,需要进一步研究。元素是组成生物有机体的基本物质,生物体内元素含量及其比例(元素组,elementome)具有物种特异性,同时也反映了物种对其生存环境的适应性。随着生态化学计量学的发展,生物元素组在生态学各个研究尺度中的应用愈加广泛。在群落生态学研究中,生物元素组及其在环境梯度上的变异为量化群落中物种生态位分化、预测环境变化条件下生态位的变化提供了极佳指标。生物地球化学生态位使用生物元素组及生态位多维超体积的概念,对物种生态位进行了量化。基于文献检索结果,本文阐述了生物地球化学生态位假说的理论框架,对其在不同生物分类群(植物、动物和微生物)中的研究进展进行了综述,最后对其在不同生态系统中的研究进行了展望,以期对该假说的适用性进行检验并推动生态位理论研究的发展。

春季不同程度低水位对四种沉水植物生理的影响

为了解不同沉水植物对春季低水位的生理响应,在2014年春季开展为期3个月的控制实验,研究不同程度的春季低水位,包括极低水位(水深18 cm)、较低水位(36 cm)和低水位(54 cm)对3种乡土沉水植物微齿眼子菜、穗花狐尾藻和菹草的最大光化学量子产量(F_v/F_m)、总叶绿素含量和可溶性糖含量的影响,并与外来种伊乐藻作对比。结果显示,随着水位的降低,微齿眼子菜、菹草和伊乐藻F_v/F_m显著升高,而穗花狐尾藻的F_v/F_m无显著变化;在3种水位下伊乐藻的F_v/F_m都明显高于其他3种植物。微齿眼子菜和菹草总叶绿素含量也随着水位降低有升高趋势,而穗花狐尾藻和伊乐藻的总叶绿素含量随水位没有显著变化。所有水位下微齿眼子菜总叶绿素含量最高,穗花狐尾藻最低,菹草只在低水位下显著低于伊乐藻。微齿眼子菜、菹草和伊乐藻的可溶性糖含量随着水位的降低而下降,穗花狐尾藻的可溶性糖含量随着水位的降低有升高趋势。在低水位和较低水位下穗花狐尾藻和菹草的可溶性糖含量分别是所有植物中的最小和最大,但在极低水位下4种沉水植物的可溶性糖含量无明显差异。以上结果表明,春季极低水位对微齿眼子菜、伊乐藻和菹草不产生胁迫,但对穗花狐尾藻产生了胁迫;伊乐藻潜在光合能力强于乡土种,在春季浅水区具备较强的入侵性。

秋季水位波动频率对喜旱莲子草、粉绿狐尾藻和水龙的影响

水位波动对水生植物的生长有显著影响。该文通过设置0次(对照)、1次、2次和4次水位波动频率,研究了入侵种喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)、外来种粉绿狐尾藻(又称聚叶狐尾藻,Myriophyllum aquaticum)和乡土种水龙(Ludwigia adscendens=Jussiaea reppens)对水位波动的形态和生理响应策略。结果显示:水位波动对喜旱莲子草的分枝数、根冠比和最大光化学量子产量(Fv/Fm)无明显影响,但明显增加了株高(水位波动1次除外),降低了生物量和叶绿素含量;粉绿狐尾藻的分枝数和Fv/Fm在不同水位波动下无明显变化,但株高在2次水位波动下明显增加,根冠比在1次和4次水位波动下明显增加,生物量和叶绿素含量(4次水位波动除外)在水位波动后明显降低;水位波动明显降低了水龙的分枝数(2次水位波动除外)、株高(1次和2次水位波动除外)、总生物量(2次水位波动除外)和叶绿素含量,但对水龙的根冠比和Fv/Fm无明显影响。水龙的分枝数、株高、总生物量、叶绿素含量和Fv/Fm在绝大部分水位波动处理下都明显大于喜旱莲子草和粉绿狐尾藻,而且后二者间没有显著区别。以上结果说明在秋季这3个物种的生长都受到水位波动的抑制,喜旱莲子草和粉绿狐尾藻在秋季水位波动生境中并不能表现出较强的生长能力,但对水位波动具有较强的耐受性和可塑性,这与入侵种较强的入侵性有关。应加强防范外来种粉绿狐尾藻的入侵。