长白山阔叶红松林木本植物系统发育与功能性状结构

群落构建一直是群落生态学研究的热点问题之一.以性状差异、亲缘关系等为载体的物种相似性方面的研究,能更好地反映群落格局形成的生态学过程.本文以长白山25 hm2森林监测样地内DBH≥1 cm的50种木本植物为研究对象,收集了各树种木材密度、最大树高、叶面积、比叶面积、叶片氮含量和磷含量等6种功能性状数据,构建了物种间的系统发育结构,使用K值法检验各个功能性状的系统发育信号,并在不同空间尺度上(10,20,40,60,80和100 m)使用最近亲缘指数(NTI)分析了群落系统发育和功能性状的结构,推断其潜在的生态过程.研究结果表明:(1)所有6个植物功能性状都具有显著的系统发育信号,表明该森林木本植物的功能性状受系统发育历史的影响;(2)单个功能性状的群落结构具有明显的尺度效应,在小空间尺度上,叶面积、最大树高表现为聚集,而木材密度、叶片磷含量、叶片氮含量和比叶面积则为发散;在大空间尺度上各功能性状主要呈聚集或随机结构;(3)群落的系统发育与功能性状结构具有明显的尺度效应,在小尺度上(40 m)2种结构均呈发散,表明竞争排斥占主导地位;随着空间尺度的增大,2种群落结构转变为随机状态,这主要由于具有相反作用的非中性过程交互作用的结果.不同空间尺度的功能性状与系统发育结构的研究表明,非中性过程在长白山温带阔叶红松林的生物多样性维持中具有重要作用.     

负密度制约和生境过滤对古田山幼苗系统发育多样性时间变化的影响

负密度制约和生境过滤是解释森林群落物种共存和生物多样性维持机制的重要假说.已有大量研究表明,负密度制约通过优势物种的种内竞争及近缘种之间的种间竞争、个体间病菌传播等过程为非优势物种及非亲缘种提供生存空间,从而使局域群落的系统发育?多样性随时间的推移而增加;由于生境过滤的作用,特定的生境选择亲缘关系相近的物种,因而随着时间的推移,同一生境内群落间的系统发育?多样性会降低.前人的研究主要集中于利用负密度制约和生境过滤来解释物种多样性的空间变化格局,而利用这2个机制来解释在时间序列上群落系统发育多样性格局变化的研究还很少.本文以浙江古田山24 hm2亚热带常绿阔叶林永久性样地中的幼苗(胸径1 cm)为研究对象,利用2006和2007年的幼苗动态监测数据,分析位于不同生境的342个幼苗样方内的系统发育?多样性和样方间的系统发育?多样性随时间的格局变化.结果表明,随着时间的变化,位于同一生境的样方幼苗系统发育?多样性显著增加;而幼苗系统发育?多样性在同一生境内显著降低.因此,在亚热带森林群落中,负密度制约效应和生境过滤共同维持幼苗群落的物种共存.     

中山湿性常绿阔叶林系统发育和功能性状的α及β多样性

群落构建机制一直是群落生态学研究的核心问题.群落系统发育和功能性状的α及β多样性为探讨生态位过程和中性过程在局域群落构建中的相对作用提供了新的视角.本研究以哀牢山6 hm2中山湿性常绿阔叶林动态监测样地为研究平台,基于DNA条形码构建的群落系统发育树和树种8个关键功能性状,结合地形数据,分析不同生活史阶段树种在不同空间尺度的系统发育和功能性状α及β多样性.研究表明:(1)各生活史阶段树种在不同空间尺度上均表现出非随机的系统发育和功能性状结构,系统发育和功能性状聚集程度随空间尺度的增大而增大;(2)在所有空间尺度上,系统发育和功能性状的周转都为非随机,并且环境距离对系统发育和功能性状β多样性的解释程度均高于空间距离.研究结果揭示了环境过滤在中山湿性常绿阔叶林群落构建中起主导作用.     

植物DNA条形码技术应用于大样地群落学研究

DNA条形码技术在生物分类学、进化生态学、分子系统学、生物多样性科学、医学检疫等学科和领域发挥着重要作用.本文梳理了近些年国内外以森林大样地为平台,利用植物DNA条形码(即叶绿体基因片段rbcL,matK和trnH-psbA)在群落水平研究获得的若干重要进展.围绕植物DNA条形码技术如何应用于大样地群落学研究这一主线,从基本原理出发,以研究案例为基础进行了相应的评述,提炼出以下4方面:(1)鉴别群落水平上的植物材料时,利用多个DNA条形码片段的组合能达到较高的物种鉴别率,而单个片段效果较好的为trnH-psbA,其次是matK和rbcL;(2)构建大样地植物群落系统发育关系时,搭配使用不同进化速率的条形码片段,以超级矩阵(Supermatrix)方法排列DNA序列,在系统发育树构建软件上可获取较好的分支精度并得到较高的节点支持率;(3)DNA条形码系统发育关系与群落生态学研究结合时,能增强对群落共存机制和群落构建方式的探索和阐释能力;(4)DNA条形码系统发育关系应用于生物多样性指数计算时,能增强多样性指数的分辨能力和评估手段.植物DNA条形码技术已在类群和群落水平上应用并得到较好的效果;建议与传统的Phylomatic等方法互补优势,在原有基础上进行适当的完善,如优化取样策略、增加具有更多信息量的核基因片段ITS等,提升DNA条形码技术的整体性能,使该技术在区域和全球水平上开展群落学研究时也能较好地应用.     

亚热带常绿阔叶林不同林层物种多样性与地上生物量的多变量关系

物种多样性和生产力(或生物量)间的关系是生态学最关注的问题之一.传统的观点认为群落生产力影响物种多样性,而近些年研究发现,随着物种多样性变化,群落生产力会发生改变.不同角度的研究引出了多样性和生产力之间谁驱动谁的争议.多变量生产力-多样性假说整合已有观点为解释两者关系提供了一个框架模型,该假说认为环境除了直接影响生产力外,还通过影响物种多样性从而间接影响生产力,而物种多样性则直接决定群落将环境资源转化为生产力的效率.本研究利用古田山样地数据对该假说进行了检验.结果表明,环境因子直接影响地上生物量,并通过影响林冠层优势度和林下层物种丰富度间接影响地上生物量.优势度对林冠层和林下层生物量均有直接影响,但仅有林下层地上生物量受物种丰富度的影响,这可能与林冠和林下的光照差异引起不同林层内物种间关系不同有关.本研究为多变量生产力-多样性假说提供了一个实例,也表明保护优势物种和维持高的物种丰富度对森林生物量的提高都是必要的.     

谱系结构、环境因子及空间因子对群落动态变化的影响

理解群落的动态变化是群落生态学的一个重要内容,但目前为止在较大尺度的森林群落中相关的研究还很少.基于本研究提出的一种群落动态的随机零模型,我们设计了一种度量群落动态变化的方法.在考虑群落内的物种组成、环境因子及空间因子可能对群落动态变化产生不同的影响的前提下,利用鼎湖山20 hm2大样地2次调查数据,采用方差分解分析了群落动态变化与以谱系结构为代表的物种组成、环境因子及空间因子3种因子之间的关系.结果表明,整体上空间因子是影响群落动态的主要因素.在小尺度上(30 m),环境因子有比物种组成更高的解释量;在更大尺度上,物种组成的解释量更高.随着空间尺度的增加,环境因子的解释量在40 m尺度达到最大(6.42%),增加到50 m后其解释力消失;与环境因子不同,物种组成对于群落动态的影响力从20 m的1.12%逐步增加到50 m的17.79%.研究发现,环境因子和群落的物种组成结构能够在不同的空间尺度上影响群落的动态变化.     

群落水平上传粉生态学的研究进展

同地开花的植物共享传粉者,传粉者通常在多种植物上觅食,这些事实激发人们在群落水平上开展传粉生态学研究.与以单种植物为对象的传粉研究相比,从群落水平研究植物与传粉者、植物与植物之间的互作,有利于阐明传粉者与植物间关系的演化、探讨传粉过程在群落构建中的作用.对植物与传粉者互利关系的研究,已经从访问网络的结构动态,深入到网络的构建机制和对群落植物繁殖的切实影响上.从群落水平研究传粉者对花部特征的选择,分析共存植物的系统发育关系,可为花部特征演化提供更有力的证据.植物与植物之间由传粉者介导的互作研究,已经由成对或者少数几种植物之间,发展为在群落内的多种植物之间进行.由于传粉者对植物雄性和雌性功能的影响不同,植物之间互作表现出不同规律.相关研究从传粉者效率、植物柱头的花粉干扰和传粉过程的花粉丢失等多角度研究传粉者对植物雄性和雌性功能的作用.传粉作为一项基本生态服务,受到了多种人类活动的显著影响,尤其是外来物种入侵、生境破碎化等因素的不利影响.群落水平的传粉生态学研究在我国已有开展,今后的研究有必要在不同时空尺度上进行多层次调查和实验性工作,才能深入研究植物与传粉者、植物与植物的互作模式,从更大尺度揭示群落的构建机制、种间关系和花部特征演化.     

小兴安岭凉水谷地云冷杉林群落组成与空间格局

谷地云冷杉林是小兴安岭地区谷地的顶极群落,在我国温带植被类型中占有重要地位.本研究基于凉水谷地云冷杉林9.12 hm2动态监测样地,分析了群落物种组成和径级结构,并运用点格局方法分析16个主要物种不同生活史阶段的空间分布格局,探讨密度制约效应在优势种不同生活史阶段所发挥的作用.结果表明:(1)样地内木本植物共有44种,胸径?1 cm的独立个体35656株,隶属于14科29属;(2)林冠层、林下层树种和优势种冷杉与红皮云杉的径级分布均呈倒"J"型,灌木层的径级分布呈"L"型;(3)主要物种幼树Ⅰ(1 cm?胸径5 cm)在1~50 m尺度上主要呈现聚集分布,随着尺度增大,聚集强度逐渐减小;幼树Ⅱ(5 cm?胸径10 cm)随着尺度增大呈现出由聚集分布向随机分布变化;成年树(胸径?10 cm)则呈近似随机分布或均匀分布;(4)优势种冷杉幼树Ⅰ和幼树Ⅱ与成年树利用生境的方式均不同,而红皮云杉幼树Ⅰ与成年树利用生境的方式不同,幼树Ⅱ与成年树利用生境的方式相同;冷杉与红皮云杉的幼树Ⅰ与幼树Ⅱ均在1~50 m尺度上呈现相对于成年树额外的聚集,在尺度5 m时,随着径级增大,这种额外的聚集逐渐减小,说明密度制约效应起作用.     

暖温带森林功能发育过程中的物种扩散和生态位分化

群落构建的驱动力(随机过程与确定性过程)对群落构建的作用受森林功能发育过程的影响,但鲜有研究探讨两者随群落功能发育过程发生的特点.次生林功能发育阶段多样,具有检测发育过程中群落构建驱动力变化的优势.本研究利用20 hm2暖温带次生林样地基础调查数据检测了局域尺度上暖温带森林功能发育过程中群落物种扩散与生态位过程的发生特点,区分了2类过程对群落多样性构建的相对贡献.结果显示,局域尺度上功能发育过程显著影响物种扩散与生态位过程,对生态位分化过程的影响速率要快于物种扩散.在森林功能发育过程中,生态位分化表现为稳定下降,而物种扩散则为前期不变,后期稳定下降.群落功能发育尺度上的物种扩散伴随了冠层稳定的骨架结构及分离的垂直结构,提高了垂直分布上群落物种组成的匀质性,有利于物种共存.局域尺度上,物种扩散与生态位分化过程的交互效应是群落构建的主要动力,物种扩散作用要强于生态位分化过程.本研究暗示除了空间因子等的被动调节,中性与生态位过程对群落构建的相对贡献也受群落功能发育阶段的影响,群落构建驱动力受群落自身功能的调节.     

行为生态学的起源,发展和前景

为什么不同生境中红松鼠的贮食行为不一样,为什么森林鸟类会在清晨齐声鸣唱,为什么动物有不同的繁殖策略,这些都属于动物行为生态学的研究范畴。行为生态学是由生态学和行为学交叉而形成的一门边缘学科。早期的行为生态学来源于动物行为、生态学和生物进化的研究。效率最优原理和进化稳定原理是行为生态学的两条基本公理,本世纪70一80年代,对动物生存策略的研究达到高潮。进入90年代,对繁殖策略的研究是行为生态学的第二次研究高潮。当前行为生态学的研究特点:(1)探讨行为生态学机理;(2)寻找理论模式;(3)发展综合理论;(4)应用高新技术,生命科学的新发现和高新技术为行为生态学发展带来了新的契机,行为生态学研究将为珍稀、濒危物种迁地保护作出贡献,还将对水产养殖业、动物养殖业、远洋捕捞业和野生动物驯化发挥指导性的作用。     

取样面积对森林木本植物空间分布格局分析的影响

通过物种的空间分布格局推断潜在的生态学过程或影响机制,是生态学研究的主要内容之一.然而,许多研究发现,即使同一物种,其空间分布格局也可能存在很大差异,其原因除各研究所采用的方法不同外,研究尺度(取样面积)的不同可能也是差异的主要原因.本研究基于长白山25 hm2温带阔叶红松林样地胸径?1 cm木本植物数据,使用相对邻近密度?函数,探讨不同取样面积对样地内木本植物空间分布格局分析结果的影响.结果发现:(1)在取样面积较小时(1 hm2),大多数物种呈随机分布,随着取样面积的增加,呈聚集分布的物种所占的比例逐渐增加;(2)大部分物种的聚集程度随取样面积的增加而增加,但各物种的聚集程度存在显著差异;(3)在取样面积较大时(?1 hm2),物种的聚集程度随物种多度的增加而降低,但在取样面积较小时(1 hm2),物种聚集程度与多度的关系则不明显.该研究结果进一步加深了我们对物种空间分布格局的认识,进而有利于更好地理解其潜在生态学过程或影响机理.     

洪水灌溉对策勒绿洲优势植物及生境的影响?

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲前沿的优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)-里海旋覆花(Karelinia caspica Less)群落为研究对象,利用人工模拟洪水的方法在生长季内对群落进行了3次灌溉.通过灌溉与非灌溉对照实验,研究灌溉对策勒绿洲前沿多年生植被的更新、生长、群落物种组成以及土壤水分和养分的影响.结果表明:(1)多次灌溉对多年生植物疏叶骆驼刺和里海旋覆花的更新和生长具有明显的促进作用,其中更新方式以根蘖苗更新为主,种子实生苗更新较少;(2)灌溉使得群落中的一年生杂草大量出现,群落物种多样性增加,群落盖度也相应的增加;(3)灌溉有效地增加了群落生境中土壤上层的水分和养分,同时改变了土壤养分在垂直剖面上的再分布,地表以下3m范围内土壤速效N,P,K和全量P,K含量显著地增加.从长远来看,这种模拟洪水灌溉的生态学意义在于说明洪水作为一种生态脉冲对干旱区生态系统中植物的更新、地下水位的补充以及土壤养分的增加有重要的促进作用.     

青藏高原冰缘植物多样性与适应机制研究进展

高山冰缘带紧邻雪线,位于高山生境的最前端,在山地植物垂直带谱中位居最高,是陆地生态系统中最为极端的生境之一.受到高原环境中多变的气候、多样的地形、独特的生物交流屏障和迁移通道等因素的综合影响,青藏高原孕育了全球最为丰富的冰缘植物多样性资源.这类极端环境下的生物多样性形成和维持机制一直是学界关注的热点和难点问题.本文总结了青藏高原冰缘生态系统植物多样性特征及物种生态适应、繁殖和维持机制的最新研究进展,并特别关注了冰缘植物的生态适应结构,植物种间互助以及植物与昆虫间协同进化对于维持冰缘生态系统物种多样性的重要性.已有研究表明,全球气候变化对于冰缘生态系统多样性维持和物种共存会产生重要影响.如何预测和判断全球气候变化背景下,青藏高原冰缘生态系统内生物多样性资源的命运及其对生态系统功能的影响,将是生态学研究者面临的新挑战.     

弄岗喀斯特季节性雨林枯立木多度的空间分布及影响因子

枯立木(standing dead tree)是森林的重要结构组成部分.对枯立木空间格局与其影响因子等进行探讨,有助于揭示森林树木死亡机理及森林群落动态规律.本研究将弄岗喀斯特季节性雨林15 hm2样地内胸径大于1 cm的枯立木划分为不同胸径等级,并在不同空间尺度上统计了枯立木多度、空间相邻因子、地形因子及群落类型因子等数据,用零膨胀负二项模型(zero-inflated negative binomial models)解决了多度数据的非正态性且零值过多等统计问题,分析了该森林枯立木多度的空间分布规律及影响因子.结果表明:(ⅰ)弄岗15 hm2样地内胸径大于1 cm的枯立木有2254株,平均胸径6.21 cm,最大胸径61.86 cm;胸径分布呈反"J"型,无明显断层;小径级枯立木在海拔较高地区分布较多,大径级枯立木在海拔较低地区分布较多;(ⅱ)小径级枯立木呈聚集型空间格局,大径级枯立木趋向于随机型空间格局;枯立木多度存在多尺度的空间自相关结构;(ⅲ)随着径级增大,枯立木多度与凹凸度、空间相邻因子的相关性逐渐减弱,与坡度、海拔的相关性逐渐增强;随着单位取样尺度增大,枯立木多度与凹凸度、海拔、坡度、群落类型因子的相关性逐渐减弱,与空间相邻因子相关性逐渐增强.研究表明,喀斯特森林中枯立木分布格局由多尺度的空间结构所构成,不同空间尺度、地形条件、群落类型等对枯立木的径级结构及数量组成有显著影响,而枯立木结构的空间异质性将会影响森林光资源及木质残体储量等的空间动态,进而影响群落物种组成.     

中国西南地区的“天空之岛”:Ⅰ系统地理学研究概述

"天空之岛"指大陆山区受到地理隔离的高海拔生境,由于气候、生境等在不同海拔上的异质性,"天空之岛"中的高山生物会由隔离引发形态和遗传结构等的改变.中国西南山地是生物多样性热点地区,本文将中国西南山地和邻近山区划归为中国西南地区的"天空之岛",并围绕这一概念,对该区域的系统地理学主要研究成果进行了综述.中国西南山地"天空之岛"中物种的系统地理结构和进化模式受到复杂的地形地貌、气候和生境等因素的影响,更新世气候回旋、青藏高原隆升等地质事件对生物多样性和地理格局作用显著;另一方面,由于物种对地质事件的响应机制不同,它们可能具有相似或完全不同的地理格局.在此基础上,本文对未来的研究方向和方法提出建议:结合比较系统地理学与其他学科的研究方法,检验地理、气候和生物因素在何种程度上影响地理格局、促进物种分化和生物多样性的产生.期望本文能为揭示生物多样性的发生机制提供研究思路,以解决生物多样性保护的关键性问题,即在全球气候变化和经费有限的环境下,如何最大化地保护该地区的生物多样性.     

人类母乳微生物菌群的生态学分析

母乳是婴儿最健康、理想的营养来源,也是人类进化和文明最重要的特征之一.最新的宏基因组学研究表明母乳含有高达数百种细菌,而且包括一些常见的病原菌.母乳微生物菌群是人类与微生物协同进化相互适应的产物,而"微生物群落-宿主"生态系统的动态平衡则应是保持健康母乳的基础.然而,迄今为止,从生态学角度对母乳微生物菌群的研究近乎空白.本文应用宏观生态学中的"中性"理论和Taylor幂法则分析探讨了母乳菌群群落多样性的进化和维持机制、细菌种间相互作用的机制以及由此产生的细菌种群分布格局.两项理论模型分析交叉验证了母乳微生物群落分布的异质性和非随机性特征,预示了群落中物种间存在一定程度的生态位分化以及占主导作用的优势物种.     

弄岗喀斯特季节性雨林15ha样地密度制约效应分析

密度制约是自然森林群落物种共存的重要机制之一.然而,密度制约效应受生境异质性影响,生境异质性强的群落密度制约效应表现得较弱.北热带喀斯特季节性雨林是位于我国桂西南地区的重要植被类型之一,其具有水平空间的高度异质性和垂直剖面的多层次性的地质地貌特征.本研究基于弄岗北热带喀斯特季节性雨林15 ha动态监测样地第一次普查数据,综合分析了样地中每个生长阶段出现个体数均≥15的物种(共计96个)的密度制约效应,以及种群分布格局与生境的关联性.结果显示:(1)仅有14个物种表现出从小树到成树聚集度降低的变化趋势,即表现出密度制约自疏效应;(2)23个物种的小树周围出现同种成树的频率低于小树周围出现同种小树的频率,表现出小树相对于成树有额外的聚集格局,也即表现出密度制约稀疏效应;(3)通过Berman-test检验发现几乎所有物种的种群分布至少与一种环境变量呈显著关联性,且种群的所有个体和不同生长阶段均对某一环境因子表现出的显著关联性具有很好的一致性.研究结果从不同角度验证了弄岗喀斯特季节性雨林样地中仅有较少物种表现出密度制约效应,这可能与喀斯特地区极其独特的地质、地貌特征有关.此外,也可能是由于未将幼苗阶段纳入分析而造成的.     

用珊瑚覆盖率作为干扰指标——永兴岛石珊瑚生物多样性研究

报道了2002年8月对永兴岛造礁石珊瑚群落的调查结果．对西沙群岛的造礁石珊瑚进行系统的定量采样，平均活珊瑚覆盖率达68．4％．发现，活珊瑚的总覆盖率或无活珊瑚覆盖率可以作为干扰的综合代用指标．使用这个指标，活珊瑚的总覆盖率与多样性之间的最优拟合曲线总是如“中度干扰假说”所预言的为一个单峰上拱的二次曲线关系．并且对应于最高多样性的总覆盖率稳定在55％～58％之间．这一结果反映了环境稳定性（或干扰度）与多样性之间有趣的现象．珊瑚覆盖率对于许多珊瑚礁调查都是基本的参数．有大量的长期的数据积累，如果可以作为干扰的代用指标，可以更好地了解珊瑚对干扰的反应．普遍认为，干扰，尤其是人类活动的干扰，是目前生态学研究的中心问题．覆盖率所具有的良好的定量特性为珊瑚礁的实验、理论和建模研究提供了一个很好的利器．     

珠穆朗玛峰北坡6000 m以上主要生境细菌群落特征

式细胞技术及构建的细菌16S rRNA基因文库揭示了珠穆朗玛峰北坡6600~8000 m表层雪中细菌的数量, 以及6000 m冰塔林、6350 m冰川融水和6600 m表层雪中细菌的群落特征. 珠峰北坡表层 雪中细菌数量高于南极地区, 但与其他高山雪中相似. 表层雪中细菌的数量有随海拔升高而增多的趋势, 但与离子的浓度相关性不太. 珠峰北坡冰冻环境中的细菌16S rRNA序列与土壤、湖泊和河流、动植物体及其他冷冻环境中细菌的相似. 冰塔林、冰川融水和表层雪中细菌具不同的群落特征, Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides (CFB)类群细菌在冰川融水中占绝对优势, 冰塔林中属于β-Proteobacteria和CFB类的细菌为优势种, 而表层雪中细菌则以β-Proteobacteria和Actinobacteria类的细菌为主, 不同生境中细菌群落的不同可能是由于细菌的沉积后变化引起.     

性状关联跨尺度推演:高寒草甸植物种内及种间性状的协同与权衡

功能性状及其关联可以反映有机体响应环境的生态对策,是探究各生态层次生物与环境相互作用的关键.大量的研究报道了区域至全球尺度上植物种间性状的协同或权衡.基于此,研究者试图推演环境变化下种群、群落至植被的功能结构动态.然而,各生态层次性状关联的主导机理不尽相同.性状关系跨尺度推演的核心在于局域群落种内及种间的性状关联,而相关研究极其缺乏.整合性状关联的机理与群落构建理论,我们推测,与大尺度下生态位特化主导物种性状关联类似,局域群落中多物种共存且生态位分化明显时,种间也应有显著的性状协同与权衡;功能平衡和结构优化主导性状关联时,种内与种间存在一致的协同或权衡关系,可推演至群落水平.以环境差异较小而多物种共存的青藏高原高寒草甸植物群落为例,检验了这些推测.结果表明,在生态位分化明显的高寒草甸,局域群落物种间叶片氮磷含量与比叶面积协同变化(与叶片干物质含量权衡),但大多数种内这两类性状的关联并不显著.无论是种间还是大多数种内,功能平衡下叶片氮磷含量协同变化,结构优化使比叶面积与叶干物质含量呈权衡关系.性状的协同与权衡关系在多性状分析中更加明显.这些结果支持了以上预测,为性状关联的跨尺度推演提供了...