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.     

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...     

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.     

系统发育β多样性指数的比较:以古田山样地为例

系统发育β多样性由于在物种β多样性的基础上包含了群落的系统发育信息,从而使人们能够从物种之间的亲缘关系来分析群落间的生态关系.系统发育β多样性指数作为系统发育β多样性具体的度量,为定量地研究系统发育β多样性提供了依据.不同的系统发育β多样性指数反映不同侧面的β多样性信息,同时也给研究者之间进行结果比较带来了不便.本文以浙江古田山24hm2样地的森林群落为例,对具有不同意义的系统发育β多样性指数进行比较后发现:(1)物种多度加权处理的Dpw指数与Rao’s二次熵的Rao’sD定义相似;PhyloSor与UniFrac指数生态学含义相似,因此具有很高的相关性;Dnn与PhyloSor,Dnn与UniFrac虽然生态学意义有些差别,但相关性也很高;(2)多度是否加权对同一个指数的影响在小尺度上并不明显;随着尺度的增大,多度加权与否的形式之间的差别才逐渐显现出来,可能是因为群落物种均匀度随尺度增大而降低;(3)PST和Rao’sH在较大尺度上比其他指数能够更好地反映生境和空间距离的衰减效应;随着尺度的减小,AW-Dnn和Dnn能够更好地反映生境和空间距离的衰减效应.     

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.     

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.     

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.     

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.     

群落生态学研究新进展

探索群落构建机制的生态和进化过程是群落生态学领域的一大中心任务.在局部森林群落水平上,运用系统发育分析方法探讨群落构建规则是群落生态学的研究热点.中国科学院华南植物园分子生态学研究组葛学军研究员等     

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.     

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.     

环境筛选、扩散限制和生物间相互作用在温带落叶阔叶林土壤跳虫群落构建中的作用

群落构建机制是土壤动物群落生态学的重点内容之一.相关研究证明,扩散限制、环境筛选和生物间相互作用可能是土壤动物群落构建的重要调控机制,但少有基于小尺度的系统研究.本文在黑龙江省帽儿山森林生态系统研究站的温带落叶阔叶林内,于2012年8月设置3个5 m×5 m的样地,探讨扩散限制、环境筛选和生物间相互作用在小尺度土壤跳虫群落构建中的作用.基于环境主分量因子(PCs)和Moran特征向量图(MEMs),用变差分解的方法来区分环境筛选和扩散限制的调控作用,并基于偏Mantel检验进一步分析环境变量和空间变量的调控作用.用零模型模拟的方法来说明土壤跳虫群落物种的共存格局、识别群落水平的显著物种对,同时计算环境生态位重叠度指标和体型大小比例来说明生物间相互作用和环境筛选在跳虫群落构建中的作用.变差分解结果表明,扩散限制对土壤跳虫群落具有较大的显著方差解释量,而环境筛选和空间环境结构的解释量相对较小且不显著;偏Mantel检验进一步表明,扩散限制对样地Ⅰ跳虫群落具有重要的贡献;RDA分析表明,土壤有机质、土壤含水量、凋落物干重等环境变量对土壤跳虫群落具有显著的影响,表明环境变量对跳虫群落的重要作用.群落水平零模型分析表明,土壤跳虫群落表现为非随机的共存格局;群落中发现较少的显著物种对,且显著负相互作用的物种对群落构建可能没有显著的作用;体型大小比例和环境生态位重叠度指标表明,土壤跳虫不是竞争性的群落结构,说明环境筛选具有重要调控作用.本研究表明温带落叶阔叶林小尺度土壤跳虫群落主要受到扩散限制和环境筛选的共同调控,生物间相互作用的驱动作用并不显著.     

土壤有益真菌和有害真菌互作影响亚热带森林群落植物多样性维持

<正>生物多样性的形成和维持机制是生态学领域的核心科学问题之一。在生物多样性极其丰富的森林群落中,生态位相似的物种如何共存一直是生态学研究的未解之谜。JanzenConnell假说被认为是解释热带森林群落物种共存机制的核心理论之一。该假说认为,自然天敌(如病原微生物、植食性昆虫等)在成年树个体周围聚集,通过损害邻近同种个体的种子和幼苗,使得同种个体具有较高的     

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.     

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.     

八大公山常绿落叶阔叶混交林根萌能力

根萌是森林更新的重要方式之一,对种群和物种多样性的维持具有重要意义.在自然群落中,地形因子以及进化历史对木本植物根萌能力的影响仍有待研究.本研究利用八大公山25 hm2常绿落叶阔叶混交林长期监测样地第一次调查数据,旨在分析根萌能力与地形因子的相关性,以及根萌能力是否具有显著的谱系信号.研究发现:(1)样地根萌总数为54184棵,具根萌现象的个体33039棵,占样地总个体数的17.71%;(2)Torus转换检验表明根萌能力与海拔、凹凸度、干旱度指数呈显著的负相关,与地形湿润指数呈显著的正相关.这可能是由于水流的冲刷作用,低海拔的沟谷内受干扰较强,生产力较低,因而增强了物种的根萌能力;(3)样地常见的126个根萌物种的根萌能力有显著但较弱的谱系信号.在不同生活型中,只有灌木层和落叶植物具有显著的谱系信号,乔木层、亚乔木层和常绿植物谱系信号不显著.这说明根萌能力在进化历史中是一个不稳定的性状.结果表明,八大公山样地木本植物的根萌能力受地形因子以及进化历史的显著影响.     

长白山阔叶红松林木本植物繁殖特征及其关联性

为了探究群落水平上木本植物有性繁殖特征及其关联性,对长白山阔叶红松林25 hm2大型动态监测样地内木本植物进行了调查分析.结果表明:(ⅰ)该森林木本植物在繁殖性状方面表现出复杂的多样性,同时,不同繁殖特征如性系统与传粉方式、果实类型之间,以及与种子质量和生活型等生态特征之间存在关联性;(ⅱ)样地内49%的物种是两性花植物,27.5%是雌雄同株植物,23.5%为雌雄异株植物,雌雄同株植物所占比例与热带森林相比偏高;(ⅲ)不同性系统的物种花期基本同步,而果期则表现出较大的差异;(ⅳ)和热带、亚热带森林的研究结果类似,性系统和传粉方式、果实类型、生活型之间都表现出明显的相关性;(ⅴ)不同性系统之间种子质量差异显著,雌雄同株的种子质量最大,两性花的最小.另外,不同生活型的种子质量之间也存在着明显差异,乔木种子较灌木种子更轻.总体来看,长白山阔叶红松林各繁殖性状之间有复杂的关联性,而且还表现出"常见种以虫媒传粉、雌雄同株的树种居多"这一温带森林独有的特点.     

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.     

热带巨型叶植物芭蕉叶片内结构异质性

叶片是植物进行光合作用的主要场所,叶片面积是决定叶片光合作用的重要因子之一.以往对于叶片的解剖结构和生理功能的研究中,常常忽略同一叶片不同部位的结构及功能的差异,尤其是对于某些巨大叶片的结构和功能的异质性更是缺乏了解.为什么具有巨大叶片的植物在自然界十分稀少仍然是科学之谜.本研究选取了具有典型巨型叶片的单子叶植物芭蕉(Musa balbisiana Colla)作为实验材料,测定了叶片不同部位的结构和解剖特征.结果发现,沿主脉方向从叶片基部到叶片尖端,主脉导管直径、叶片厚度、保卫细胞长度呈剧烈下降趋势,比叶重在上部约1/2处呈下降趋势,而栅栏组织和海绵组织的比(P/S值)和气孔密度呈增长趋势,叶绿素含量、叶脉密度和气孔面积指数则无明显变化.沿平行脉从叶片中部到叶片两侧边缘,叶片厚度和比叶重呈现剧烈下降趋势,叶绿素含量、气孔密度和气孔面积指数在边缘约1/3范围内剧烈下降,栅栏组织和海绵组织的比和叶脉密度则呈现上升的趋势.从叶基到叶顶端主脉的导管直径急剧减少可能会影响叶片顶端的水分供应,而叶片两侧边缘气孔面积指数的明显减小、再加上大叶片水汽界面层厚会使边缘部位蒸腾散热功能受到抑制,从而抑制该部位的生理功能,这些因素可能导致芭蕉叶片面积不能继续增大.与叶片小一些的海芋大型叶相比,芭蕉叶内结构的异质性更加强烈.     

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.