菌根多样性和形态可塑性决定了寄主植物适应生境变化的能力.为了解针阔叶树种混交对外生菌根形态特征的影响及其潜在机制,本研究调查了山西太岳山油松和辽东栎纯林及混交林(油松与辽东栎3∶1混交、1∶1混交、1∶3混交)外生菌根形态特征,分析了环境因子对外生菌根形态变异的影响.结果表明:所有林型中油松和辽东栎外生菌根均以无外延菌丝或极少外延菌丝的密接型为主;油松在混交林中根部密接型和中程型外生菌根的根尖数量分别比纯林显著升高3％～10％和10％～16％,辽东栎在混交林中根部密接型外生菌根养分获取类型的根尖数量比纯林显著升高5％～10％;油松和辽东栎在混交林中外生菌根Simpson形态多样性指数显著高于纯林.冗余分析表明,油松中土壤氮磷比对其外生菌根形态变异的影响最大(解释率为7.5％),其次为土壤含水率(5.2％),而土壤碳含量对辽东栎外生菌根形态变异的影响最大(3.5％).油松和辽东栎在混交时均可以通过外生菌根的形态变异以适应对土壤养分的竞争和共享.

个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

细根是植物在生长发育过程中吸收与运输养分的重要器官,研究不同菌根类型植物幼苗细根功能性状之间的变异与权衡有利于更全面地理解植物早期的生存策略.该研究以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松(Pinus koraiensis)林内3种丛枝菌根(AM)和3种外生菌根(EM)树种幼苗为研究对象,通过测定其细根的3个形态性状:比根长(SRL)、根组织密度(RTD)、根直径(D)与4个化学性状:全磷(P)含量、全碳(C)含量、全氮(N)含量、碳氮比(C∶N),分析了细根性状在不同菌根类型间、根级间以及根功能模块间的差异及其权衡.结果表明,与AM幼苗相比,EM幼苗细根具有更大的RTD,这是由于AM真菌的定植方式会增大细根的体积,同时提高AM菌根对限制性养分的吸收能力,而其余性状在两种菌根间无显著差异;AM幼苗细根整体符合资源获取型策略,而EM则相反;随着根级增加,两种菌根幼苗细根的RTD、D均显著增加,SRL则显著减小,细根的功能从主要负责吸收转变为主要负责运输,细根的C含量、C:N随之上升,N含量下降;细根的形态特征与化学计量特征间存在权衡关系,即根功能模块随根级变化时,细根的形态性状与化学性状也产生相应改变,研究结果支持根经济谱假说.

揭示功能性状如何影响关键植物种群特征有助于深化对群落动态的理解.该研究基于上海大金山岛26种常见木本植物5年期(2016-2021年)生长死亡动态的监测数据,通过测量各物种与光、水和养分资源竞争与利用策略相关的9个叶片和木质性状,分析了不同功能性状单独及其综合形成的植物经济谱与物种相对生长率和死亡率的关系.结果显示:叶面积和叶片氮含量与物种相对生长率显著正相关,叶片厚度、小枝密度和叶干物质含量与相对生长率显著负相关.干材密度和小枝密度与物种相对死亡率显著负相关.由9个功能性状构成的植物经济谱可解释物种相对生长率32.8％的变异,但是与相对死亡率无显著相关关系;资源获取型物种比保守型物种具有更高的相对生长率.以上结果表明,植物功能性状是影响植物生长的重要因素,植物经济谱可较准确地预测物种间相对生长率的差异,但对物种相对死亡率的预测较弱.

桉树-乡土树种混交林在提高林分生产力和生态系统功能等方面具有较大潜力.该研究以南亚热带4种桉树-乡土树种混交林(桉树与乡土树种混交比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)和桉树纯林为研究对象,研究了3种优势乡土树种华润楠(Machilus chinensis)、阴香(Cinnamomum burmannii)、灰木莲(Manglietia glauca)和速生树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla)的叶片生理、结构和化学性状在不同比例混交林中的差异.结果表明,4 优势造林树种的叶片性状存在明显的种间差异,其中灰木莲的比叶面积(SLA)、光合磷利用效率(PPUE)、单位质量叶片最大光合速率(Amass)和蒸腾速率(Tmass)以及叶片养分含量最高,说明灰木莲采取资源获取型的生态策略;尾叶桉的SLA、Amass、Tmass及叶片养分含量最低,但具有最高的PPUE,说明尾叶桉兼顾了资源获取型和保守型的物种特征.灰木莲与尾叶桉在SLA、Amass、Tmass、PPUE、叶片氮含量和氮磷比等叶片性状上几乎没有任何重叠,说明灰木莲与尾叶桉之间的叶片资源利用高度互补,可能是与尾叶桉混交的理想树种.物种水平上,灰木莲叶片氮含量、华润楠叶片磷含量以及干季时阴香叶片Amass和PPUE随乡土树种混交比例增加有增加的趋势,但总体上树种混交比例对于 4 造林树种的叶片结构、化学和生理性状的影响不大;林分水平上,桉树-乡土树种混交林的比叶面积、光合能力以及叶片氮磷比显著高于尾叶桉纯林,说明桉树与乡土树种混交能够提高林分整体的光捕获和光合能力,但同时也加剧了植物生长的磷限制.因此,建议在未来南亚热带桉树人工林的构建与改造中,应优先挑选与桉树资源利用互补并能够优化混交林磷素循环利用的乡土树种.

阐明植被恢复过程中土壤真菌群落的变化及其生态功能,对于制定科学有效的退化生态系统管理措施有重要参考价值.利用扩增子高通量测序技术和生物信息学分析解析了华北退化荒地自然恢复(对照组,CK)和建植豆科植物和禾本植物人工草地(分别为LG和GG处理)过程中土壤真菌群落结构和功能群特征差异.结果表明:(1)退化荒地土壤表层样品中共获取6315 个真菌 OTU,隶属于 17 门 60 纲 145 目 347 科 896 属,优势菌门为 Ascomycetes、Mortierellomycota 和 Basidiomycetes,LG 处理相较于CK的Basidiomycetes相对丰度明显升高,GG处理相较于CK的Mortierellomycota相对丰度明显提高.(2)土壤真菌功能群类型以腐生真菌为主,共生真菌次之,病原真菌占比最少.建植人工草地对腐生真菌和共生真菌相较于病原真菌的功能群组成影响更明显,并导致腐生真菌相对丰度升高,共生真菌相对丰度降低.(3)土壤真菌群落结构受植物物种丰富度、根系生物量等植被参数变化的显著(P＜0.05)影响,且与土壤有机碳、总氮、速效氮、总磷等土壤养分水平显著(P＜0.05)相关.本研究的结果有助于深入理解建植人工草地对土壤真菌群落结构和功能的影响,并为华北退化荒地植被恢复策略提供理论依据.

气候变化是国际社会共同关注的环境问题,植物对气候变化的响应反映了植物应对气候变化的生长和生存策略.叶经济性状与植物对资源的获取、利用和储存直接相关,并且受到温度条件和CO2 浓度的显著影响.该文采用人工环境控制系统封顶式生长室研究广布湿地植物水葱(Scirpus validus)和香蒲(Typha orientalis)的叶经济性状对模拟增温(现行环境温度+2℃)和CO2 浓度倍增(增至 850 μmol.mol-1)的响应.结果表明:(1)增温处理下,水葱净光合速率、氮含量和磷含量显著降低,但其胞间CO2 浓度和比叶重显著增加;CO2浓度倍增处理下,水葱胞间CO2浓度和净光合速率均显著降低,但比叶重显著增加.(2)增温处理下香蒲的比叶重显著增加,而氮含量和磷含量显著降低;香蒲的光合参数、氮含量和磷含量在CO2浓度倍增处理下均显著降低,而比叶重显著增加.(3)水葱的比叶重、氮含量、磷含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度与主成分分析的两个环境变量相关;而香蒲的经济性状均与两个环境变量相关,表明这些经济性状在香蒲响应增温和CO2浓度变化过程中发挥重要作用.(4)除碳含量外,水葱和香蒲的其他经济性状参数包括净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、氮含量、磷含量和比叶重均在响应增温和CO2浓度倍增过程中发挥重要作用.总体而言,该研究结果反映了水葱和香蒲在功能性状上对增温和CO2浓度倍增的响应策略.两种植物的光合能力和养分含量在两种处理下虽然均受到显著的抑制作用,但是其抗逆能力升高,表明增温和CO2浓度升高不利于水葱和香蒲的生长.

养分重吸收是植物适应环境的重要策略.该研究以若尔盖高寒草本沼泽中的木里薹草作为研究对象,通过模拟实验,于8月、10月对绿叶和枯叶及土壤采样并测定养分含量,研究其在水位下降和自然水位下叶片养分含量、土壤养分含量和养分重吸收效率的变化规律,以及相互间的关系.使用单因素方差分析比较不同组间叶片氮(N)含量、叶片磷(P)含量、土壤速效N含量、土壤速效P含量、叶片N∶P和养分重吸收效率的差异,使用一元线性回归拟合土壤速效N、P含量和养分重吸收效率之间的关系,木里薹草叶片N含量、P含量、N∶P和养分重吸收效率的关系均采用Pearson相关分析.结果表明:水位下降后,木里薹草土壤速效N含量升高,速效P含量降低,进一步导致木里薹草绿叶N含量增加,P含量降低,枯叶N、P含量均降低,木里薹草叶片N、P重吸收效率升高,说明水位下降通过改变土壤速效养分含量影响木里薹草绿叶养分含量,改变植物养分获取能力(如根数、根长)影响枯叶养分含量,进而影响养分重吸收效率.

为辨别环境变化与遗传因素对植物叶片主要功能性状的影响,以同期生长在4种源地母树林下及异地同质园的1.5年生刨花楠苗木为研究对象,对其叶片表型及养分性状进行对比分析.结果显示:(1)刨花楠叶面积、叶厚、叶干物质含量等叶片表型性状受遗传与环境因素共同影响;叶片碳(C)含量受遗传因素调控,环境对其影响较小;叶片氮、磷(N、P)含量主要受环境因素影响;(2)不同种源刨花楠比叶面积、叶厚、叶干物质含量、叶形指数等性状变异系数较大(8.85％—37.03％),其中江西遂川种源变异系数相对较大,而湖南茶陵种源则相对较小,各种源都倾向于通过调节比叶面积、叶厚、叶片氮磷含量等性状以适应生境变化;(3)种源地与同质园刨花楠的比叶面积虽均与叶厚呈显著负相关,但同质园刨花楠比叶面积与叶形指数呈显著正相关,与叶片氮含量无明显相关,而种源地刨花楠比叶面积则与叶形指数无明显相关,与叶片氮含量则呈显著负相关;(4)不同种源苗木叶性状指标在种源地与同质园间存在不同的协调与权衡,体现了植物在不同生境下的适应策略.其中湖南茶陵种源在两种生境下都具有更保守的资源获取策略,而江西安福种源对环境变化则更为敏感,资源获取策略更为灵活.研究结果初步探明了不同种源刨花楠苗木叶性状对遗传与环境变化的适应策略,可为选择不同种源的适宜造林地环境、开展刨花楠人工林高效经营等提供理论依据和实践参考.

植物功能性状是表征植物对环境差异的适应性及植物内功能的进化与平衡关系的重要属性,功能性状-环境条件相互关系对于探讨植被对多变生境的适应策略具有重要意义.对黄土丘陵区延河流域3个生物地理气候区(草原区、森林草原区和森林区)进行分层采样,通过野外试验测定植物群落功能性状和土壤理化性质,结合气象数据分析了植物功能性状沿植被带的变化及其对环境变化的响应.研究结果如下:(1)比叶面积(SLA)、叶氮含量(LNC)、叶氮磷比(LN/LP)、根碳含量(RCC)、根碳氮比(RC/RN)和根氮磷比(RN/RP)从草原区到森林区显著上升,而叶组织密度(LTD)、叶碳氮比(LC/LN)和比根长(SRL)显著下降.森林草原区的植物磷含量显著高于森林区和草原区.(2)水分条件是调节植物群落功能性状变异的最主要因素,其能够直接影响叶和根性状,还会通过影响土壤养分和土壤水分间接作用于叶片功能性状.(3)从草原区至森林区,随着养分和水分可获取性的升高,植物群落会通过增大SLA,降低LTD和SRL以提高对干旱贫瘠立地条件的适应能力.氮(N)是草原区植物生长主要限制元素,而森林草原区则同时受到N、磷(P)的限制.