近年来生物"多样性与稳定性"理论是河流生态学关注的热点之一.为探究河流底栖动物多样性与群落稳定性的分布模式及其驱动因子,于2021年8月,基于环境DNA技术对黄河流域济南段山区河流进行生物监测.根据土地利用类型,将该山区河流分为低干扰区、中干扰区和高干扰区,分析不同干扰区环境因子、底栖动物多样性及群落稳定性的分布特征,并识别其影响要素.研究结果表明:①环境因子中电导率(EC)、总氮(TN)和硝态氮(NO3--N)均值呈现出高干扰区＞中干扰区＞低干扰区的趋势.②Margalef丰富度指数(d)、Pielou均匀度指数(J)、群落稳定性指数(ICV)和凝聚力指数(|负凝聚力|/正凝聚力)均在中干扰区最高.③氨氮(NH3-N)和生物群落组成变化分别与d(r=0.67,P＜0.05)和物种丰度S(r=0.52,P＜0.05)具有显著正相关关系.④结构方程模型分析发现,EC、NH3-N和NO3--N是显著影响底栖动物群落稳定性的关键环境因子;S和d是显著影响底栖动物群落稳定性的关键生物因子.其中,EC、NH3-N和d有利于群落趋于稳定;高浓度的NO3--N和较低的S虽然不利于群落稳定,但会促进群落的种间竞争关系.研究揭示了生物与非生物因子对河流底栖动物多样性及其群落稳定性的作用机制,可为今后河流生态系统健康管理提供重要参考.

凋落物分解是森林生态系统养分循环的重要组成部分,为探究气温变化对杉木枯死叶片分解的影响,以杉木人工林的凋落叶和宿存叶为研究对象,采用分解网袋法,利用武夷山气温垂直分布特征,选择了 620 m、1003 m、1410 m和1948 m四个海拔气温梯度,采用异地移位试验模拟增温对杉木凋落叶和宿存叶分解速率及分解过程中N、P、Mg、Ca元素释放的影响.结果表明:(1)凋落叶和宿存叶的干重残留率随分解时间的延长呈下降趋势,且在不同海拔气温下存在显著差异(P＜0.05),其中凋落叶的分解速率(K)表现为K620m＞K1003 m＞K1410m＞K1948 m,宿存叶则表现为K1003 m＞K620m＞K1410m＞K1948m.增温缩短了凋落叶和宿存叶的半衰期和周转期.(2)增温显著影响凋落叶和宿存叶的N、P、Mg、Ca残留率(P＜0.05),二者整体均表现为在T620m下具有较低的养分残留率,而在300-360 d分解时段,宿存叶在T620m下具有较高的P残留率.增温并未改变凋落叶和宿存叶P、Mg、Ca素的释放模式,但改变了宿存叶N素的释放模式.(3)凋落叶和宿存叶的干重残留率与N残留率呈极显著正相关(P＜0.001),与P残留率呈显著负相关(P＜0.05).相较于N、P而言,Mg、Ca残留率与干重残留率间的相关性较弱.气温升高显著加快了凋落叶和宿存叶的质量损失速率及养分释放速率,促进杉木人工林生态系统的养分物质循环.研究结果为全面了解杉木枯死叶片分解过程中养分释放对气候变暖的响应机制提供科学依据.

海拔梯度作为一个重要的环境因素,对植物的分布、种类、生长速度和生理特征具有深远的影响.为探究大兴安岭北部不同海拔樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)树轮宽度对气候因子的响应差异,利用大兴安岭北部满归地区5个海拔樟子松的树芯样本,建立树轮宽度年表,并分析5个海拔樟子松树木径向生长特征与气候要素的相关关系,进而探讨了不同海拔间的树木生长气候响应异同及响应关系的稳定性.研究结果表明,与其他海拔相比,中高海拔(1150m)樟子松树轮宽度年表可能包含更多的气候信息.树轮宽度年表与气候因子的相关分析表明,高海拔(1200 m)樟子松对温度的响应并不明显,仅与上年10月和当年9月的气温呈显著正相关,中高海拔和中海拔(900 m)的樟子松分别对生长季4-9月和5-8月的温度表现出较好的显著正相关,中低海拔(800 m)和低海拔(700 m)的樟子松均受到了干旱胁迫的抑制,均与当年6月的降水量呈显著正相关,与4月和6月的温度呈显著负相关,与上年10月到当年9月的帕默尔干旱指数均呈极显著正相关.气温发生突变后,高海拔、中高海拔和中海拔樟子松的生长趋势显著上升,而中低海拔和低海拔樟子松的生长趋势下降.相关结果显示,当年5月的平均最低气温是高海拔、中高海拔和中海拔树轮宽度增加的主要原因.滑动相关分析结果显示,高海拔和低海拔的樟子松对气候因子的敏感性均减弱,中高海拔和中海拔樟子松对温度的敏感性增强,但中海拔樟子松对帕默尔干旱指数的敏感性减弱,中低海拔樟子松对降水和帕默尔干旱指数的敏感性均减弱.研究揭示了大兴安岭北部不同海拔樟子松树木年轮宽度与气候因子之间的复杂关系,并为评估大兴安岭樟子松对未来气候变化的适应能力提供了科学依据.

工业化和快速城市化进程导致城市树木暴露于高浓度地表臭氧(O3)和氮(N)沉降的环境.以两种北京常见的城市园林绿化树种栾树(Koelreuteria paniculata)和白皮松(Pinus bungeana)为研究对象,采用臭氧开顶式气室(OTC)和15 N同位素示踪法,研究了 2022年5月-9月3种臭氧浓度NF(自然环境臭氧浓度)、NF40(NF+40 nmol/mol O3)和NF60(NF+60 nmol/mol O3)环境下两种树苗的生理生长特性,特别是生长季末期植物叶片氮吸收的响应机制.研究结果表明:(1)高浓度O3显著抑制栾树和白皮松叶片饱和光合速率、气孔导度、叶绿素含量、类胡萝卜素含量和生物量累积,但增加了叶片N含量.(2)生长季末期栾树与白皮松叶片N元素的吸收策略不同,栾树的新叶比老叶吸收更多的N,同时N可能从老叶转移到新叶;白皮松则将N更多地储存在老叶中以维持叶片常绿,而不是将N转移到新叶中.(3)在生长季结束前一周,不论施N与否O3浓度升高均会显著增加叶片的衰老比率,O3浓度越高栾树叶片衰老比率越高,而施N处理可降低由于O3升高导致叶片衰老的比率,越接近生长季结束O3增加栾树叶片衰老和施N缓解叶片衰老的变化规律越显著.由此可见,在研究城市树种应对O3浓度升高和N沉降的环境变化时,不仅要考虑不同功能型如落叶和常绿树种的差异,同时也应关注落叶植物的不同生长时期,特别是生长季末期的变化.

藓结皮是荒漠生物土壤结皮的重要类型,在荒漠生态系统碳固定与碳排放过程中具有重要作用.研究长期氮添加对藓结皮光合生理活性和土壤有机碳(SOC)组分的影响,有助于理解藓结皮光合生理活性特征与荒漠生态系统土壤碳固存之间的关系及其调控因子.为此,研究依托古尔班通古特沙漠野外长期(13a)氮添加实验,以齿肋赤藓形成的藓结皮为研究对象,选取0(N0)、1.0(N1)、3.0 g N m-2 a-1(N3)三种氮处理,阐明长期氮添加对藓结皮光合生理活性和SOC组分的影响.结果表明:(1)相比对照,长期氮添加对结皮层颗粒有机碳(POC)与矿物结合态有机碳(MAOC)含量无显著影响,但显著减少了 0-5 cm 土层POC和MAOC含量的积累;(2)N1处理显著提高了叶绿素和非结构性碳水化合物(NSC)含量,而N3处理叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及NSC的含量分别显著降低了 50.94％、42.49％、46.71％和50.85％;(3)可溶性糖的含量在N1处理下显著增加,N3处理则显著抑制了其积累,脯氨酸的含量随氮浓度呈显著下降的趋势,长期氮添加对可溶性蛋白含量无显著影响;(4)相关性分析表明,长期氮添加、光合生理活性与POC和MAOC含量无显著相关性,酸碱度、微生物量碳氮、电导率、硝态氮和铵态氮皆显著影响POC和MAOC的含量积累.研究揭示了长期氮添加对藓结皮的光合生理活性和SOC组分的影响,且光合生理活性的响应无法有效反映SOC组分变化,为理解荒漠生态系统中氮沉降对生物土壤结皮的影响提供数据支持.

植物总初级生产力是定量描述生态系统固碳能力的重要指标,为了分析气候时空滞后效应和空间异质性对植被总初级生产力(GPP)的影响,以当年气象数据组(CC)、10年平均气象数据组(MC)和邻域气象数据组(FM)分别代表气候波动性、时间滞后效应和空间异质性,以及地形数据为自变量,构建随机森林模型,模拟了 2000-2014年的历史时期的GPP值以及2015-2021年在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585排放情景下的GPP值,计算模拟解释率,因子贡献率,最终确定最佳气象数据组.结果表明(1)地形因子中坡度对GPP的影响最大,气象因子中降水量对GPP的影响最大,整体而言GPP与地形因子较气象因子相关性强,是地形再分配气象因子的结果;(2)各时期GPP模型之间交叉模拟值与MODIS数据对比发现模型解释率R2均达到0.80以上,表明所建预测GPP的随机森林模型稳定性较强;(3)历史气象数据的GPP模型结果显示CC对当年GPP的解释率更高,表明气候波动性更好地展现当年气象与GPP间的关系;(4)基于历史时期和4种未来气候情景下3个气象数据组建立的模型之间交叉模拟,结果表明MC预测模型的解释率最高,表明该数据组稳定性最强,反过来采用4种未来气候情景下3个气象数据组的模型模拟历史时期的GPP,结果表明MC与其他两个气象数据组之间存在显著性差异(P＜0.05),充分表明植被GPP响应气候具有时滞效应,并其影响程度显著大于气候的空间异质性和波动性,即前9年的气候持续影响植被GPP;(5)统计3个气象数据组在历史时期出现的概率,可知MC出现概率高的区域占比比其他两个数据组的大,在林地、灌木和草本三种景观类型中也出现相同的结论,另外MC对中高海拔和陡坡的预测能力比其他两个数据组的强,表明中高海拔地区在分配太阳辐射等复杂过程存在明显的时滞效应,而平缓地区易受当年和气候空间异质性影响.因本研究以10年为平均值计算单元,最佳时间滞后效应可能会比10年短或更长,需要进一步探讨,结论为气候变化背景下GPP模拟预测提供了最佳气象数据组.

物种多样性对海拔梯度的响应是全球气候变化背景下生态学研究的热点.为探究钱江源-百山祖国家公园百山祖园区(以下简称百山祖国家公园)内的植物群落物种多样性沿海拔梯度的变化规律,采用样带法在百山祖国家公园设置一组三条连续海拔梯度样带,连续海拔垂直样带相较非连续海拔分布的样地具有更多的优势,它具有更精确的检测能力和更灵敏的检测手段,能够更好的对任意海拔位置上物种、群落和生物多样性的变化及其机制进行研究.所建设样带宽30 m,总长3210 m,海拔范围为636.3-1928.04 m,总面积为9.63 hm2,在样带中进行植物群落每木调查.调查样带内所有胸径≥ 1 cm的木本植物个体,记录种名、胸径等,分析植物群落α和β多样性对海拔梯度的响应.结果表明:在三条样带上,共记录木本植物260种、69914个个体,隶属于55科109属.物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数与海拔梯度均呈显著负相关关系.地形因子中海拔对物种α多样性影响最大,坡度次之,坡向对α多样性影响较小.随着样地间海拔距离的增大,样地间β多样性指数(Jaccard相似性指数)都与样地间海拔距离呈显著的负相关关系,即群落的Jaccard相似性指数随着样地间海拔距离的增大而减小,植物群落β多样性与海拔、坡度、坡向均呈显著的相关关系,其中海拔的影响最大,坡度次之,坡向的影响较小.在海拔梯度上物种β多样性的周转组分占主导地位,各植物群落物种组成差异由物种更替控制.研究结果为今后百山祖国家公园及其他亚热带山地生物多样性保护、山地生态系统多样性和稳定性维持政策制定提供了科学依据.

降雨是影响黄土高原地区植被生长的主要限制因子,但植被群落结构间存在的差异使其对凋落物和土壤养分的影响存在较大的不确定性.以黄土区油松人工纯林、刺槐人工纯林、油松-刺槐人工混交林、山杨-辽东栎天然次生林为对象,研究了林冠对降雨的再分配特征、凋落物储量、土壤有机碳(SOC)、总氮(STN)、总磷(STP)含量随林型的变化,分析了不同降雨分配特征对凋落物、土壤养分的影响.结果表明:(1)4种林分类型间降雨再分配特征具有一定差异性,油松林、刺槐林、油松刺槐林、次生林累计穿透雨率分别为86.43％、85.37％、71.68％、64.77％,树干径流率为1.0％、1.6％、1.3％、3.2％,树冠截流率为12.48％、13.01％、27.00％、31.93％.(2)不同林分类型SOC、STN、STP以及凋落物养分释放效率表现出显著差异性,天然次生林养分含量整体上高于人工林.(3)4种林分类型中,刺槐林的土壤C∶N最低,其它3种林分的土壤C∶N无显著差异;天然次生林的土壤N∶P和C∶P最高,油松林和刺槐林的土壤N:P无显著差异.(4)穿透雨和林冠截流的变化能够影响土壤N、P组分和凋落物C、N、P元素释放率,但对土壤C组分影响较小.综上所述,黄土高原地区植被恢复过程中,降雨能够提高土壤养分含量,促进凋落物养分归还.天然次生林对改变降雨分配特征和土壤养分特征的潜力更大,自然恢复更有利于土壤养分积累.

抗生素污染对微生物生态造成严重影响.发酵是厌氧条件下的重要生物过程,但其对于抗生素污染的响应仍有待研究.本研究以典型β-内酰胺类抗生素阿莫西林为例,探究了不同浓度抗生素对两种厚壁菌门产芽孢微生物——丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌发酵代谢的影响,主要关注两株菌发酵过程中生长曲线、碳源消耗、有机酸产量和pH的变化.结果表明:阿莫西林对丁酸梭菌和凝结芽孢杆菌的生长和碳源消耗均有抑制作用,对细菌形态的影响较小,50 mg·L-1阿莫西林使丁酸梭菌停止生长,而凝结芽孢杆菌在培养24 h后可继续生长.在有机酸代谢方面,阿莫西林对凝结芽孢杆菌影响更为显著.两株菌的丁酸、甲酸、乳酸和乙酸生产均受到抑制,但在添加低浓度(1 mg·L-1)阿莫西林时,凝结芽孢杆菌的乳酸产量显著提高.

木腐真菌作为木材分解的主要类群,物种极为丰富,影响和调节着全球森林生态系统中的养分循环、土壤形成和碳收支等关键生态过程.功能性状能够反映生物对生境的响应和适应,能有效联系物种个体特征与环境变化,提高对物种功能性状的认识有助于揭示物种共存的机制.本文回顾了木腐真菌功能性状研究的发展历程,总结了近年来基于木腐真菌功能性状研究的科学问题,包括木腐真菌在传播、扩散和定殖的性状特征,菌丝生长与获取营养物质的功能性状,真菌群落多样性的形成机制及其功能类群,木腐真菌降解倒木过程中的多种酶及相关酶基因特征,并介绍了目前木腐真菌研究通用的功能性状指标与测定方法.尽管上述研究对于了解木腐真菌的功能性状已有了长足进步,但由于真菌种类繁多、性状多样,目前对真菌功能性状的研究并不系统深入.提高对木腐真菌物种功能性状作用的认识,包括木腐真菌物种共存、群落构建及生物多样性维持等,可以加深对真菌群落功能机制性的了解.