为明确喀斯特森林植物叶片功能性状对土壤特性的响应,采用样地与样线相结合的方法调查茂兰喀斯特森林的木本植物群落,计算不同地形木本植物叶片加权平均性状值,运用单因素方差分析和冗余分析不同地形植物叶片功能性状的差异及其与土壤特性的关系.结果表明,在生长型(常绿、落叶)和群落水平上,植物叶片功能性状在不同地形间存在显著差异(P＜0.05),其中叶面积最为敏感,对生境的响应明显,常绿植物的叶厚度大于落叶植物,比叶面积则相反,而叶绿素含量差异不显著(P＞0.05).不同地形间土壤特性差异显著(P＜0.05),漏斗地形土壤的田间持水量、毛管孔隙度、全氮含量、全磷含量及有机质含量较高,土壤肥力最佳,槽谷和阴坡次之,而阳坡地段土壤相对贫瘠.不同地形植物叶片功能性状与土壤特性间具有相关性,但不同地形土壤特性对叶片功能性状变异的解释率不同,影响植物叶片功能性状的主要土壤特性为有机质含量、全氮含量、全磷含量、田间持水量和土壤容重.茂兰喀斯特森林不同地形植物叶片功能性状和土壤特性的差异较大,随着土壤特性的改变,叶片功能性状的响应特征不同,这有利于林区物种共存及生物多样性维持.

植物细根养分生态化学计量特征是植被适应土壤环境的一种策略.为了解喀斯特地区不同林地类型细根碳(C)氮(N)磷(P)的生态化学计量比值的季节变化及其影响因素,该文研究了喀斯特地区灌木林和乔木林活细根和死细根的C、N、P含量和比值及其与环境因子的关系.结果表明:(1)总体上乔木林两类细根C、N、P含量高于灌木林,表明乔木物种细根对养分的吸收和储存比灌木物种更强.另外,两种林地类型活细根C含量显著高于死细根(P＜0.05),而活细根N、P含量则低于死细根.(2)两种林地类型的两类细根C含量在雨季均低于旱季;灌木林活细根N、P含量在雨季高于旱季,而乔木林相反.灌木林活细根C∶N、C∶P和N∶P比值在雨季均低于旱季;乔木林两类细根的C∶N和C∶P比值在雨季高于旱季,而N:P比值则是雨季低于旱季.雨季较低的活细根N:P比值,表明灌木林和乔木林的植物在雨季的P限制程度较低.(3)两种林地类型上坡两类细根的C含量均高于中坡和下坡,而灌木林下坡N、P含量相对较高,乔木林中坡N、P含量相对较高;灌木林上坡两类细根C∶N、C∶P、N∶P比值相对较高,乔木林下坡两类细根的C∶N比值高于其他坡位而C∶P和N∶P比值是上坡高于其他坡位,表明两种林地中的植物在上坡受P限制影响较强,在中下坡受影响较弱.(4)冗余分析表明,林地类型、有效磷、季节是细根C、N、P养分含量及比值的主要影响因子,它们的单独解释量分别为18.8％、6.6％、6.5％.上述结果表明,在人工促进植被恢复时应考虑适当的林地类型、季节以及坡位差异造成的N∶P比值变化的影响,以便加快喀斯特生态系统的恢复.

研究非生物环境条件如何影响植物间相互作用及其诱导的形态可塑性,有利于揭示喀斯特适生植物物种同时应对多种环境因素变异的策略.本研究以鬼针草(Bidens pilosa)和大叶醉鱼草(Buddleja davidii)为对象,分别在养分施加和不施加两种处理下,对植物进行单独生长(对照)、种内和种间相互作用3种处理,探讨养分可用性对种内、种间相互作用诱导的生物量和形态特征可塑性的影响.结果表明:不加养分处理中,鬼针草和大叶醉鱼草种内相互作用下的总生物量分别减少9.2％和14.4％,主要导致竞争效应,种间竞争不显著;加养分处理中种内促进作用占主导,二者分别增加35.1％和41.3％,大叶醉鱼草表现为种间促进作用,增加34.6％,鬼针草不显著.与对照相比,种内相互作用不加养分处理降低大叶醉鱼草根生物量和鬼针草的叶生物量,养分增加时提高大叶醉鱼草茎生物量,降低鬼针草比叶面积;种间相互作用不加养分处理提高大叶醉鱼草根冠比等特征,降低茎、叶生物量,增加鬼针草的茎生物量并减少其根生物量,加养时提高大叶醉鱼草根冠比和根生物量以及鬼针草的地径.这些结果说明,非生物环境条件可以通过影响种内与种间相互作用的强度而作用于植物的可塑响应.种内与种间相互作用诱导的可塑性之间的鲜明反差反映了两个物种生长和适应策略的显著差异:大叶醉鱼草和鬼针草分别是地下生长和地上生长占优势,种内相互作用分别导致更剧烈的地下竞争和地上竞争,而种间相互作用下二者可以避开各自的生长优势,实现资源利用的互补,因此竞争减弱,促进作用增强.这种策略有利于喀斯特生境适生植物物种在应对非生物环境挑战中更好地共存.

近20年来,随着分子生物学的兴起,越来越多的证据表明生命之树的各个分支中都存在大量的隐种多样性,占据未被发现的生物多样性的极高比例.准确地评估濒危类群的隐种多样性水平,不仅能更好地理解物种形成在生物多样性式样及过程中的异质性作用,而且也更有利于生物多样性的有效保护及管理.海菜花属(Ottelia)是我国二级重点保护植物,为泛热带水生植物类群,我国云贵高原及其邻近区域为该属重要的物种多样性中心之一.由于该属具有高度的表型可塑性,缺少明确的鉴别特征,致使其属下分类一直未能很好解决,这极大限制了相关保护措施的制定.因此,本研究在对我国海菜花属植物广泛采样的基础上,利用多位点联合贝叶斯方法对其进行物种划分研究.结果表明:我国海菜花属植物至少包括14种,分子证据支持将海菜花种下3个变种提升为种,同时海菜花(O.acuminata)和靖西海菜花(O.jingxiensis)内存在隐种现象.喀斯特地区的异质性生境及西南地区水系间的地理隔离可能是我国海菜花属特有类群快速分化的主要原因.基于本研究结果,我们建议将各分类群(包括存疑类群)分别作为独立单元就地保护.

幼树是维持森林生态系统物种多样性的重要组分,关系着森林的群落结构和生长动态.因此,开展幼树更新的空间分布格局及其潜在机制研究对森林群落动态至关重要.本文以广西弄岗桂西南喀斯特季节性雨林15 ha森林动态监测样地为研究对象,选取2011-2016年的调查数据,采用空间点格局和冗余分析方法对5年间样地内新增幼树(DBH ≥ 1 cm)的个体数量、空间格局特征和影响因子等进行分析.结果表明:5年间样地内新增幼树共101种,占2011年调查物种的45.3％,幼树密度为196.5株/ha.新增幼树在0-7 m和10-16 m尺度上呈聚集分布,在16 m尺度以上主要呈随机分布.海拔是影响幼树更新的主要因素,其次是地形湿润度,而生物因子对幼树更新的影响较弱.幼树数量与海拔呈负相关,与地形湿润度呈正相关.成树个体与幼树更新中度正相关.在喀斯特季节性雨林中,幼树更新及其空间分布格局受多种影响因子协同作用,可能与种子扩散限制和生境异质性有关.

光照时空异质性对植物影响的重要性早已被认识,但大多数研究集中于植物如何响应光照空间异质性,关于植物如何响应光照时间异质性过程的实验证据较少.本文以喀斯特生境物种单性木兰、非喀斯特生境物种石栎和两种生境的共有种朴树的一年生幼苗为对象,通过比较它们在光照时间异质性(全光照-重度遮阴交替)和时间同质性(一直中度遮阴、一直全光照)处理中形态、生物量和生理特征的响应,探讨这3个物种对光环境变化的响应能力和策略.与中度遮阴处理相比,光照时间异质性处理提高了植物的基径,降低了总生物量.相比全光照和中度遮阴处理,光照时间异质性处理提高了植物的渗透物质含量、丙二醛含量和抗氧化酶活性.早期光照时间异质性处理引起植物细胞渗透压和膜脂过氧化程度升高,抑制了植物当前生长,但在处理末期,却提高了植物对后期压力事件下的总生物量日累积速率,植物的各渗透调节物质含量和抗氧化酶活性也有显著的下降趋势.在整个光照时间异质性处理过程中,喀斯特生境物种单性木兰的丙二醛含量水平最稳定,而且总生物量日累积速率在处理末期最高.总而言之,3个物种对同种光照条件产生的趋同适应与处理早期的光照经历息息相关.单性木兰在长期适应喀斯特生境过程中已演化形成相应的响应机制,因此适应光照时间异质性环境的能力强于其他两个物种,而石栎的适应能力最有限.

为了探讨红背山麻杆对喀斯特地区干旱环境的生理适应机制,以一年生红背山麻杆扦插苗为试验材料,采用自然干旱法,对轻度(干旱14 d)、中度(干旱28 d)和重度(干旱42 d)干旱胁迫及复水处理的红背山麻杆扦插苗生长、光合色素含量及荧光参数进行测定和分析.结果表明,(1)随干旱胁迫时间的延长,红背山麻杆扦插苗叶片相对含水量显著降低,株高和基径增长缓慢,复水后的叶片相对含水量显著增加,而株高和基径无明显变化;(2)随干旱胁迫时间的延长,扦插苗叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素[Chl(a+b)]含量及Chla/b先增加后降低,并在不同程度干旱胁迫及复水后均显著高于对照(CK),轻度和中度干旱胁迫复水后高于对照,重度干旱胁迫复水后也能恢复至对照水平.(3)随干旱胁迫加剧,扦插苗叶片荧光参数Fo显著增加,Fm、Fv/Fo、Fv/Fm逐渐减小,代表单位反应中心活性的参数Abs/Rc、Tro/Rc、Eto/Rc显著增加,代表受体侧电子传递活性的参数Ψpo、Ψo、ΨEo下降,表示热耗散的参数Dio/Ro 急剧增加.不同干旱胁迫复水后,Fo、Abs/Rc、Tro/Rc、Eto/Rc、Dio/Rc、ΨDo比干旱胁迫处理降低,Fm、Fv/F,,、Fv/Fm、Ψpo、Ψo、ΨEo适度恢复,Fm还能恢复到CK水平,而Ψo、ΨEo均未恢复到CK水平.可见,红背山麻杆幼苗生长受轻度和中度干旱胁迫影响较小,而受重度干旱胁迫影响较大;叶片光合色素含量及比值在干旱胁迫后显著增加;重度干旱胁迫导致PSⅡ反应中心失活,电子传递受阻,热能耗散增加;但他们在水分环境条件改善时仍可在一定程度上恢复,红背山麻杆具有强的抗旱性和较高的旱后恢复能力,可作为喀斯特地区植被恢复过程中的先锋物种.

为探索喀斯特地区人工草地蜘蛛群落物种多样性及其分布的影响因子,该研究于2019年9月-2020年1月结合样方、陷阱、样线取样三种方法对黔西北油杉河新西兰牧场的蜘蛛群落物种多样性及影响蜘蛛分布的生境因子开展调查.结果表明:(1)捕获蜘蛛1642头,隶属于15科53属69种,不同功能群排序为:结圆网型蜘蛛＞伏击型蜘蛛＞游猎型蜘蛛＞结皿网型;优势科4科,分别为园蛛科(25.15％)、球蛛科(20.52％)、逍遥蛛科(15.1％)、和蟹蛛科(13.28％);优势种2种分别为远亲园蛛(17.17％)和虚逍遥蛛(14.49％).(2)12月时蜘蛛个体数量、物种数和Shannon-wiener指数与1月时蜘蛛优势度指数、11月时蜘蛛的均匀度指数均显著低于其他月份(P＜0.05),而蜘蛛丰富度指数先减后增,12月时最低,且11月、12月的蜘蛛丰富度指数均显著低于9月、10月、1月(P＜0.05).(3)对9个生境因子与蜘蛛多度进行线性拟合发现,海拔、空气湿度、植被物种数3个环境因子对蜘蛛多度有显著正效应(P＜0.05).(4)对9个生境因子与蜘蛛物种多样性进行CCA分析发现,9个环境因子对蜘蛛物种多样性的总解释度为70.98％,其中植被均匀度指数对蜘蛛物种多样性具有显著负效应(P＜0.05),土壤温度和空气温度对蜘蛛物种多样性具有显著正效应(P＜0.05).喀斯特地区人工草地蜘蛛的群落物种多样性与季节、气候、植被等因子有较强的相关性,利用蜘蛛进行草地病虫害防治一定要密切结合当地特定的环境、气候及土壤等因子.

为探究生态恢复方式对苔藓植物的影响,研究了自然弃耕和退耕还林等生态恢复方式对重庆市中梁山喀斯特地区不同生境类型下苔藓植物物种组成特征的影响.结果表明,研究区有苔藓植物15科26属41种,其中藓类39种,苔类 2种,美灰藓(Eurohypnum leptothollum)为主要优势物种;研究区石生藓类植物占比较大,生活型以平铺型和丛集型为主,各生境物种多样性及相似性指数整体偏低,但相比弃耕杂草地、灌木林和经济型林地,竹林和马尾松林中苔藓植物具有更高的物种多样性;冗余分析表明,郁闭度和光照强度是影响苔藓植物分布的关键环境因子,乔木林为苔藓植物的生长提供了更适宜的生境.因此,相比于自然恢复和经济性林地等恢复方式,退耕还林是喀斯特退化生境更为理想的生态恢复方式.

为了解蒜头果(Malania oleifera)植株根际微生物组成和功能特征与蒜头果健康状态的关系,该研究采集了阔叶林、人工种植林和喀斯特森林下的5种不同生境的健康和非健康蒜头果植株根际土壤样品,运用Illumina高通量测序技术进行细菌测序,并用FAPROTAX进行功能预测分析.研究结果表明:1)扩增子序列变异体(ASV)分析结果显示,在门水平上不同生境的细菌组成存在一定差异,其中相对丰度最高的前5个门的细菌类群为酸杆菌门、变形菌门、放线菌门、绿弯菌门和黏菌门.健康植株和非健康植株的根际细菌组成有显著的差异,且细菌群落的优势菌群发生显著的变化.2)非度量多维尺度分析显示不同健康状态蒜头果的根际细菌组成有显著差异,冗余分析结果显示健康植株的样本沿第一轴分布,两轴共解释了25.83％的细菌群落变异,土壤速效磷含量、总钾含量和pH是影响健康植株根际细菌群落物种组成的主要因子.非健康植株的冗余分析结果显示两轴累积解释了51.84％的细菌群落物种组成变异,土壤总钾含量和速效磷含量是影响其物种组成的重要因子.3)相关性热图显示健康植株根际土壤pH、速效磷含量和全钾含量与绿弯菌门、浮霉菌门、Methylomirabilota和Desulfobacterota等主要类群的相对丰度显著相关.非健康植株的土壤pH、速效氮含量、速效磷含量、总磷含量和全钾含量与绿弯菌门、酸杆菌门、Desulfobacterota、Latescibacterota和芽单胞菌门等主要类群的相对丰度显著相关.4)FAPROTAX功能预测结果显示光营养、光能自养、芳香化合物降解、蓝藻细菌和含氧光能自养等细菌功能群相对丰度在健康植株的根际土壤中明显下降,而发酵、尿素分解和人类病原菌等细菌功能群相对丰度则明显升高,说明不同健康状态植株的根际细菌发生了显著的变化.