在全球气候变化影响下,中国西北部干旱半干旱荒漠区降水格局发生显著变化,表现为极端降水和干旱事件增多,对荒漠植物群落结构和功能的影响引发广泛关注.以毛乌素沙地典型荒漠灌草植被黑沙蒿群落为研究对象,利用人工遮雨装置进行小区降水控制,设置降水量(W-:减水30％,对照组W:自然降水,W+:增水30％)和降水间隔(对照组T:降水间隔5d,T++:降水间隔15d)的双因素完全随机控制实验,监测各降水处理下黑沙蒿群落物种组成和生产力.结果表明:(1)与降水间隔5d的对照组相比,降水间隔期的延长显著提高了灌木和杂草的重要值,而降低了禾草的重要值.(2)与对照组自然降水相比,降水量的增加提高了黑沙蒿植物群落的多样性.(3)降水量的增加或降水间隔的延长均可以提高黑沙蒿的地上初级生产力.延长降水间隔会增加深层土壤的含水量,这有助于黑沙蒿对土壤水分的利用进而促进其生产力积累并增强了其在群落中的优势度.

入侵杂草南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)的优势生长严重危害本土植物群落和生态系统的稳定性.近年来,化学防治依然是最主要的杂草防控手段.丛枝菌根真菌(AMF)作为一种菌根共生体,在宿主植物的生长和抵抗外界环境胁迫中起到重要的作用.该研究通过温室控制实验设置4种处理方式:对照组、只接种AMF、只喷施除草剂以及喷施除草剂并接种AMF,以验证AMF是否在入侵杂草南美蟛蜞菊响应除草剂中起到重要作用.结果显示:在草甘膦铵盐除草剂的胁迫下,南美蟛蜞菊的菌根侵染率、泡囊数以及菌根侵染丰度等级占比都显著上升;相比于只喷施除草剂处理,接种AMF显著增加南美蟛蜞菊的叶面积、地上生物量和根冠比,显著减少黄酮醇相对含量以及叶片损害数.首次发现与AMF的共生能缓解除草剂对入侵杂草南美蟛蜞菊的胁迫.因此,在杂草的化学防治过程中,与AMF的共生可能极大提高杂草对除草剂的抗性,可为入侵杂草的有效防控提供新的思考途径.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

以林芝市巴宜区苹果园杂草群落为研究对象,以清耕后自然生长植物为对照,研究了一年生箭筈豌豆(Avena sativa L.)、燕麦(Vicia sativa L.)和多年生紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、鸭茅(Dactylis glo-merata L.)牧草单播或混播对苹果园杂草群落组成和多样性的影响.结果显示:(1)调查期间共发现杂草17科31属 33种,其中优势科为禾本科、豆科、蓼科和菊科,优势种为白草(Pennisetum flaccidum Griseb.)、画眉草(Eragrostis pilosa(L.)Beauv.)、小头蓼(Persicaria microcephala(D.Don)H.Gross.)、牛膝菊(Galinsoga parviflora Cav.)和蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.);(2)牧草种植可以减少果园中杂草种类,降低优势杂草重要值,改变杂草群落结构,不同类型牧草在不同种植年限对杂草群落的影响存在差异;(3)不同间作牧草模式下杂草群落物种多样性有显著差异,但整体上较对照有所降低,种植年限与种植模式对群落多样性和优势度均有显著影响;(4)间作牧草有良好的杂草抑制效果,其中禾本科牧草的杂草防控效果优于豆科牧草,混播处理的杂草防控效果优于单播处理.研究结果表明,人工牧草的选择应考虑牧草生长年限,一年生牧草在短期内杂草防控效果较好,多年生牧草适宜长期种草的果园.

为明确不同水旱轮作模式对川西平原旱作季杂草群落特征的影响,从而为旱作季杂草的高效防控提供理论依据.基于大蒜-水稻(GR)、小麦-水稻(WR)、蚕豆-水稻(BR)、油菜-水稻(RR)和马铃薯-水稻(PR)五种水旱轮作的长期定位试验,在 2022年旱季采用生态学方法探究了不同水旱轮作模式下旱作季农田杂草种类、密度、株高、生物量等杂草群落结构和物种多样性特征.结果表明:(1)五种轮作模式下杂草田间密度表现为WR＞BR＞RR＞GR＞PR,生物量表现为WR＞BR＞GR＞RR＞PR,物种多样性表现为GR＞BR＞RR＞PR＞WR,物种均匀度表现为GR＞PR＞BR＞RR＞WR,群落优势度表现为WR＞PR＞RR＞BR＞GR,表明GR杂草群落稳定性最高,WR杂草群落稳定性最低且优势物种发生危害的程度最高,RR的杂草种类数少且不易发生危害;(2)五种水旱轮作模式杂草群落相似性较高,相似性指数在 0.69-0.84 之间,WR杂草生活型以一年生单子叶杂草为主,其余四种模式以一年生双子叶杂草为主;(3)WR优势杂草种类最少,为禾本科棒头草(Polypogon fugax Nees ex Steud),其重要值为 59.53%;BR优势杂草种类最多,为棒头草、蔊菜(Rorippa indica(L.)Hiern)、毛茛(Ranunculus japonicus Thunb)和通泉草(Mazus japonicus(Thunb.)O.Kuntze);GR优势杂草为苣荬菜(Sonchus wightianus DC)和猪殃殃(Galium spurium L);RR和PR优势杂草均为三种,都包括为棒头草和蔊菜.因此,以确保旱作季杂草能得到有效控制,不同水旱轮作模式应制定不同的杂草防控措施.GR和PR应重点控制以猪殃殃为代表的双子叶杂草,WR应着重控制以棒头草等为代表的单子叶杂草,BR和RR应注重繁殖力强的单双子叶杂草的综合防治.

植物功能性状对群落形成和生态系统功能有重要影响,与 自然生态系统不同,农业生态系统受自然条件和人工管理的共同影响,植物(即作物)功能性状是自然选择和人工选择的结果.本文聚焦作物功能性状特征,基于性状的农业生态系统研究方法,以及功能性状在农业中的应用3个方面,回顾了功能性状研究发展历程,阐述了驯化对作物性状权衡的影响,群落功能结构与农业生态系统服务的关系,以及农田杂草管理、覆盖作物和间作系统中功能性状的应用.指出将更多的农业生态系统和作物种类纳入研究、建立作物功能性状数据库和注重农业生态系统的多功能性是未来作物功能性状的研究方向.

以黄河首曲湿地为研究对象,基于野外采样数据和不同退化程度(无明显退化ND;轻度退化LD;中度退化MD;重度退化HD),分析植物群落、土壤特性及其关系.结果表明,随湿地退化程度增加,禾本科重要值呈减少趋势而毒杂草重要值呈增加趋势,且植物高度、盖度及地上生物量显著降低;重度退化程度下Patrick物种丰富度指数最低,表明植物群落结构由复杂趋向简单.土壤有机碳、全氮随退化程度增加均显著降低,碳氮比与pH值则呈相反变化,表明高寒湿地退化不利于养分的积累,且土壤逐渐呈碱性.pH、有机碳及全氮为高寒湿地响应退化的理化因子;湿地不同退化程度影响植物群落的土壤因子略有不同,且尤以电导率最为明显,这与土壤养分状况相关.湿地退化过程中植物群落的生长、结构发生改变,植物与土壤理化性质相互作用进而影响湿地生态功能.因此,探究植物群落与土壤理化特征可为修复退化湿地提供依据.

杂草管理是农田生产活动的重要内容,影响农田生物多样性的维持.土壤动物为农田生物多样性重要组成部分,其对不同类型叶片还田的响应值得关注.本研究在中国科学院东北地理与农业生态研究所内的实验田中开展,利用放置凋落物袋的方式,研究2种杂草(旱稗、苋菜)叶片和2种玉米叶片(新鲜叶片及老熟叶片)的分解对土壤跳虫群落的影响,旨在为农田杂草管理提供科学依据.共获得6269只跳虫,隶属于5科9属11种,优势种为Thalassaphorura encarpata、Heteroisotoma sp.1和Folsomia sp.1.叶片添加增加了跳虫优势种的绝对数量,改变了跳虫群落结构,其中玉米新鲜叶片对跳虫群落结构影响最为显著(P＜0.01),但对类群丰富度无影响,对多样性指数影响较小.与玉米老熟叶片相比,新鲜叶片对跳虫有更高的吸引作用,并持续时间更长.苋菜叶片分解速率最快,其次是玉米新鲜叶片,旱稗叶片和玉米老熟叶片分解较慢.表明叶片的基质质量对分解速率有重要影响.叶片添加增加了跳虫数量,但不同的叶片种类和分解时期对跳虫影响不同.叶片分解速率与跳虫数量没有显著的相关性,这可能与跳虫食性有关.

为了阐释青藏高原高寒草甸退化的关键生态过程,该研究依托藏北高原草地生态系统研究站(那曲站),设置不同退化梯度实验,即对照、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5个梯度,探究群落生产力和物种多样性对不同退化强度的响应机制.结果表明:1)随着退化程度不断加剧,地上生物量呈现线性或非线性增加趋势,在重度退化处理下,地上生物量显著高于对照32.3％,其中高山嵩草(Kobresia pygmaea)地上生物量呈非线性下降趋势,而矮火绒草(Leontopodium nanum)地上生物量呈非线性增加趋势;2)与地上生物量的响应模式相反,随着退化程度加剧,地下生物量与总生物量均呈现非线性降低趋势;3)高寒草甸退化过程中,物种辛普森指数、丰富度指数、香农多样性指数和均匀度指数均呈现非线性上升趋势.结构等式方程结果表明,土壤碳含量和体积含水量与地下生物量均呈现显著的正相关关系.土壤碳含量、体积含水量和砾石质量比对地上生物量无显著影响,土壤碳、氮含量与物种多样性指数呈现显著的负相关关系.研究认为地上生产力的变化不能很好地指示草地的退化程度,建议今后研究应以可食性牧草和毒杂草等植物功能群的变化来衡量草地退化.

生物量分配是整个植株净碳获取的重要驱动因子,对植物未来的生长与繁殖具有直接的影响;川西北高寒草甸植物群落结构丰富、物种多样性高,研究高寒草甸不同类型植物的生物量分配格局对理解植物生活史对策有重要意义.对川西北高寒草甸中天然草地、干扰草地和冬季返青草地等3类样地中不同功能型和生活型的植物共72个物种进行调查,采用标准化主轴估计(SMA)和异速生长分析(Allometric scaling analysis)的方法,比较研究不同植物类群的生物量分配对策.结果显示:(1)不同功能型植物各构件生物量百分比差异显著,禾草的茎生物量百分比最高(60.60％±3.07％),莎草的根生物量百分比较高(37.49％±11.86％),杂草类植物(Forb)的叶生物量百分比更高(26.37％±1.64％),各构件生物量之间的异速生长斜率在各功能型间无显著差异且均呈显著的同速生长关系;(2)生活型影响植物各构件生物量百分比大小,一年生植物对茎和繁殖构件投入的生物量比例相对更高,多年生植物则将更多生物量投资到根部;(3)样地类型对杂草类植物各构件的生物量具有显著影响,天然草地植物和返青植物的叶片与繁殖分配比更高,而干扰草地植物的茎生物量分配比更高.本研究表明植物功能型和生活型决定植物各构件生物量分配固有的异速生长关系,而人为干扰则显著影响植物的生物量大小,这对加强草地应对人类干扰和气候变化的响应研究以及高寒草甸生态系统的科学管理都有重要的理论与实践意义.