植物功能性状是植物为适应外界环境而表现出的个体特征和属性,影响植物的存活、生长与繁殖,并且对土壤功能也产生影响.本文通过汇总已有研究,进行了如下总结:1)分析了植物功能性状的分类及其与土壤肥力的关系;2)明确了植物功能性状对土壤有机质积累的影响,以及影响方向和强度受土壤氮磷循环与碳饱和状态的作用.此外,从植物功能性状与土壤有机质组分和稳定性的关系方面探讨了植物功能性状对土壤有机质长期积累存留的影响;3)探讨了森林生态系统植物功能性状影响土壤有机质的凋落物和微生物作用机制.在此基础上,提出未来植物功能性状与土壤有机质研究重点,包括:通过先进的技术和方法,明确植物功能性状与土壤有机质积累的植物-微生物互作过程和机理,阐明全球变化背景下植物功能性状对土壤有机质积累影响的生态过程和机理.

黑磷纳米片(BPNSs)作为一种潜在纳米肥能够为农业领域发展带来新的机遇.为验证BPNSs及其降解产物磷酸根在植物中的富集过程,探索BPNSs对大豆生长性状的影响,本研究开展了 BPNSs-大豆共培养实验.结果表明:BPNSs可显著提升大豆植株尤其是根部的磷含量,缺磷霍格兰(Hoagland)培养条件下,BPNSs处理组根部磷含量提升45.8％,地上部磷含量提升8％,从而减缓了叶片褪绿过程,延缓了大豆缺磷症状的产生,促进了地上部与根部生长速率回归正常.透射电镜观察结果表明,大量BPNSs富集于根部尤其是根中髓内,这解释了 BPNSs处理组大豆根磷含量远超对照组的原因.本研究结果为BPNSs在未来纳米农业中应用提供了基础数据.

荒漠短命植物具有异时萌发现象,除在春天萌发外,秋天偶尔也会萌发,但在夏季萌发的植株十分罕见.降水格局的改变使得短命植物夏萌植株出现的概率增加,然而,夏萌植株的生活史策略仍不清楚.选择古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个不同坡位、坡向(西坡底部、西坡中部、东坡中部、东坡底部),以短命植物层片中的优势物种尖喙牻牛儿苗夏萌植株为研究对象,解析尖喙牻牛儿苗夏萌植株在不同生长时期关键性状和生物量分配的动态变化,并探讨沙垄不同坡位、坡向的协同效应.结果表明:(1)尖喙牻牛儿苗夏萌植株跨过冬季后在早春完成生活史,生活周期为281.95±3.55 d.(2)在不同生长时期尖喙牻牛儿苗夏萌植株根冠比存在差异,在越冬前根冠比呈现出显著增加趋势(P＜0.05),而越冬后呈现显著递减的趋势(P＜0.05).(3)沙垄不同坡位、坡向尖喙牻牛儿苗夏萌植株关键性状存在显著差异,表现为西坡的株高、叶片数量和单株生物量均显著大于东坡,但不同坡位、坡向间根冠比无显著差异.探究沙垄不同坡位、坡向尖喙牻牛儿苗夏萌植株生活史策略对评估气候变化背景下的荒漠生态系统植被动态具有重要意义.

改革后的实验教学以问题假设为驱动力,以实践验证为抓手,结合生物多样性、植物功能性状等科研热点,调动学生探索身边生态环境的主观能动性,在有限的实验课程中提升学生解决问题的能力.实验内容包括植物多样性监测、比叶重和叶片相对含水量与土壤含水量的关系、不同生境下叶片气孔性状与光合色素的变化等.该实验教学模式的综合性和实用性强,可锻炼学生的逻辑思维和团队合作能力,提升学生的科研素养,培养学生的生态大局意识,实现理论知识与动手能力的相互融合."假设-验证"模式的应用显著提升了生态监测实验教学的效果,76.06％的学生认为此模式具有活力,自身学习效果和生态意识都有明显的增强.

[目的]探究山桐子叶片表皮微形态特征及其雌、雄株差异,为该种质资源的挖掘利用提供参考.[方法]利用扫描电镜对40份山桐子(雌、雄株各半)叶片进行微形态观察,测定12个气孔相关性状,并分析样品间的异同.[结果](1)山桐子雌、雄株叶片的表皮毛、细胞形态、气孔特征及蜡质式样相似,其下表皮密布的类锥形纤维体型蜡质纹饰,鲜见于其他植物类群.(2)山桐子雌株叶片的气孔大小(长度、宽度、面积及周长)及密度相关参数均略大于雄株;雄株叶片的气孔开口相关参数(孔隙宽度、开口面积及气孔开度)均略高于雌株;但所有差异均未达到统计学显著水平(P＞0.05).(3)多数气孔性状彼此显著相关,而气孔密度与其他性状关联较弱,可能受到相对独立的遗传调控.[结论]研究明确了山桐子叶片表皮的微形态特征,其类锥形纤维体型蜡质式样可作为种质评鉴的关键依据,其气孔性状参数可为童期种苗的性别判定提供重要参考.

放牧是草原生态系统最主要的人为干扰因素,也是草原群落构建的重要"外部"过滤因子.然而,关于放牧强度对草原群落构建的作用机制,尤其是在这一过程中种内性状分化和种间性状差异的相对作用目前的了解还比较有限.为此,该研究利用在内蒙古典型草原建立的长期放牧控制实验平台,采用土芯法(环刀)取样,系统分析了植物群落地上(株丛、叶片)和地下(根系)性状对放牧的响应.通过环刀-小区和小区-样地两个推绎尺度,研究了基于种内与种间性状变异的放牧强度过滤作用.研究结果表明:(1)随着放牧强度的增加,大多数地上性状的种内和种间变异呈增加趋势,而根系性状的种内和种间变异则显著降低.(2)随着放牧强度的增加,在环刀尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度先增大后减小,在中度放牧时达到最大;然而基于地下性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度逐渐增加.在小区尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度呈线性降低趋势;而基于地下性状种内变异的放牧过滤强度增加,基于种间差异的放牧过滤强度减弱.(3)随着空间尺度增大,放牧强度对草原群落构建的影响由基于种间性状差异的过滤作用逐渐转变为基于种内性状变异的过滤作用,此过程受土壤水分和养分的调控.这些研究结果为深入揭示放牧对草原群落构建的调控机制提供了科学依据,也为正确理解长期放牧导致的植被景观异质性和尺度效应评估提供了重要参考.该研究中叶片和根系性状主要考虑了结构性状,因此具有一定的局限性,未来研究可结合叶片和根系碳氮含量等化学性状指标,以全面理解放牧对植物地上、地下性状变异的调控机制.

随着植株高度增加,水分运输路径加长,水分运输阻力增大.双子叶植物可以通过向下拓宽的木质部管道来补偿随着高度增加而增加的水分运输阻力.而单子叶植物无次生生长,需终生使用同一套导管系统运输水分,这会对其个体生长过程中维持木质部水力传输效率产生极大的限制.因此,探明单子叶植物水力结构的轴向变化对于探讨该类物种的水分运输效率维持机制及其在自然界中能够广泛分布的原因显得尤为重要.该研究以树状单子叶植物雷竹(Phyllostachys violascens'Prevemalis')和青皮竹(Bambusa textilis)为研究对象,测定了植株茎干不同位置(即距茎尖不同距离)的导管大小、导管数量以及茎干外径等参数,并进一步计算水力加权导管直径(Dh)、平均导管面积、导管密度、导管面积/导管密度等指标,采用标准化主轴估计(SMA)的方法,对各性状沿茎干轴向的变化规律及性状间的协变关系进行分析.研究结果显示,雷竹和青皮竹从茎干顶端到基部,(1)Dh逐渐加宽、平均导管面积增大;(2)导管密度减小,导管面积/导管密度增大;(3)导管密度与导管大小之间呈显著负相关关系.表明竹子从茎干顶部向基部,导管大小逐渐拓宽,单位木质部横截面积内的导管数量逐渐减少,导管的大小与数量的变化是相互权衡的.

植物功能性状及性状间权衡关系对揭示植物生长策略、资源分配模式以及探讨其生理生态过程的内在机制具有重要意义,但针对雌雄异株植物功能性状对其生境响应的性别差异却鲜有报道.以雌雄异株植物黄柳当年生末端小枝为研究对象,从枝水平、叶水平比较雌雄植株功能性状及性状间权衡关系对风蚀环境响应的性别差异.结果显示:小枝水平上,对照环境下雌雄植株茎干重-总叶干重之间的权衡均倾向于总叶干重,风蚀环境下则倾向于茎干重,且雌株权衡值分别为雄株的4.3倍和3.7倍;雌雄植株茎干重-总叶面积的权衡在各生境下均偏向于茎干重,两性的权衡值差异不大.叶水平上,相同叶片干重下,风蚀对雄株叶片面积生长的抑制作用更显著;雌株叶片干重与叶柄干重呈等速生长关系,而雄株呈小于理论值1的异速生长关系,且在风蚀环境中,相同叶柄干重下,雌株叶片干重的累积速率比雄株快.研究表明,黄柳雌雄植株小枝各功能性状间的关系对风蚀环境具有不同的响应,雌株比雄株更倾向于将资源投资在光合器官生长中,且风蚀对雄株光合器官生长的抑制作用更显著.

群落构建是生态学研究中的论题之一,对湿地植物进行群落构建研究将会对湿地植物的修复与重建工作具有重要意义.为探究城市沿江湿地植物群落构建主要驱动力,以闽江福州段湿地为例,选取四个典型城市沿江湿地公园,基于系统发育结合功能性状的方法,测定其样地植物地上、地下功能性状与土壤因子,并且构建系统发育树、检测系统发育信号、并计算系统发育指数.结果表明:(1)土壤因子与植物功能性状在四个湿地间都具有显著差异,土壤电导率与比根长的变异性最大.土壤含水量与是影响植物性状变异的主要因素.(2)除叶全氮含量外,其余7个功能性状未检测出明显的系统发育信号,植物功能性状表现为趋同.(3)甘蔗湿地与乌龙江湿地的系统发育结构趋于发散,群落构建的主要驱动力为环境过滤.塔礁洲湿地与闽江河口湿地的系统发育结构表现为聚集,限制相似性为主要驱动因素.总体而言闽江福州段湿地植物群落构建过程由生态位理论主导,环境过滤和相似性限制为主要驱动因素,土壤含水量作为主要的环境筛选影响着闽江福州段湿地植物群落构建过程.不同生境下生态位分化的驱动因素不同,植物功能性状的种间种内变异反映了植物对环境异质性的响应机制.

目前尚不清楚地表臭氧(O3)污染下植物、土壤和微生物之间的直接或间接相互作用对森林地上和地下固碳功能的影响.采用开顶式气室装置和结构方程模型,研究4种O3浓度下欧美杨107(Populus euramericana cv.'74/76')的光合性状、叶和细根生化性状、土壤理化因子和土壤微生物群落特征对地上和地下生物量降低的直接和间接效应.结果表明,O3浓度升高(86 nmol/mol)分别导致杨树地上、地下和总生物量相比对照分别下降16％、11％和15％,对地上生物量降低的影响大于地下生物量.结构方程模型发现光合速率、叶淀粉和叶非结构性碳水化合物对地上生物量有直接的影响;表明O3主要通过影响植物的光合生理代谢过程对地上生物量积累产生直接作用.O3对地下生物量的影响是通过直接影响叶氮和土壤总碳,叶氮再影响叶淀粉从而间接影响地下生物量.土壤pH、总碳和土壤微生物(细菌和真菌群落)对地上产生直接效应,且O3对真菌群落的影响效应大于细菌群落,表明植物通过地下过程对O3的响应可直接反馈作用于生物量的积累和分配过程.本研究通过解析植物、土壤和微生物之间的直接或间接相互作用为评估O3污染对杨树人工林地上和地下固碳功能的影响提供科学依据.