生物多样性对维持多种生态系统功能和提高群落抵抗扰动能力具有重要意义.选择效应和生态位互补效应是被广泛讨论的维持生态系统功能的两种机制.然而,对于两种机制在气候变化背景下如何维持森林生态系统多功能性(EMF)的理解还不充分.该研究基于分布在中国东北寒温带和中温带天然森林的样地,以功能性状多样性(FDq=0)、单个和多维性状功能分散指数(FDis)代表生态位互补效应,群落加权平均性状值(CWM)代表选择效应,使用多元线性模型和偏最小二乘法路径模型(结构方程模型),探究气候变化背景下不同气候区内EMF的主要影响因子和驱动机制.主要结果有:(1)在中温带森林中,生物多样性的两种属性(树种多样性(SR)和FDq=0)都对EMF有显著的正效应,但FDq=0比SR更重要.在寒温带森林中,没有识别到生物多样性与生态系统多功能性之间的显著关系(BEMF).(2)中温带森林群落SR对EMF的正效应被性状差异和群落加权平均最大树高(CWMHmax)介导,选择效应和生态位互补效应两种机制同时维持EMF,选择效应略高于互补效应.CWMHmax是影响寒温带森林EMF的主要生物因素,选择效应是寒温带森林EMF的主要维持机制,SR对EMF的促进作用不显著,性状差异与EMF无关.(3)由于生物多样性的"保险效应",中温带森林抵抗气候变化的能力更强,气候因素对SR、性状差异、CWMHmax和EMF的影响都不显著.寒温带森林对气候变化敏感,气候是影响EMF的重要非生物因素.更高的年平均气温和降水量显著改变了群落的性状组成(CWMHmax),稀释了具有高竞争力和适应力性状(例如,最大树高(Hmax))的物种对生态系统功能的贡献,降低了选择效应.该研究结果强调了生物多样性对维持森林EMF的重要性,证明了选择效应和生态位互补效应都是中国东北温带森林EMF的驱动机制,并表明气候变化可能会通过改变寒温带地区森林群落性状组成(例如,CWMH接影响EMF.

生物多样性丧失威胁生态系统功能,研究生物多样性对植物生态化学计量比的影响,有利于深入评估生物多样性对生态系统功能的影响机制.该研究利用亚热带地区大型野外树种多样性实验平台,选取不同树种丰富度(1、4、8、16、32)样地中的杉木(Cunninghamia lanceolata)为目标树种,探讨邻域树种丰富度、邻域树种与目标树间的性状差异以及邻体竞争对目标树杉木叶片氮(N)、磷(P)含量及N∶P的影响.主要研究结果:(1)邻域树种与目标树根组织密度差异显著降低了杉木叶片N含量,而比根长差异显著增加了杉木叶片P含量.(2)邻域树种竞争显著降低了杉木叶片N含量和N∶P.(3)邻体竞争指数和比根长差异的交互作用,以及邻域树种丰富度和比根长差异的交互作用均显著降低了杉木叶片P含量.即比根长差异对杉木叶片P含量的正影响随着邻域树种丰富度的增加而降低,比根长差异对杉木叶片P含量的正影响也随着邻体竞争的增加而降低.(4)邻域树种丰富度和邻域系统发育差异的交互作用显著提高了杉木叶片N∶P.邻域系统发育差异对杉木叶片N∶P的负效应随着邻域树种丰富度的增加而降低.综上,杉木与功能性状差异较大的树种混交显著提高杉木叶片P含量,而邻域树种竞争降低了杉木叶片N含量.在杉木与多树种混交时,树种间功能性状差异有助于减缓种间竞争带来的不利影响,提高杉木叶片N∶P,进而有利于其生长.

综合国内外间作复合群体水分高效利用的特征及其种间竞争互补机理,展望了未来间作研究的重点方向及领域.间作复合群体可提高作物水分利用效率,有利于创造适宜作物生长发育的土壤水分环境.竞争和互补是同一种间关系的两个方面,量化间作作物对土壤资源的竞争和互补效应是间作研究的重要问题.间作作物种间竞争互补的影响因素包括:作物种类、种植密度、空间布局、环境要素等.针对种间竞争互补主导间作水分利用,但协同调控二者理论依据薄弱问题,未来研究重点领域包括:(1)研究间作作物干物质累积、分配和水分生产力时空变化,早熟作物收获后晚熟作物的恢复效应,明确水分利用效率与种间竞争互补强弱消长的相关关系;(2)检测土壤水势和有效水分的时空动态,解析土壤水分迁移与种间竞争互补的关系,形成水分供给调控竞争互补的理论依据;(3)研究间作对作物水分生理生长指标的影响,揭示水分生理生态特性对种间竞争互补的响应机制;(4)探讨根冠协同发育与群体水分利用、种间竞争互补的相关关系,阐明根冠协同调控优化种间关系、提高水分利用效率的基本机理.集成不同尺度研究成果,形成间作水分高效利用的种间竞争互补调控理论,为深化种间关系研究,推动缺水地区间作发展提供理论和技术支撑.

探索植物多样性与生产力的关系可为森林经营与管理提供科学基础.本研究以广西4个地区的马尾松(Pinusmassoniana)人工林群落为研究对象,通过计算物种多样性、功能多样性和功能优势值,运用相关分析、自动线性建模和方差划分等方法,分析了多样性与生产力的关系.研究发现,生产力与物种丰富度、Shannon指数、功能丰富度、功能均匀度极显著正相关(P＜0.01),与物种均匀度、功能多样性、功能离散度、功能团个数、坡向显著正相关(P＜0.05),与林龄极显著负相关(P＜ 0.01),4个功能多样性参数和4个物种多样性参数两两之间皆为显著正相关;未发现初始生物量制约生产力的提高;方差划分最优模型中,功能多样性参数效应、功能优势值效应和林龄效应分别解释生产力方差的56％、43％和33％,功能多样性参数效应和功能优势值效应重叠部分高达27％;生态位互补效应主要由功能丰富度和功能均匀度产生,选择效应主要由生长型优势值产生;生长型优势值为灌木的样地生产力较高,次优种或过渡种对生态系统功能也有重要作用.以生产力为响应变量的自动线性建模最佳子集包括重要性由大到小的5个因素:林龄、生长型优势值、功能丰富度、功能均匀度、功能团个数.建议维护森林功能多样性,加强林下叶层植物保护,用好功能重要的物种,通过林下叶层的补偿性光合作用和生长竞争,有效地提高生产力和生物多样性.

世界范围内的蓝藻水华持续威胁着水生生态系统功能和人类健康,化感物质凭借其环境安全和对微藻有特异毒性等特征可以短期抑制蓝藻水华的暴发和生长.文章分别概括了酚类化合物、含氮化合物、脂肪酸/酯类、萜类化合物四类化感物质及其衍生物对蓝藻的杀藻效果、潜在机制及特异作用靶点,并依据高效抑藻化感物质(EC50<10 mg/L)的经济成本进一步预估其实际应用潜能.结果表明,单独胁迫下的各类化感物质具不同抑藻特性:脂肪酸/酯类的性价比最优,能以较少剂量对蓝藻产生极强毒性,对蓝藻多样的作用靶点是其具有极强抑制效果的关键,可在0.015—52.95 mg/L浓度范围内将目标蓝藻抑制50％;酚类化合物总数最多、活性普遍较高,半数效应浓度(EC50)为0.05—162.53 mg/L,可通过抑制光合作用、破坏细胞氧化应激平衡和损害细胞壁/膜结构等多种机制抑制蓝藻生长,但高效杀藻酚类化合物的理论成本差异较大,性价比次于脂肪酸位于第二位;含氮化合物对蓝藻生长存在特异性和均匀高效的杀藻作用,EC50集中于0.3—8.14 mg/L,主要通过破坏蓝藻的光合作用、阻断电子传递和破坏细胞结构(包括超微结构)而对蓝藻造成不可逆转的严重损伤,但成本较高、性价比最低而难以广泛实际应用;萜类化合物杀藻作用弱于其他三个类别的化感物质,主要集中于多途径破坏蓝藻细胞的光合功能,但EC50高达25.3—228 mg/L,实际应用也受限.为减少各种化感物质用量、降低经济成本并实现更高效的杀藻效果,文章总结归纳相同和不同类型化感物质联合作用方式和特点,指出化感物质所产生的联合作用效果取决于混合化感物质的数量、作用靶点、混合比例和混合物含量四个因素.综述还提出抑藻靶点多样且互补的化感物质混合("多靶点组合")可产生协同杀藻作用,且在混合物中应增加具有高杀藻活性化感物质的比例("新木桶效应"协同效应).同时指出依据植物实际分泌物的种类、含量及比例进行多元混合抑藻更易出现协同杀藻作用,为科学、综合、合理地选择和应用化感物质并优化其配比以控制蓝藻水华提供新见解.