凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

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.

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.

植物性状(Plant trait)或植物功能性状(Plant functional trait)通常是指植物对外界环境长期适应与进化后所表现出的可量度、且与生产力优化或环境适应等密切相关的属性.近几十年来,植物性状研究在性状-生产力、性状-养分、性状间相互关系、性状-群落结构维持等方面取得了卓越成就.然而,由于大多数性状调查都是以植物群落内优势种或亚优势种为对象,使其在探讨群落尺度的性状-功能关系、性状数据如何用于改进或优化模型、性状数据如何与遥感连接等问题时,存在空间尺度和量纲不匹配的极大挑战.为了破解上述难题,亟需发展新的、基于单位土地面积的群落性状(Community trait)概念体系、数据源和计算方法等,推动植物性状数据与快速发展的宏观生态学新技术(遥感、模型和通量观测等)相结合,既拓展了植物性状研究范畴,又可推动其更好地服务于区域生态环境问题的解决.所定义的群落性状(如叶片氮含量、磷含量、比叶面积、气孔密度、叶绿素含量等),是在充分考虑群落内所有物种的性状实测数据,再结合比叶面积、生物量异速生长方程和群落结构数据等,推导而成的基于单位土地面积的群落性状.受测试方法的影响,传统的直接算术平均法或相对生物量加权平均法所获得的群落水平的植物性状(如叶片氮含量g/kg或％),虽然可以有效地探讨群落结构维持机制,由于无法实现对群落性状在量纲上向单位土地面积转换,使它很难与模型和遥感数据相匹配.基于单位土地面积的群落性状,可在空间尺度匹配(或量纲匹配)的前提下实现个体水平测定的植物性状数据与生态模型和遥感观测相联系,更好地探讨区域尺度下自然生态系统结构和功能的关系及其对全球变化的响应与适应.同时,它也可更好地建立群落水平的性状-功能的定量关系(非物种水平),为更好地探讨自然群落结构维持机制和生产力优化机制提供了新思路.

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化,植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义.该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了 5个样地(海拔间隔约200 m),通过植物群落调查,测定植物功能性状和土壤理化性质,结合气象数据,探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响.结果如下:(1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C∶N)和叶片氮磷比(N∶P)随海拔升高显著降低,比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降,比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高,叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化.(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主,N∶P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应,其余性状为负的协变效应.(3)降水和0-10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高,温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高.以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境,且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率,随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子.

封育是退化草地的重要恢复措施,理解长期封育过程中草地群落生产力和植物多样性变化特征及两者间关系,有助于草地植被的恢复管理与利用.该研究依托宁夏云雾山国家级自然保护区典型草原长期封育演替梯度,选择持续放牧、封育9年、26年和34年的草地群落作为研究对象,分析其地上生产力、物种多样性和功能多样性的变化特征及内在联系.结果表明,封育显著提高典型草原植物群落的地上生产力、凋落物生物量、功能丰富度和功能离散度,未改变草地群落的物种丰富度、Shannon-Wiener指数和功能均匀度,但Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数在长期封育(34年)后显著下降.此外,封育对不同植物群落加权平均功能性状的影响存在差异.随机森林模型和方差分解结果显示,群落加权平均功能性状对封育草地群落地上生产力变异的解释度高达70.70％,其中植株高度是最主要的解释因子;功能多样性的解释度为36.86％,主要由功能丰富度贡献;而物种多样性的解释度仅为14.72％.由此可见,植物功能性状和功能多样性对草地群落地上生产力的贡献远高于物种多样性,建议将其纳入植物群落恢复演替动态研究,以便全面了解植物多样性与生态系统功能的关系,为更好地实现生态恢复目标奠定基础.

物种通过功能性状响应环境变化,探究群落功能性状多样性的海拔格局是揭示生物多样性空间分布格局和形成机制的重要研究内容.气候变化和土地利用是影响溪流生物多样性变化及其群落构建的重要因素,然而气候和土地利用沿海拔梯度如何影响水生昆虫功能性状垂直分布格局的系统研究仍旧比较缺乏.本文基于2016年和2018年在云南澜沧江中游1,000-3,000 m海拔共56个溪流样点的水生昆虫群落调查数据,利用线性和二次回归模型探索并比较了生活史性状(化性、生活史快慢、成虫寿命)和生态学性状(营养习性、生活习性、温度偏好)的群落加权平均性状多样性指数沿海拔梯度的分布特征,并通过随机森林模型解析流域尺度气候和土地利用变量对生活史和生态学性状多样性垂直分布格局的影响.结果表明:生活史性状中,少于1世代、无季节性、慢季节性、成虫寿命长等性状多样性沿海拔梯度呈显著的"U"型分布格局,而快季节性和成虫寿命极短多样性呈显著的单峰型海拔格局,成虫寿命短多样性呈显著递增的海拔格局.生态学性状中,温度偏好多样性与海拔梯度无关,附着者和爬行者的多样性沿海拔梯度分别呈显著的递增和"U"型格局,滤食者、植食者和捕食者的多样性分别呈显著递增、递减和"U"型海拔格局.随机森林模型分析结果表明,气候和土地利用对生活史性状多样性的解释量高于对生态学性状多样性的解释量,年平均温度和农业面积百分比是共同的关键因素.综上,水生昆虫群落功能性状多样性海拔格局存在差异,主要受不同自然环境梯度和人类干扰因素驱动.研究结果可为制定澜沧江流域生物多样性保护对策提供理论基础.