分析和比较教材有益于教师从不同方面把握教材,实现高质量育人目标.以"群落及其演替"相关内容为例,从知识编排、实验设计、习题编制3个方面对中美教材进行对比分析,为我国生物学教材的编写与课堂教学提出建议.

本文研究了广西南丹锑矿生态破坏区植物群落乔木层、灌木层和草本层物种组成、重要值、生态位和种间联结特征,以期为锑矿生态破坏区的生态恢复提供植物选择依据.结果表明:锑矿生态破坏区有维管植物共23种,隶属13科22属,多为禾本科、莎草科、豆科和菊科.乔木层、灌木层和草本层重要值最大的植物分别是盐麸木(56.7％)、马桑(56.3％)和蜈蚣草(44.0％),而且具有较大的生态位宽度,分别为1.58、1.32和1.57.乔木层盐麸木与乌桕(0.68)、草本层粽叶芦与鬼针草(0.99)生态位重叠值最大,而灌木层物种生态位重叠值较低(0.30～0.42),表明灌木层物种生态位分化程度较大.乔木层和灌木层物种总体呈不显著负联结,主要物种间多数呈负相关(占比分别为83.3％和66.7％),植物群落不稳定;草本层物种总体呈显著正联结,种对间正相关物种对数占比为52.4％,物种竞争较弱.总体而言,锑矿生态破坏区植物群落不稳定,在生态恢复过程中,可以选择补充适宜该区生长且具有正联结的灌木和乔木,如马桑和苎麻、盐麸木和杉木等,促进植物群落正向演替,推动锑矿生态破坏区生态系统重建和可持续发展.

沙化问题是影响草原地区生产与牧民生活的重要环境问题.草原作为重要碳库和养分库,沙化过程可能会对其土壤碳、氮库产生重要影响.为探讨沙化过程对高寒草地土壤碳、氮储量的影响,采用空间序列代替时间演替的方法研究了藏北高原高寒草地沙化过程中驱动土壤碳、氮储量变化的因素.研究发现:(1)轻度、中度和重度沙化阶段土壤总碳、全氮储量无变化,而极重度沙化阶段碳氮流失严重(分别下降69％和55％,P＜0.05).(2)群落地上生物量随沙化程度加重逐渐降低,重度和极重度沙化草地根系生物量显著下降(分别下降47％和99％,P＜0.05).土壤容重、砾石含量随沙化程度加重呈逐渐增加趋势,而总碳、全氮含量和含水量逐渐下降,说明沙化过程导致土壤粗粒化和贫瘠化.(3)进一步分析发现,影响土壤总碳储量的因子中排前三位依次是土壤砾石含量、土壤含水量和植物地上生物量,影响土壤氮储量的因子依次是土壤砾石含量、含水量和土壤微生物丰度.综合这些研究结果,沙化过程植物群落生产力的改变对土壤碳、氮影响较小,主要受土壤砾石含量与含水量等因子驱动.沙化过程中土壤碳、氮储量存在转化阈值(重度到极重度沙化阶段),故潜在沙化高寒草地的早期防护有利于土壤碳汇的维持.

藻类结皮形成和发育,能够提高土壤稳定性并增加土壤有机质含量,为微生物生长、繁殖和草本植物拓殖创造条件.因此,藻类结皮潜在功能对后续生物结皮及生态系统演替具有重要意义.然而,古尔班通古特沙漠藻类结皮营养循环相关微生物及潜在功能机制尚不清楚.以古尔班通古特沙漠不同区域藻类结皮为研究对象,采用宏基因组测序技术,研究藻类结皮微生物群落及碳氮循环功能基因特征.研究结果表明蓝藻菌门、变形菌门、放线菌门是藻类结皮中主要微生物类群,在沙漠固碳和氮循环中起到重要作用.微生物α多样性结果显示仅物种丰富度指数在三个区域内存在显著差异.β多样性结果显示藻类结皮未因沙漠局部气候及理化因子差异产生微生物群落分化.而微生物群落功能基因对环境变化响应要比微生物群落更为敏感,沙漠东部和西部藻类结皮功能基因产生显著分化.三个区域微生物功能基因中还原型三羧酸循环是自养生物固碳主要途径,而卡尔文循环是光合生物固碳的主要途径,其中rpiA和rbcS基因更易受到降水影响.鞘脂单胞菌属、念珠藻属和伪枝藻属在参与固碳过程中表现出的差异,可能是导致固碳功能基因产生分化的原因之一.氮循环主要途径以硝酸盐还原为主,大部分氮素通过硝酸盐同化作用被土壤微生物转化为铵盐,少量氮素被反硝化为一氧化二氮和一氧化氮流失.沙漠藻类结皮固氮作用较弱,仅有念珠藻属和伪枝藻属参与,且存在nifH、nifD、nifK三个功能基因.这些固氮功能基因更易受到土壤中硝态氮含量的影响.硝化过程仅注释到氨单加氧酶或甲烷单加氧酶编码pmoABC-amoABC基因,而hao和nxrA、nxrB基因均未注释获得.

土壤氮矿化速率限制着森林土壤有效氮素供给能力,但目前关于黄土高原次生林演替过程土壤氮矿化特征的认识还不清楚.选择黄土高原黄龙山次生林区草本阶段、灌木阶段、先锋乔木群落阶段、混交森林群落阶段和顶级森林群落阶段等5个演替阶段的9种群落类型,测定了其林下土壤氮矿化速率,并分析了土壤理化性质、凋落物养分特征和土壤酶活性及其对氮矿化的影响.结果表明:随着演替进展,土壤有机碳和氮不断积累,土壤硝态氮和铵态氮含量逐渐增加,凋落物养分和土壤酶活性也发生了显著变化.土壤硝化速率从草本群落阶段到顶级森林群落阶段显著增加了 71.73％;土壤氨化速率一直为负值且持续负向增加;土壤净矿化速率从草本群落阶段的(0.16±0.06)mg kg-1 d-1逐渐增加到混交森林阶段的(0.31±0.08)mg kg-1 d-1,但从混交林群落到顶级森林群落阶段有所下降.土壤理化性质(路径系数-0.530)和酶活性(路径系数-0.268)对氮矿化速率有显著的直接作用;凋落物养分对氮矿化速率的影响来自于其直接作用(路径系数-0.283)和通过调控土壤理化性质、酶活性产生的间接影响(路径系数-0.315).结果有助于认识黄土高原植被演替过程中土壤氮循环过程,对森林可持续经营也有一定的意义.

水仙花鸢尾(Iris narcissiflora)是中国四川西部的特有物种,现有分布范围严重缩减,被列为国家Ⅱ级野生重点保护植物.当前对水仙花鸢尾种群现状及其生境特征的了解十分匮乏,不利于其濒危机制研究和保护措施制定.该研究对水仙花鸢尾目前的分布范围进行了详细踏查,调查野生种群状况及其生境,特别是所属群落特征.结果表明,水仙花鸢尾分布于四川省甘孜州道孚县和康定市海拔3 779～4 100 m的高山灌丛或川西云杉(Picea likiangensis var.rubescens)林缘,各分布点种群规模小,仅含 28～2100 株;根据当前分布点的区域范围,依据IUCN受威胁物种评估标准B2ab(iii)将其重新评估为濒危(endangered,EN);所属群落物种组成丰富,生活型以多年生草本植物为主,具较多温带成分;群落间物种组成相似性与地理距离呈显著的负相关;群落可划分为 4 种类型:川西云杉林缘和分别以毛蕊杜鹃(Rhododendron websterianum)、灰背杜鹃(R.hippo-phaeoides)、坡柳(Salix myrtillacea)为主要优势种的高山灌丛.水仙花鸢尾生境受修路、放牧影响,自然演替和全球气候变化也是潜在威胁.针对不同分布点的生境状况,提出设立保护小区,采取适当措施减轻川西云杉扩张和人为因素的影响,并建议开展迁地保护技术研究.

为了探究退化森林的树种组成变化和生物量储量的恢复规律,该研究选取云南哀牢山不同演替阶段的常绿阔叶林为对象,比较了不同演替阶段森林群落结构、树种多样性和生物量变化.结果表明,从演替早期到演替末期,乔木的科数先减少后增多,属数和种数则逐渐增加;Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数随演替进程均呈增加的趋势;乔木生物量储量随演替进程逐渐升高,演替早期和演替中期的生物量分别为演替末期生物量的9.87%和65.98%;群落水平的树种多样性指数与总生物量呈显著正相关关系(P<0.05).树木的生长和树种多样性的提高是影响群落乔木生物量储量递增的因素,且哀牢山处于湿冷的气候条件,退化森林植被的恢复相对比较缓慢.

目的:探究安徽潜山板仓省级自然保护区常绿落叶阔叶混交林物种组成和群落结构.方法:按照CTFS的建设标准,在安徽潜山板仓省级自然保护区建立1 hm2的森林监测固定样地.对样地内所有胸径(DBH)≥1 cm 的木本植物进行调查,并从群落物种组成、区系特征、重要值、群落垂直结构和径级特征等进行分析研究.结果:该固定样地内DBH≥1 cm 的木本植物共有3 572 株,隶属于34科66属98种;其中樟科、豆科、蔷薇科、壳斗科等有较大优势.从属的水平上看,温带区系成分占总属数的71.43%,热带区系成分占25.40%,区系具有过渡性,且温带成分明显.样地稀有种17种,占总物种数的17.35%.重要值≥1.00%的物种共有22个,重要值最大的为毛柄连蕊茶13.05%、其次为豹皮樟11.04%和山胡椒7.13%.样地内所有植株平均胸径为4.60 cm,平均高度为4.3 m,群落径级分布呈"J"型,表明群落结构总体稳定和健康生长状态.结论:样地内木本植株数量较多,物种丰富,具有天然次生林典型特征.区系成分复杂,具有明显的过渡特征.植被由落叶阔叶混交林向常绿阔叶林演替.

森林粗木质残体主要包括倒木、枯立木、大枯枝、树桩和粗根等,它们是绝大多数森林生态系统的结构性成分,在全球碳循环和生物多样性保育等方面发挥着不可替代的作用.特别是近些年,极端高温、干旱、热带气旋等极端气候事件正在加速树木死亡,改变森林粗木质残体形成的方式和分解过程,森林生态系统功能和稳定性也会受到深刻影响,生态学家对此也越来越重视.如今,生态学家通过野外观测和控制实验,围绕粗木质残体的分解特征、调控机制和分解过程中粗木质残体上的生物多样性开展了大量研究,促进了粗木质残体生态学的快速发展.该文首先汇总了最常见的用于森林粗木质残体分解过程的研究方法,并且描述了各研究方法适用的情景.其次,从形态、物理和化学性状方面探讨了粗木质残体的分解特征.然后,围绕着影响森林粗木质残体分解的控制因素,系统梳理和总结了已取得的研究结果.具体来说,粗木质残体分解主要受到基质质量、分解者和环境条件的调控,其中基质质量和分解者在样点尺度上影响着分解过程,基质质量对分解者群落有自下而上的调控作用,环境条件在区域或更大研究尺度上发挥主导作用.粗木质残体在分解的同时孕育了数量巨大、种类丰富的生物,主要类群包括苔藓类附生植物、细菌、真菌和无脊椎动物.无脊椎动物对森林粗木质残体的利用方式最为复杂,可能将其作为栖息地、掩蔽所、繁殖地、取食场所.附生植物的演替过程与分解时间正相关,但与腐烂程度联系不紧密,其他生物类群的演替则更多地受到基质质量的影响.由于以往的综述鲜有涉及不同结构组分(树皮和木质部)分解的研究进展,该文补充和探讨了树皮和木质部的分解特征和潜在的相互作用过程.由于粗木质残体分解缓慢的特点和研究方法的限制,目前许多机理的相关研究仍不够深入,该文围绕粗木质残体分解机制和生物多样性保育功能探讨了未来需要重点关注的研究内容及可能的研究方法.

林冠穿透雨空间异质性(即不同冠层位置穿透雨量的非均一性)及其在一定时间段内的持续性(即时间稳定性)关系着土壤水分补给数量和效率,通过影响资源有效性作用于植物个体竞争和群落演替.本研究基于关键词检索并分析整理了 Web of Science和中国知网数据库2000-2022年发表的554篇相关主题论文数据,量化并对比了全球不同气候带和植物功能型的穿透雨数量、空间异质性及其时间稳定性特征.结果表明:全球范围内旱区穿透雨比例(72.0％±13.6％)小于湿润(75.1％±9.3％)和半湿润区(79.9％±10.4％),热带(80.9％±14.6％)高于暖温带(74.2％±7.5％)和冷温带(74.1％±14.6％),灌木(68.9％±14.9％)小于乔木(76.7％±9.1％),但阔叶植物(75.2％±11.1％)和针叶植物(75.1％±9.9％)、常绿植物(76.7％±10.0％)和落叶植物(74.7％±11.9％)的林冠穿透雨比例接近,其空间变异系数在上述不同干湿区、温度带和植物功能型之间差异均不显著.穿透雨空间分布格局易保持相对稳定,冠层结构是影响其时间稳定性的主导因子,但缺乏不同时间尺度上典型地理单元(即地理环境条件基本一致的空间单元)之间的对比.建议未来研究通过向上延展至基于全球的空间尺度规律汇总,向下延展至基于过程的时间尺度机制分析,刻画穿透雨空间分布动态变化,并统一观测规范来增进不同研究之间的可参比性,以高效推进林冠穿透雨研究,为保护自然、管理人工、恢复受损生态系统提供生态水文依据.