筑巢独栖蜂包括捕食者和传粉者,在生态系统中具有重要的生态功能.巢管法用于研究筑巢蜂的生物学、生活史、多样性和生态学特性,但此前较少用于研究亚热带森林中的独栖蜂.经过在生物多样性-生态系统功能实验(BEF-China)新岗山样地5年的长期定点监测和实验样本积累,我们发现了独栖蜂的主要类群和发生规律.巢管法共获得128个物种,隶属于3目25科.其中传粉者占全部独栖蜂的26.6％,共2科12种,主要为分舌蜂和切叶蜂;捕食者约占全部独栖蜂的73.4％,有4科44种,以蜾赢、蛛蜂、泥蜂和方头泥蜂为主;独栖蜂寄生者有19科72种,主要类群是麻蝇、蜂虻、青蜂、钩腹蜂和姬小蜂.独栖蜂物种组成中传粉者多样性显著低于捕食者.同时独栖蜂中普遍存在着雌雄羽化异律现象,即雄性先羽化,并在越冬个体中更明显.切叶蜂科和方头泥蜂科的发生时间比蜾赢亚科和蛛蜂科的发生时间更集中.此外,通过构建独栖蜂及其寄生者的互作网络,我们发现寄生者多度和多样性受较低营养级寄主的上行控制效应调节.上述结果揭示了对中国亚热带森林地区独栖蜂及其寄生者多样性,有利于更好地保护野生独栖蜂资源,发挥其生态服务功能.

生物多样性与生态系统功能的关系(BEF)及其内在机制是当前生物多样性研究领域的热点问题.长期以来,以草地生态系统为主的BEF研究积累了大量研究成果,而基于森林生态系统的相关研究则相对较少.亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究基地(BEF-China)是目前包含树种最多、涉及多样性水平最高的大型森林控制实验样地.该文总结了基于BEF-China平台的研究进展,特别是生物多样性对生态系统生产力、养分循环以及多营养级相互作用关系等方面的影响,并提出了未来BEF-China的研究应注重高通量测序和遥感等新兴技术的应用,在生物多样性的多维度、生态系统的多种组分与多种功能以及BEF研究的多种尺度等交叉方向上持续开展深入研究.针对BEF-China研究成果的梳理有助于理解驱动亚热带森林生物多样性与生态系统功能关系的内在机理,为生物多样性保护和生态修复提供科学依据.

蜾赢亚科Eumeninae昆虫提供了重要的生态系统服务如传粉和生物防治.黄缘蜾赢Anterhynchium flavomarginatum筑巢在芦苇中,是一种重要的独栖性捕食昆虫.2015-2016年,本实验通过在江西省德兴市新岗山镇的BEF-China样地收集筑巢巢管,室内处理巢管并记录数据,旨在研究该蜂后代性别的分配.研究发现该蜂是实验地营巢独栖性蜂类的优势物种;在后代仅有雌性或雄性的巢管中,性别偏向雄性,雌雄比为0.27∶1,雄性数量远高于雌性,推测原因一是虽然放置的巢管直径是随机的,但是其中直径小于12 cm的巢管数量更多,二是巢箱附近黄缘蜾赢可利用的资源较少;雄性的巢内平均个体数量高于雌性原因是雌性个体较大且所需的食物更多,占用了巢内更多的空间;在后代雌雄共有的巢管中,雌雄比接近为1∶1,略偏向雌性;随着巢管直径的增大,雌性比例有上升的趋势,但是巢管长度对雌性的影响不大;构建巢室时,后代性别的分配总是按照雌性在内,雄性在外的方式排列,这可能揭示了黄缘蜾赢可以决定后代的性别分配.

植物群落组成的改变能够直接或间接地影响土壤生态过程并调节参与这些过程的土壤生物, 树种特性和多样性是影响土壤微生物多样性和群落结构的关键因素.本项目利用江西新岗山建立的中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能 (Biodiversity-Ecosystem Functioning Experiment China) BEF-China研究平台, 观测了样方水平下不同多样性组成 (单物种、2物种、4物种和8物种) 对土壤微生物群落结构的影响.结果表明:在森林生态系统演替初期, 植物多样性的改变对土壤微生物群落结构具有显著影响, 在不同多样性水平处理下, 微生物磷脂脂肪酸含量随着植物多样性的增加, 表现出先升高后降低的趋势, 但各类群微生物磷脂脂肪酸含量并未表现出对植物多样性的明显响应.其中, 土壤和凋落物的理化指标能够分别解释微生物群落结构变异的28.4％和12.3％.森林生态系统较高的异质性和地下生态过程响应的滞后性, 导致了土壤微生物对植物多样性组成的响应需要较长时间才能显现出来, 因此, 为了更好地评价地上生物多样性与生态系统功能的关联, 应长期监测森林生态系统多样性组成对地下生态过程的影响.

探究植物功能性状的种内和种间变异不仅有助于揭示植物对环境的适应,也能够反映植物的生态策略,但不同菌根类型树木生长过程中根叶形态学功能性状的适应策略仍有待探究.本研究依托中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究平台(BEF-China)选取7种丛枝菌根(AM)树木和7种外生菌根(EM)树木的纯林,测定各个树种的比叶面积、叶干物质含量、比根长、根系直径、树高生长速率、地径生长速率及细根生物量等根叶形态学功能性状和生长指标,探讨了两种菌根类型树种间的根叶形态学特征的差异.结果 表明:与AM树种相比,EM树种具有较小的比叶面积、吸收根平均直径和生长速率,但具有更大的叶干物质含量;两种菌根树种之间的比根长和细根生物量无显著差异.比叶面积、叶干物质含量、树高生长速率、地径生长速率和细根生物量等功能性状及生长指标在不同菌根类型、树种及二者的交互作用中均存在显著差异;且树种、根功能型、菌根类型及三者之间的交互作用均对根功能性状有显著影响.EM树种地上指标的种内变异均大于种间变异,而AM树种地上指标的种内和种间变异程度类似;但两种菌根树种细根生物量的种间变异均大于种内变异.尽管两种菌根树种地上部分生长速率较快通常表现为较低的叶干物质含量,但AM树种通常拥有较高的吸收根比根长,而EM树种拥有较粗的运输根平均直径.吸收根比根长越低,两类菌根树种的细根生物量就越多.由此可见,根叶功能性状对植物地上部分的生长具有一定的协同效应,其中运输根主要在EM树种地上生长过程中发挥重要作用,吸收根主要与AM树种的地上部分生长有关;但两类菌根树种的地下细根生物量均与吸收根有关.

在全球环境变化的大背景下,生物多样性丧失日益加剧.土壤动物作为生物多样性重要组成之一,受到广泛的关注.位于我国江西省新岗山的亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验样地(BEF-China)是全世界25个森林生物多样性控制实验样地之一.本研究自2019年9月至2022年4月在BEF-China两个不同树种组成的样地(A样地和B样地)内采样,共获得甲螨23,704头,隶属于34科50属61种.本文分析和对比了两个样地内甲螨群落结构的差异,及其多度、物种丰富度、Shannon多样性指数的季节性差异;通过Pearson检验探讨了甲螨多度与环境因子的关系.结果表明:在A、B两个不同树种组成的森林生态系统内,土壤甲螨群落结构及其季节动态具有显著差异.具体表现在:A样地奥甲螨科、罗甲螨科、若甲螨科和尖棱甲螨科的相对多度高于B样地;B样地菌甲螨科、盖头甲螨科和礼服甲螨科的相对多度高于A样地.A样地中夏季和秋季甲螨多度、物种丰富度和Shannon多样性指数显著低于春季和冬季;而B样地中秋季甲螨多度和物种丰富度与春季差异不显著.Pearson检验结果显示,凋落物木质素含量与单翼甲螨科和菌甲螨科多度呈负相关关系,而与奥甲螨科多度呈正相关关系.菌甲螨科多度与土壤和凋落物同一理化因子的相关性基本相同(碳氮比除外),但与凋落物碳氮比呈正相关关系而与土壤碳氮比呈负相关关系.

灌木是森林生态系统的重要组成部分,在维持物种多样性、促进养分循环、保护幼苗更新以及促进营养级相互作用等方面具有重要作用,其存活情况对森林群落组成和生态系统功能具有重要意义.但亚热带森林中灌木的存活情况及其影响因素仍有待探究.本研究依托于中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究平台(BEF-China),利用105个不同乔木与灌木多样性相嵌套样方中2012年和2019年的灌木个体存活数据,以及样方水平的土壤养分数据、地形数据、物种多样性数据和物种水平的功能性状数据,通过构建一系列广义线型混合模型(GLMM)探讨了非生物因素、生物因素以及灌木功能性状对灌木存活的影响.结果表明:不同灌木物种的存活率具有显著差异.坡度较小的山谷、山鞍部位以及土壤碳氮比较高的环境更有利于灌木存活;乔木和灌木多样性对灌木存活影响有限,但乔木多样性的增加可通过形成更郁闭的林冠提高灌木存活;灌木功能性状显著影响灌木存活,且倾向于保守型生活策略(即较小的比叶面积、叶片氮含量、气孔大小,较高的叶干物质含量、木质密度)的灌木物种具有更易于存活.通过模型比较发现,包含所有因素的全模型对灌木存活的解释度最高,不同影响因素的贡献率由大到小依次为非生物因素、灌木功能性状以及生物因素.本研究表明灌木存活受到多方面因素的共同影响,尽管土壤和地形等非生物因素的变化影响了灌木的存活,但不同灌木由于功能性状间的差异同样形成了不同的存活表现,而物种多样性的直接影响可能需要更长时间的监测才能更加显著.