生物多样性在调节生态系统功能方面发挥着重要作用。火是森林生态系统中的重要干扰因子, 森林地上、地下生物多样性和生态系统功能会因火的作用发生显著变化。然而, 对于计划火烧后生物多样性如何影响森林生物量积累和养分可利用性等相关生态系统功能(即: 生态系统多功能性(EMF))的认识仍知之甚少。该研究选择了黑龙江省鹤岗市红旗林场2018年开展计划火烧的红松(Pinus koraiensis)人工林, 在火后4年林内环境趋于稳定时, 使用结构方程模型评估了计划火烧后林下植物多样性(物种多样性、功能多样性、效率性状和数量性状)和土壤微生物(真菌和细菌)多样性与EMF的关系, 发现计划火烧增加了林下植物多样性和EMF。植物多样性中数量性状(单位面积叶片总氮含量)和功能多样性(叶干物质含量的功能分散指数)与EMF均显著正相关, 地下微生物多样性对EMF的作用不显著。计划火烧对EMF变异的解释度最高(33.7%), 其次是数量性状(27.5%)和功能多样性(13.9%)。研究结果表明, 在红松人工林, 增加群落内林下植被的养分积累和植物性状的多样性是提高计划火烧后EMF的有效策略。在全球变化背景下的森林管理中, 计划火烧不仅是降低森林火险的有效方式, 同时也将对维护林下植被生物多样性和EMF起到积极作用。

山体物种丰富度及其海拔格局研究是生态学研究的重点内容。以往研究较多关注某个独立山体的物种丰富度, 而对区域尺度内物种丰富度海拔格局的研究多是基于公路沿线或山脚监测的结果, 忽略了山体垂直带物种丰富度的变化。该研究在珠穆朗玛峰绒布河流域选取河流两岸基带海拔分布范围为3 785-5 155 m的8个山体, 结合样线法和样方法调查了8个山体垂直带的物种丰富度。研究表明: (1)共记录了81种植物物种, 其中垂穗披碱草(Elymus nutans)、西藏早熟禾(Poa tibetica)、藓状雪灵芝(Arenaria bryophylla)和笔直黄耆(Astragalus strictus)等在整个流域的8个山体上均有记录; (2)流域尺度上, 单位面积(1 m²)物种丰富度随海拔的变化呈单峰曲线分布。而在各独立山体上, 单位面积物种丰富度沿海拔梯度的分布模式不尽相同, 既有U形分布、正相关, 也有无显著关系的模式; (3)整体上, 山体下部区域的累计物种丰富度要低于山体中上部的累计物种丰富度, 山体阴坡的单位面积物种丰富度要高于山体阳坡。该研究揭示了山体山脚基带的物种丰富度和整个山体的物种丰富度相差很大, 仅在公路沿线或山脚基带处的植物调查会低估整个山体13.5%-54.8%的物种丰富度。因此, 需要开展更多青藏高原山地生态系统物种丰富度在山体空间尺度上分布格局及其关键影响因素和机制的研究。

氮是维系植物群落物种多样性的关键养分元素。在氮贫乏的荒漠生态系统中, 固沙植物群落种间互作如何影响各功能群植物种氮吸收模式, 目前仍不明确。该研究基于野外植物种移除实验平台, 以毛乌素沙地黑沙蒿(Artemisia ordosica)固沙植物群落为研究对象, 设置移除黑沙蒿和保留黑沙蒿两种处理, 采用¹⁵N标记技术, 探究黑沙蒿对3种邻近功能群草本植物(一年生草本、多年生禾草、多年生杂类草)及草本群落的硝态氮、铵态氮和甘氨酸吸收速率和比例的影响; 同时测定各处理土壤铵态氮、硝态氮、全氮及可溶性有机氮含量、土壤含水率、地表透光率等环境因子, 分析各功能群草本植物及草本群落对不同形态氮的吸收速率、比例及其与环境因子的关系。研究结果显示: (1)无机氮和小分子有机氮是黑沙蒿群落草本植物的有效氮源, 所有功能群植物及草本群落对各形态氮的偏好顺序为硝态氮>铵态氮>甘氨酸; (2)移除黑沙蒿后, 一年生草本、多年生禾草及草本群落的氮吸收速率分别增加了48.32%、129.77%和55.53%, 多年生禾草对硝态氮的吸收比例增加了10.65%; (3)黑沙蒿通过改变其株丛下局部环境, 尤其是降低透光率和土壤硝态氮含量, 影响草本植物的氮吸收模式; (4)黑沙蒿群落中各功能群草本植物氮吸收速率及比例受不同环境因子影响, 其中多年生禾草表现出灵活的氮源可塑性和较高的氮利用效率。研究发现, 草本植物差异化的氮获取策略, 可能是黑沙蒿群落中植物应对种间氮竞争和资源短缺、提高群落稳定性和恢复力的重要机制; 多年生禾草凭借其灵活的氮源转换和高效吸收能力, 可能会成为未来群落的优势功能群。该研究结果有助于理解典型固沙植物群落中不同功能群物种的养分竞争和共存机制, 为荒漠化地区植被恢复和管理提供科学依据。

多种因素可影响植物生长并提高其抗逆性, 其中植物根际促生菌(PGPR)可能扮演着极其重要的角色。为挖掘耐铝性良好的根际微生物资源并探讨其缓解甘蔗(Saccharum officinarum)铝毒害的作用, 该研究从甘蔗根际土壤中分离出一批耐铝细菌, 分析它们的促生特性、耐酸性、耐铝性以及对Al³⁺的去除能力, 筛选出优势PGPR并检测其对甘蔗的促生长效应, 对比接种和不接种PGPR的甘蔗在铝胁迫下植株体内的铝积累量、生理代谢情况以及耐铝相关基因的表达量。分离筛选到的3株优势甘蔗根际细菌——伯克霍尔德菌(Burkholderia), A1、A23、X6具有较强的耐酸性(pH 3.8)和耐铝性(4或5 mmol·L^-1), 3株细菌均具有溶磷、分泌胞外多糖(EPS)、固氮和去除Al³⁺的能力, X6能够产生少量吲哚乙酸, A1和X6可分泌较多的铁载体, A23和X6具有1-氨基环丙烷-1-羧酸脱氨酶活性, A1、A23、X6菌株组合可显著提高甘蔗株高、叶面积及地上部分鲜质量。接种组合菌对植株地上部分与地下部分氮、磷、钾的含量无明显影响, 但显著增加了0.5、1 mmol·L^-1铝胁迫下甘蔗地上部分的铝含量和显著降低了1 mmol·L^-1铝胁迫下甘蔗地下部分的铝含量, 总体表现为降低甘蔗体内的总铝含量。接种处理对植株超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性以及脯氨酸、可溶性蛋白含量无显著影响, 但显著降低了铝胁迫下甘蔗根尖的丙二醛含量, 显著提高了根尖的过氧化氢酶活性, 显著增加了甘蔗根尖MAPK和GST基因以及叶片PEPC基因的表达量。这些结果表明, 耐铝伯克霍尔德菌对甘蔗生长、铝的吸收积累和植株抗氧化防御能力及耐铝基因表达产生显著影响, 这些影响共同作用提高了甘蔗的耐铝毒能力。

杜鹃(Rhododendron)是极具观赏价值的花卉, 中国是全世界杜鹃资源最丰富的国家, 对杜鹃资源的开发利用具有很大潜力。在全球变暖背景下, 杜鹃遭受水分胁迫的风险快速增大, 但关于水分胁迫对杜鹃生长及生理生态指标的影响尚缺乏深入研究。该研究通过马缨杜鹃(R. delavayi)幼苗的土壤水分梯度实验, 研究其株高及地径生长差异, 并建立与生理指标的统计关系, 以期为杜鹃保护与管理等提供理论基础。2022年3月11日至10月15日, 用马缨杜鹃的二年生幼苗进行盆栽实验, 设计的土壤水分含量分别为田间持水量的15%、25%、35%、50%、70%、90%。分别在3-5月上旬和下旬以及6、7、10月的中旬测量每株杜鹃的株高和地径, 并于6-8月在每个处理中随机选择5株马缨杜鹃测定叶片渗透调节物质(脯氨酸(Pro)、可溶性糖(Ss)、可溶性蛋白(Sp))含量、抗氧化系统(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量)指标、光合作用(净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r))指标。研究结果: 1)建立了各干旱水平下的马缨杜鹃株高及地径生长响应年序日(DOY)的生长方程, 拟合精度0.94-0.99; 比较发现田间持水量15%处理下植株死亡率最高; 2)建立了各时间段马缨杜鹃株高及地径相对累积生长量随土壤含水量增加而变化的方程, 表明株高相对累积增量方程呈单峰曲线变化; 但相对地径累积增长量在DOY 161之前随土壤相对含水量增加呈U形变化, DOY 161-201之间呈直线变化, DOY 201以后呈单峰曲线变化。3)随土壤含水量增加, SOD活性、CAT活性、POD活性、P_n、g_s、T_r及Pro含量整体表现为先增后降, SOD、CAT、POD活性及Pro含量在田间持水量20%-30%达到最大值, P_n、g_s、T_r在田间持水量60%-80%达到最大值; MDA含量整体表现为逐渐降低; C_i、Ss及Sp含量则呈先降后增的变化趋势, 整体表现为在田间持水量60%-80%时达到最低值。4)基于马缨杜鹃地径日增量与各生理指标的回归关系分析, 可知回归关系达到显著水平的生理指标包括MDA含量、P_n、g_s、T_r及Ss含量, 除MDA含量与马缨杜鹃地径日增量存在一元二次函数关系外, 其余生理指标与其均为幂函数方程关系, 拟合精度为T_r > P_n > MDA含量> g_s > Ss含量。马缨杜鹃幼苗在土壤含水量68%时累计生长量(地径增量)最大, 随着土壤水分含量的改变, 生长量主要受T_r、P_n、g_s的显著促进作用和Ss含量的显著抑制作用, 以及MDA含量较低时的一定促进作用和超过33.53 nmol·g^-1后的抑制作用, 进一步解释了水分胁迫下马缨杜鹃幼苗生长的生理机制。