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中国植物分布模拟研究现状

刘晓彤; 袁泉; 倪健 浙江师范大学化学与生命科学学院; 浙江金华321004; 浙江金华山亚热带森林生态系统野外科学观测研究站; 浙江金华321004

在过去的20年里,物种分布模型已广泛应用于动植物地理分布的模拟研究。该文以植物物种分布模拟为例,利用中国知网、维普网以及Web of Science文献数据库的检索与统计,分析了2000–2018年间,中国研究人员利用各种物种分布模型对植物物种分布模拟研究的发文量、模拟模型、物种类型、数据来源、研究目的等信息。最终共收集到366篇有效文献,分析表明2011年以来中国的物种分布模型应用发展迅速,且以最近5年最为迅猛,在生态学、中草药业、农业和林业等行业部门应用广泛。在使用的33种模型中,应用最广的为最大熵模型(MaxEnt)。有一半研究的环境数据仅包含气候数据,另一半研究不仅包含气候数据还包括地形与土壤等数据;环境及物种数据的来源多样,国际及本土数据库均得到使用。模拟涉及有明确清单的562个植物种,既有木本植物(52.7%),也有草本植物(41.8%),其中中草药、果树、园林植物、农作物等占比较高。研究目的主要集中在过去、现在和未来气候变化对植物种分布的影响及预测,以及物种分布评估与生物多样性评价(包括入侵植物风险评估)两大方面。预测物种潜在分布范围与气候变化影响等基础研究,与模拟物种适生区与推广种植等应用研究并重,物种分布模型在生态学与农业、林业和中草药业等多学科、多行业开展多种应用,多物种、多模型和多来源数据共同参与模拟与比较,开发新的机理性物种分布模型,拓展新的物种分布模拟应用领域,是今后研究的重点发展方向。

  • 中国植物分布模拟研究现状

    关键词:物种分布模型    气候变化    生物多样性保护    潜在分布区    最大熵模型    

    在过去的20年里,物种分布模型已广泛应用于动植物地理分布的模拟研究。该文以植物物种分布模拟为例,利用中国知网、维普网以及Web of Science文献数据库的检索与统计,分析了2000–2018年间,中国研究人员利用各种物种分布模型对植物物种分布模拟研究的发文量、模拟模型、物种类型、数据来源、研究目的等信息。最终共收集到366篇有效文献,分析表明2011年以来中国的物种分布模型应用发展迅速,且以最近5年最为迅猛,在生态学、中草药业、农业和林业等行业部门应用广泛。在使用的33种模型中,应用最广的为最大熵模型(MaxEnt)。有一半研究的环境数据仅包含气候数据,另一半研究不仅包含气候数据还包括地形与土壤等数据;环境及物种数据的来源多样,国际及本土数据库均得到使用。模拟涉及有明确清单的562个植物种,既有木本植物(52.7%),也有草本植物(41.8%),其中中草药、果树、园林植物、农作物等占比较高。研究目的主要集中在过去、现在和未来气候变化对植物种分布的影响及预测,以及物种分布评估与生物多样性评价(包括入侵植物风险评估)两大方面。预测物种潜在分布范围与气候变化影响等基础研究,与模拟物种适生区与推广种植等应用研究并重,物种分布模型在生态学与农业、林业和中草药业等多学科、多行业开展多种应用,多物种、多模型和多来源数据共同参与模拟与比较,开发新的机理性物种分布模型,拓展新的物种分布模拟应用领域,是今后研究的重点发展方向。

  • 地表臭氧浓度升高与干旱交互作用对杨树非结构性碳水化合物积累和叶根分配的短期影响

    关键词:臭氧    干旱    非结构性碳水化合物    杨树    细根    叶片    

    人类活动加剧和全球变化导致植物在生长季同时受到高浓度地表臭氧(O3)和干旱的双重胁迫。为了探究两者对植物非结构性碳水化合物(TNC)积累和分配的影响,该实验采用开顶式气室研究了2种O3浓度(CF,过滤空气;NF40, NF (未过滤空气)+40nmol·mol–1O3)和2个水分处理(对照,充分灌溉;干旱,非充分灌溉)及其交互作用对杨树基因型‘546’(Populusdeltoides cv.‘55/56’×P. deltoides cv.‘Imperial’)叶片和细根中TNC及其组分(葡萄糖、果糖、蔗糖、多糖、总可溶性糖和淀粉)含量的影响。结果表明:O3浓度升高显著降低杨树叶片中淀粉和TNC的含量,增加葡萄糖、果糖和总可溶性糖含量,但对细根中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。干旱胁迫显著增加细根中果糖和多糖含量,降低蔗糖含量,但对叶片中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。充分灌溉下O3浓度升高显著增加了杨树叶片多糖和总可溶性糖含量,而干旱下O3浓度升高显著增加了TNC含量的根叶比。该研究结果发现O3主要影响叶片中TNC及各组分的含量,而干旱主要影响细根中TNC及各组分的含量。从杨树叶片TNC的响应来看,适度的水分限制有助于减缓O3的负面伤害。

  • 气候变化背景下近30年祁连山高寒荒漠分布时空变化

    关键词:高寒荒漠    时空差异    气候变化    遥感监测    祁连山    

    高寒荒漠作为青藏高原植被带谱的顶端类型广泛分布于祁连山高海拔地区,其生长和分布条件与周边区域差异明显,对气候变化的响应更为敏感,且研究较少。该文利用1990年以来的Landsat TM、OLI数据,采用决策树分类和人工目视解译方法,提取了祁连山高寒荒漠的分布范围。结合气候变化情况,综合分析了气候变化背景下近30年祁连山高寒荒漠分布的动态变化及其时空差异。结果表明:(1)近30年增温气候变化过程中,祁连山高寒荒漠分布范围呈萎缩趋势,萎缩速率约为348.3km2·a–1,萎缩变化幅度表现为西段>中段>东段,局部地段上存在扩张现象。上述现象导致高寒荒漠下界平均海拔以每10年约15 m的平均速率向更高海拔推进,向上推进幅度为西段>东段>中段;(2)受水热条件控制,近30年祁连山高寒荒漠分布动态变化集中分布在低坡度地区。由于水热背景条件的空间差异,祁连山东段和中段阳坡上高寒荒漠分布动态变化大于阴坡,而在祁连山西段表现相反;(3)1990年以来,祁连山增温显著,降水量微弱增加。在气候变化以及区域地形限制共同影响下,祁连山高寒荒漠分布变化时空差异明显,且过渡带上归一化植被指数与气温相关性高于降水量。以上结果表明,气候变化影响祁连山高寒荒漠分布动态变化及其空间差异,但气温是主要的影响因子,增温促进了高寒荒漠下接植被带主体高寒草甸的生长。

  • 氮添加对森林植物磷含量的影响及其机制

    关键词:氮添加    森林生态系统    植物磷含量    化学计量特征    影响机制    

    氮沉降对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响,尤其是加剧了植物生长的磷限制,从而使得氮沉降背景下植物磷含量变化备受关注。该文综述了氮添加对森林植物磷含量的影响,认为氮添加通过促进土壤磷酸酶活性进而提高土壤有效磷含量,有利于植物的磷吸收并增加植物磷含量。同时,森林植物磷含量对氮添加的响应还受物种、生活型以及施氮时间长短等因素的影响。基于森林植物磷含量对氮添加响应的差异性,该文进一步探讨氮富集背景下森林植物磷含量变化的可能机制:1)外源氮输入通过改变土壤中有效磷含量从而对植物磷的来源产生影响;2)通过影响植物的根系分泌物、菌根共生和根系形态结构等进而影响植物的磷吸收能力;3)通过影响植物的磷养分再分配、磷养分重吸收对植物磷利用效率产生影响。综上所述,外源氮输入使植物磷含量发生改变,首要原因是土壤有效磷含量的改变,其次是植物磷吸收能力和磷利用效率的改变起调控作用。

  • 长白山温带森林不同演替阶段群落功能性状的空间变化

    关键词:群落构建    功能性状    性状空间    空间尺度    

    群落构建机制研究是生态学研究的热点。长白山自然保护区拥有完整的原始阔叶红松林生态系统,近年来随着物种多样性丧失愈发严重,对该地区开展群落构建机制研究显得尤为重要。该研究以长白山不同演替阶段的3块5.2hm^2固定监测样地(次生杨桦林、次生针阔混交林、原始椴树红松林)为研究对象,通过采集样地内主要树种的6个关键功能性状(叶面积、比叶面积、叶片厚度、叶氮含量、叶磷含量、最大树高),分析不同空间尺度下(5 m×5 m, 10 m×10 m, 20 m×20 m, 30 m×30m, 40 m×40 m, 50 m×50 m和60 m×60 m)及不同演替阶段群落性状空间值的变化,结合零模型的模拟结果对长白山温带森林演替过程中的群落构建机制进行讨论。结果表明:种库大小对于研究结果具有重要影响。在较大的种库下,环境过滤作用影响显著。而在样地水平进行研究时,演替早期和中期,群落性状空间值与零模型模拟值无显著差异,在演替的晚期,群落性状空间值显著高于零模型模拟值。结合多个群落功能多样性指数分析发现,环境过滤和竞争作用共同决定该地区顶级群落的物种组成。在演替早期大量物种迁入,群落内物种间存在强烈的资源竞争,而随着演替进行,部分物种逐渐被竞争排除出群落,群落中的物种呈现明显的生态位分化,竞争作用是维持物种共存的主要机制。

  • 安徽大别山木本植物幼树小枝薄壁组织组成特征初探

    关键词:薄壁组织    谱系信号    木质部    器官    

    木本植物次生木质部轴向薄壁组织和射线薄壁组织在物质存储和转运等功能中起着重要的作用,剖析次生木质部薄壁组织组成有助于深入探究其功能,而小枝木质部薄壁组织组成特征还缺乏研究。该研究以天马国家级自然保护区内的18种木本植物幼树为研究对象,测算了各物种小枝木质部薄壁组织的组成含量并检测了其谱系信号,结合有关树干薄壁组织含量数据集,初步探讨木本植物小枝木质部薄壁组织含量特征。研究结果表明:(1) 18种木本植物幼树小枝的薄壁组织总含量为9.96%–18.56%,平均为14.80%;其中射线薄壁组织含量为7.74%–15.45%,高于轴向薄壁组织的含量(1.13%–7.49%);(2)小枝中薄壁组织总含量呈低于树干的趋势,其中小枝射线薄壁组织含量低于树干,而轴向薄壁组织含量高于树干,这可能是由器官差异和生活史阶段差异造成的;(3)轴向薄壁组织的含量具有显著的谱系信号,即物种亲缘关系越近其含量越相近。该研究初步验证了木本植物次生木质部薄壁组织的谱系信号,同时暗示了器官和生活史阶段差异对薄壁组织含量具有重要影响。

  • 刈割干扰和养分添加条件下Epichlo?内生真菌感染对羽茅所在群落多样性和生产力的影响

    关键词:内生真菌    羽茅    群落多样性    生产力    多度    

    Epichlo?内生真菌感染能够影响宿主植物的种内和种间竞争力,但目前关于内生真菌感染对宿主植物所在群落多样性和生产力影响的研究较少。该研究以感染(E+)和不感染(E–)内生真菌的羽茅(Achnatherum sibiricum)及其原生境中常见的5种植物构建人工群落,探究在不同养分水平和刈割条件下内生真菌对宿主植物群落的影响。结果表明:内生真菌对宿主植物群落多样性的影响同刈割与否有关。在无刈割条件下,内生真菌感染对宿主群落多样性无显著影响;在刈割条件下,内生真菌感染显著增加了宿主群落的多样性,其原因在于内生真菌感染显著增加了群落中多度较小的冰草(Agropyron cristatum)和大针茅(Stipa grandis)等的多度,而显著降低了优势种羊草(Leymus chinensis)的多度。内生真菌感染对群落生产力未见显著影响。研究发现养分添加对内生真菌作用的影响只出现在宿主植物水平,而对宿主植物所在群落未产生显著影响,内生真菌对宿主羽茅的促进作用只出现在养分添加条件下。

  • 模拟增温及分解界面对茭草凋落物分解速率及叶际微生物结构和功能的影响

    关键词:湿地生态系统    凋落物分解    叶际微生物    模拟增温    生境差异    

    挺水植物的凋落物是湿地生态系统物质循环的重要组成部分,阐明气候变暖以及生境差异对湿地挺水植物凋落物分解过程及叶际微生物的影响对揭示湿地生态系统关键物质循环过程具有重要意义。该研究以滇西北高原典型湿地优势挺水植物茭草(Zizania latifolia)为研究对象,采用凋落物袋法研究了茭草在模拟增温(1.5–2.0℃)及不同生境(大气界面、水界面与土界面)下的质量残留率和叶际微生物数量、结构组成与功能代谢特征。研究发现:模拟气候变暖及生境差异均显著影响凋落物的分解速率。经过一年的分解,凋落物在模拟增温环境下的质量残留率为66.4%,对照组的质量残留率为77.7%,增温组分解常数(k)值是对照组的1.64倍,而凋落物在水界面与土界面的质量残留率为42.2%和25.3%,其k值分别为大气界面的3.63和5.25倍,生境差异是影响湿地挺水植物凋落物分解速率的关键因素。模拟增温主要改变了凋落物叶际微生物的群落组成特征,而生境变化主要影响叶际微生物的绝对数量、微生物多样性、群落结构组成以及功能代谢活性。处于土界面的凋落物叶际微生物具有最高的群落功能代谢活性及醇类碳源利用程度。不同处理之间的植物叶际微生物特征与凋落物分解速率具有较好的一致性,为揭示湿地植物凋落物分解快慢的微生物驱动机制提供了重要的理论依据。

  • 亚热带常绿阔叶林散孔材和环孔材树种导管及叶片功能性状的比较

    关键词:环孔    散孔    叶片特征    生存策略    亚热带森林    

    植物导管结构特征对其自身的生存策略具有重要影响,但目前对于亚热带常绿阔叶林树种这方面的认识仍然不足。为了研究这一地区的植物导管特征与叶片功能性状之间的关系,该研究选择广东石门台自然保护区亚热带森林中两种优势种桂林栲(Castanopsis chinensis)和木荷(Schima superba),通过比较旱季(10月至次年3月)两树种的导管形态特征、叶片形态特征、叶片生理特征来研究环孔材树种和散孔材树种的功能性状差异。用独立样本t检验对两个树种的这些性状进行差异性分析。结果表明:1)木荷(散孔)导管密度显著高于桂林栲(环孔),而桂林栲导管的直径远大于木荷导管的直径。2)木荷叶片含水量(LWC)、叶绿素a/b值显著大于桂林栲,而气孔密度和比叶面积则显著低于桂林栲,两者气孔导度和光合速率并没有显著差异。以上结果表明,在亚热带森林中,环孔材树种桂林栲在温度高湿度低的干旱条件下,能够通过增加叶片比叶面积维持较高的光合能力,而另一方面,其叶片对干旱胁迫的耐受性较弱,而散孔材木荷则具有较好的光能转化能力和干旱耐受能力,这种差异性在降水格局变化逐渐加深的背景下,可能会引起森林群落结构发生分化。

  • 底座入土深度和面积对典型草原土壤呼吸测定结果的影响

    关键词:底座    净初级生产力    土壤温度    土壤含水量    克隆整合    季节动态    co2    结构方程模型    

    生态学家对土壤呼吸开展了大量研究,但很少评估'底座'对土壤呼吸测量结果的影响,特别是底座入土深度和面积对土壤呼吸测定结果的影响。为此,该研究在内蒙古典型草原设置了2个底座面积(15 cm×15 cm和30 cm×30 cm)和2个底座入土深度(2cm和5cm)处理,采用气室法在植物生长季对土壤呼吸进行了测定,分析评估了底座面积和入土深度对土壤呼吸测定结果的影响。结果显示:与底座入土较浅和面积较小的处理相比,底座入土较深和面积较大的处理,土壤呼吸测定值分别降低了8.0%–9.7%和9.1%–10.8%;这两个处理的底座内土壤温度显著升高,土壤含水量显著下降,地上净初级生产力显著降低。结构方程模型分析表明,底座入土较深、面积较大的处理,主要通过降低地上净初级生产力和土壤含水量,增加土壤温度,使土壤呼吸下降,各因子共同解释了土壤呼吸变异的89%。研究发现,在使用气室法测定土壤呼吸时,底座入土深度和面积对土壤呼吸测定结果具有显著影响,评估底座处理效应对准确测定土壤呼吸强度具有重要的意义。理论上,适当降低底座入土深度和底座面积大小,将有助于准确测定土壤呼吸。但在实践中,由于土壤异质性的影响,减少底座面积可能会增加新的测量误差,只能考虑适当降低底座入土深度。

  • 2017年相关中文期刊引证指标

    关键词:植物学    生态学报    生物学基础    

  • 中国蔷薇科植物多样性格局及其资源植物保护现状

    关键词:蔷薇科    物种多样性    水分因子    资源植物    植物多样性保护    自然保护区    

    蔷薇科(Rosaceae)是在中国广泛分布并具有重要经济价值的植物类群,但蔷薇科资源植物的物种多样性格局及其保护状况尚缺乏较系统的评估。该文旨在:1)整理中国蔷薇科资源植物名录,显示其物种多样性格局及热点地区,并探究这一格局的形成机制。2)评估中国蔷薇科资源植物的保护状况,为其保护规划提供基础数据。通过广泛收集整理《中国植物志》、省级植物志等资料中关于蔷薇科的记录,建立了中国蔷薇科物种名录(共914种),确定了物种的主要经济用途(包括食用植物、园林绿化植物、药用植物和水果种质资源),并建立了每种植物的高精度分布图。在此基础上,估算了蔷薇科全部物种及主要资源植物类别的物种多样性格局,并利用广义线性模型和冗余分析探讨了蔷薇科物种多样性格局与环境的关系。最后将物种分布与中国国家级和省级自然保护区进行叠加分析,评估了蔷薇科植物的保护现状。结果显示:1)四川盆地北部、东部和西部山区以及横断山区是中国蔷薇科植物的热点地区。2)蔷薇科植物多样性主要受水分因子影响。3)横断山区、云南东南部和西藏东南部等地是保护薄弱物种集中的区域,而悬钩子属(Rubus)等类群的保护不足。

  • 漓江河岸带植物功能性状变异与关联

    关键词:漓江    河岸带    功能性状    尺度变异    性状梯度分析    冗余分析    相关性    零模型    

    研究植物功能性状随环境梯度的变异和关联格局,对于认识不同环境梯度下群落构建和植物适应型具有重要意义。该研究以漓江河岸带不同河段植物群落为研究对象,调查了研究区内36个样方的物种组成,测量了样方内42种木本植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)和木材密度(WD)的功能性状值,并运用性状梯度分析法对3个功能性状进行群落内(α组分)和群落间(β组分)组分分解及相关性分析。结果表明:(1)群落平均LA表现为中游最小且和下游差异显著,群落平均WD则表现为中上游显著高于下游,群落平均SLA在两两河段间均差异显著。(2)不同河段的3个植物功能性状β组分差异显著且实际观测值均小于随机模拟的零模型分布,但α组分在河岸带不同河段均差异不显著且3个功能性状的α组分分布范围均小于β组分,说明在河岸带不同河段的群落构建过程中环境筛选的作用要大于群落内种间的相互作用。(3)性状SLA与LA在群落间和群落内呈现出实际观测和随机模拟的相关性均较低,暗示了LA和SLA各自代表了植物在不同生态策略上的维度;但SLA和WD实际观测值和随机模拟值呈现出较强的负相关关系,暗示这2个性状对于环境筛选表现出较高的整体趋同适应性,体现了植物功能性状对群落间环境变异的依赖性大于群落内种间相互作用的依赖性。

  • 荒漠草原猪毛蒿种群繁殖特征的土壤驱动因子分析

    关键词:荒漠草原    猪毛蒿    繁殖特征    土壤因子    冗余分析    

    繁殖是植物生命活动的重要环节,了解植物的繁殖特征是解释植物生态适应性和制定有效管理措施的重要依据。该研究以荒漠草原猪毛蒿(Artemisia scoparia)种群为研究对象,通过测定不同土壤类型的理化性质和猪毛蒿的繁殖特征,以期探讨影响其繁殖特征的主要土壤驱动因子。结果表明:灰钙土、风沙土和基岩风化残积土的水溶性碳含量、全氮含量、全磷含量、全盐含量、土壤水分含量、土壤硬度存在显著差异。猪毛蒿平均个体大小、单株头状花序的平均质量和数量均以灰钙土生境下最大,基岩风化残积土最小。繁殖分配在不同土壤类型下无显著差异,但与单个头状花序质量、单株头状花序数量和质量间呈极显著正相关关系。单株头状花序数量与单个头状花序质量间呈负相关关系。在风沙土生境下,单株头状花序质量主要受到土壤水溶性碳含量、土壤水分含量以及p H值的共同影响;单株头状花序数量受全盐含量的影响最大;繁殖分配和单个头状花序质量主要受全碳含量的影响。灰钙土生境下,单株头状花序质量与土壤水溶性碳含量、土壤水分含量和有机碳含量呈正相关关系;速效氮含量显著影响着单株头状花序数量。而基岩风化残积土生境下,繁殖特征的变异主要受到土壤水溶性碳含量、土壤硬度、土壤水分含量、全磷和速效磷含量的影响。综合分析发现,土壤因子对猪毛蒿繁殖特征的影响程度不同,其中单株头状花序数量和质量极显著地受到土壤水溶性碳含量和土壤水分含量的影响,繁殖分配和单个头状花序质量与土壤水溶性碳含量、土壤水分含量呈负相关关系。因此,土壤水溶性碳含量和土壤水分是荒漠草原地区影响猪毛蒿种群繁殖特征的主要土壤因子。

  • 2017年相关中文期刊引证指标

植物生态学报

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