为探讨鬼针草属(Bidens)入侵种的入侵性, 利用同质园种植实验比较了该属入侵种三叶鬼针草(Bidens pilosa)和大狼耙草(B. frondosa)与本地种金盏银盘(B. biternata)和狼耙草(B. tripartita)在光照与水分交互作用下的形态、生长、生物量分配、光合特征及其表型可塑性的差异。结果表明: 入侵种的株高和生物量在低光低水条件下与本地种相似, 在有利的光照和水分条件(高光高水)下显著高于本地种, 相对生长速率在高光条件下均高于本地种。入侵种在高光处理下增加了对地下部分的资源投入, 在低光处理下增加了对叶的投入, 且低光低水条件下比叶面积显著高于本地种。这些特性可能提高了入侵种对资源的捕获和利用能力, 使其既能耐受不利的环境, 又能在有利的条件下表现最大化。入侵种和本地种的形态、生长和光合生理等参数对水分变化的可塑性指数均较小, 对光照变化的可塑性指数均较大。入侵种的多数变量对光照响应的可塑性指数大于本地种, 较大的表型可塑性可能促进其成功入侵。另外, 入侵种和本地种的光合生理参数无显著差异。相对于光合特征, 形态、生长、生物量分配和表型可塑性等可能对鬼针草属入侵种的入侵性更为重要。

薇甘菊(Mikania micrantha)是华南地区危害最严重的外来入侵杂草, 对天然次生林及其他生境造成了极大危害。为了探明本地植物粉葛(Pueraria lobata var. thomsonii)对薇甘菊进行替代控制的可能性, 本实验设置了3个水分水平(土壤含水量低于10%、60-70%和120-130%)分别模拟干旱、正常水分(对照)和涝害, 比较了粉葛与薇甘菊对干旱和涝害胁迫的生理响应差异。结果表明, 在干旱胁迫条件下, 薇甘菊的总生物量显著降低, 为对照的72%。在涝害胁迫条件下, 粉葛的总生物量与对照相比上升了16%, 薇甘菊则下降了15%。在干旱条件下, 粉葛的根冠比、叶绿素含量均显著高于对照(P < 0.05), 恢复正常水分后仍维持在较高水平; 薇甘菊的根冠比则与对照无显著差异(P > 0.05), 仅叶绿素含量显著高于对照(P < 0.05), 在恢复正常水分后低于正常水平。这可能与粉葛体内积累了较多的渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖有关。在涝害条件下, 粉葛的丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量约为对照的2.1倍, 薇甘菊则为对照的3.0倍; 恢复正常水平后, 薇甘菊和粉葛的MDA含量仍维持在较高水平, 分别为对照组的1.72倍和1.45倍, 显示粉葛受涝害影响的膜脂过氧化水平低于薇甘菊。可见, 粉葛比薇甘菊有更强的抗干旱能力和抗涝害能力, 对水分胁迫有更强的抗逆性, 抵抗力指数也印证了这一点。这为选用粉葛对华南地区天然次生林林缘或林窗生境薇甘菊的替代控制提供了理论支持。

竞争力增强进化假说(Evolution of Increased Competitive Ability, EICA)认为入侵植物在入侵地由于天敌逃逸导致对天敌防御投入降低而增加生长和繁殖等投入。然而, EICA假说所预测防御能力的进化主要集中在防御的组成抗性方面, 而从诱导抗性和耐受性的角度进行的验证还很有限, 并且忽视了生境资源可利用性对植物防御策略的影响。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)原产地(阿根廷)和入侵地(美国)各9个种群, 在高、低养分和有、无专食性天敌取食处理下的防御相关功能性状(比茎长、根冠比)及其对天敌取食的诱导反应, 以及它们与植物适合度相关指标的关系。结果表明: 入侵地种群具有较高的总生物量(+14.7%)、较低的比茎长(防御钻茎化蛹天敌的重要指标, -27.5%), 暗示其个体大小增加而防御投入降低, 符合EICA假说的预测。入侵地种群耐受性与原产地种群没有显著差异。在高养分下, 入侵地种群的比茎长对专食性天敌取食的诱导反应显著增加, 且与总生物量呈显著正相关。这些结果表明, 相比原产地种群, 入侵地种群具有更高的生物量, 对专食性天敌的组成抗性降低, 且在高养分下对专食性天敌的诱导抗性增加, 推测生境的养分富集可能会降低喜旱莲子草的生物防治效果。

外来入侵植物对入侵地的生态系统与社会经济可造成严重的威胁。如何控制入侵植物对自然资源的危害, 向人类提出了极大的挑战。利用原产地的专食性天敌来控制入侵植物已被广泛证明是一种经济、可持续的生物防治手段。在全球气候变暖的背景下, 生物防治研究的关键问题是全面了解物种的潜在分布区和传播范围, 进而优化入侵植物的生物防治方案。本研究利用生物地理模型, 通过预测两种生物防治昆虫和它们的组合在东亚地区的适宜分布区, 预测豚草(Ambrosia artemisiifolia)的生物防治区域。豚草原产北美, 目前已经入侵全球多个国家和地区。20世纪末, 豚草条纹叶甲(Ophraella communa)和豚草卷蛾(Epiblema strenuana)作为豚草的生物防治昆虫从原产地引入到东亚地区。本研究旨在探讨如下问题: (1)在豚草的适宜生长分布区内, 有多少区域也同样适宜其两种天敌的生存?(2)在目前和未来的气候背景下, 有多少区域适宜豚草生长但是不适宜它的两种天敌生长?(3)在这些适宜豚草生长却不适宜两种昆虫天敌生长的区域内, 需要选择哪些特定的生物型进行投放?为此, 我们基于入侵植物和两种生物防治昆虫的全球分布记录及其分布点的重要生物气候因子, 同时模拟了入侵植物及其两种生物防治天敌在东亚地区的分布范围。排序技术被用来探索气候因子对每个物种的限制作用, 同时也用来检验豚草在北美和东亚地区的生态位重叠和相似性。结果表明, 在当前和未来的气候背景下, 相较于豚草卷蛾, 豚草条纹叶甲与豚草的地理分布范围更加吻合(当前气候: 40.3% vs. 21.6%, 未来气候: 29.8% vs. 20.3%)。气候变化可能会导致两种生物防治天敌(尤其是豚草条纹叶甲)的地理分布与豚草的地理分布的重叠区域减少(42.9% vs. 29.9%)。本研究同时提出了温度和降水等气候因子可用于为特殊区域(生物防治天敌未覆盖的豚草分布区)筛选生物防治天敌的相应株系。

入侵植物在全球范围的快速扩张导致了全球生物多样性的快速丧失, 这使得对其入侵机理的研究更具有现实性与紧迫性。在入侵生态学中, 以往的关注重点多集中于宏观有机体上, 但是越来越多的研究表明, 入侵植物与土壤微生物之间的相互作用关系深刻影响着入侵植物的适应性和竞争力, 在其成功入侵的过程中发挥着重要的作用。现阶段, 在土壤微生物参与的植物入侵研究中, 将微生物分为3个主要类群, 即病原微生物(microbial pathogens)、共生微生物(mutualistic microbes)和腐生微生物(saprotrophic microbes)。本文从该3个类群出发总结了土壤微生物与入侵植物之间的相互关系, 探讨其对外来植物入侵性的影响。另外, 以往的研究多单独围绕总体层次或某一维度而展开, 往往不能深入系统地揭示外来植物的入侵机理。然而, 在陆地生态系统中, 植物与微生物的相互作用关系主要始于根系, 植物的根际为微生物提供了多样的异质性栖息环境(根际土壤、根表和内生环境), 并塑造了其功能的多样性。作者建议, 今后关于土壤微生物对入侵植物影响的研究, 在借鉴快速发展的高通量测序技术拓展研究的深度和广度的同时, 同样需要注意根际微生境与宏观功能特性的结合与统一, 并建立系统而又可重复性的研究模式, 从现象特征的描述向机理阐述方向发展。

为深入认识干旱半干旱地区生物多样性的形成机制, 本文基于2012-2015年对内蒙古西部的温带草原、温带灌丛、草甸和荒漠4种植被型调查获取的74个样地数据, 对比了不同植被型的物种多样性差异, 分析了不同环境因子对内蒙古西部自然植被物种多样性的影响。结果表明: (1)综合Simpson指数、Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数分析, 内蒙古西部温带草原和草甸的物种多样性相近, 在4种植被型中最高, 荒漠的物种多样性最低。(2) Pearson相关分析结果表明, 气候因子中, 年均温、年降水量、潜在蒸散量和最冷月均温对群落物种多样性均具有显著影响, 其中Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数均与年均温、潜在蒸散量呈显著的负相关关系, 前两者还与年降水量呈显著的正相关关系, 各气候因子对Pielou均匀度指数的影响均不显著。(3)土壤化学性质中的土壤pH值、有机碳和全氮含量均对物种多样性有显著影响。(4)多元回归分析发现, 潜在蒸散量和土壤有机碳含量是影响Patrick丰富度指数和Shannon-Wiener指数的主导因子, 而Simpson指数的主导因子仅为土壤有机碳含量, Pielou均匀度指数的主导因子为土壤全氮含量。

物种相异性(species dissimilarity)主要反映了群落物种组成的时空变化, 其与随机和确定性因素之间的关系能揭示群落构建及生物多样性形成和维持的机理。本文以独龙江流域植物群落为研究对象, 以群落间Jaccard物种相异性指数为指标, 分析它同地理距离、气候和海拔差异之间的关系及各类因子影响的权重。结果表明, 群落间Jaccard物种相异性指数变化范围为0.42-1, 且随自然对数转换的地理距离、海拔和气候差异(多年日平均温度, 年平均降水量)的增大而呈显著的线性增加趋势; 地理距离、气候差异和海拔差异可以解释独龙江流域群落物种相异性指数将近30%的变异。地理距离单独解释度为18.80%, 气候差异和海拔差异分别可以解释3.47%和0.10%。研究结果表明, 独龙江流域群落物种在空间上的更替是环境限制和扩散限制综合作用的结果。群落间物种相异性较大, 且影响物种更替的因素中地理距离占有较大的权重, 说明在对该地区进行生物多样性保护时, 在综合考虑环境因素影响的基础上, 还应充分考虑地形的阻隔作用和繁殖体扩散能力的大小。

我国早期的动物地理区划主要依靠专家知识和经验, 缺乏系统的定量分析, 而且部分基本区划单元内的动物生态成分差异仍然较大, 使其在野生动物保护管理应用中受到一定限制。为满足野生动物保护管理的需要, 尤其为满足全国第二次陆生野生动物资源调查的需要, 我们在张荣祖“中国动物地理区划”的基础上, 进行了全国野生动物调查单元区划。将全国陆地区域划分为5 km × 5 km的网格, 基于1,784种陆栖脊椎动物(262种两栖动物、358种爬行动物、814种鸟类、350种兽类)的分布数据, 对各网格内的动物分布型比例及自然环境因子进行聚类分析。根据聚类结果, 并结合指示物种的分布情况以及省级行政区划界线, 将全国划分为2界7区19亚区54个动物地理省239个生态地理单元310个调查单元。与张荣祖“中国动物地理区划”方案相比, 界、区、亚区、动物地理省的数量一致, 边界走向基本一致, 但也有一些界线不同, 而且增加了“生态地理单元”和“调查单元” 2级区划单元。

武夷山脉-仙霞岭是长江鄱阳湖水系与我国东部独流入海的钱塘江、瓯江、闽江和韩江等水系的分水岭, 是中国陆地生物多样性保护的关键地区之一。本文对武夷山-仙霞岭地区5个水系的111个上游江段鱼类进行了采集, 获得标本13,000余号, 并结合文献资料对该地区的鱼类区系作了分析。结果显示, 该地区共分布有鱼类282种, 其中纯淡水土著鱼类239种, 隶属于6目23科101属。鲤形目、鲈形目、鲇形目各有181种、29种和22种, 分别占纯淡水鱼类的75.73%、12.13%和9.21%, 是本地区鱼类组成的主体。东亚特有的江河平原鱼类和南亚暖水性鱼类各有109种和51种, 分别占纯淡水鱼类的45.61%和21.34%。5个水系之间鱼类的共有种较多, 平均相似度均在50%以上。但东部4条独流入海河流, 自北往南江河平原鱼类所占比例逐渐下降, 而南亚暖水性鱼类则逐渐增加。鱼类区系的聚类分析显示, 鄱阳湖、钱塘江、瓯江和闽江聚为一类, 韩江单独构成另一类。分析表明, 武夷山脉-仙霞岭并没有对淡水鱼类形成很强的阻隔作用, 整个区域都是东洋区的组成部分。但鉴于已经出现的一些南北差异, 本文认为可以将东南部的韩江水系划归南东亚亚区的华南小区, 鄱阳湖水系与钱塘江、瓯江和闽江水系划归华东小区。

中国东北温带针阔混交林是暖温带植被与寒温带植被的交错区, 是研究第四纪气候变化对遗传格局影响的关键区域。古植被重建研究显示, 在末次冰盛期时, 针阔混交林向南退缩至25°-30° N之间。然而, 谱系地理研究则表明针阔混交林植物在末次冰盛期时可在35° N以北的一个或多个避难所中原地存活。长白山和朝鲜半岛是针阔混交林植物最重要的两个避难所, 在其他区域还可能存在多个避难所, 最北可达小兴安岭和俄罗斯远东地区。在避难所种群间冰期或冰期后发生扩张的过程中, 形成了复杂的遗传多样性分布模式。单个避难所向北扩张的种群历史并不一定导致种群内遗传多样性随纬度升高而显著降低。在多个避难所模式下, 种群内遗传多样性一般呈均匀分布。以往研究揭示了第四纪, 尤其是末次冰盛期对针阔混交林植物进化历史的影响, 但仍主要是乔木成分, 且集中于单一物种。因此, 东北和南方地区近缘种或姊妹种的适应性进化比较及针阔混交林的群落构建机制检验是未来研究的两个发展趋势。