植物可以通过关键功能性状的表型可塑性来适应气候变暖背景下环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说(evolution of increased phenotypic plasticity hypothesis)认为外来植物在引入地进化出了更强的表型可塑性。以往对该假说的验证多集中于外来植物对光照、水分、养分、邻体以及天敌等的可塑性进化, 而对增温条件下植物生长和功能性状可塑性进化的研究相对较少。仅有的几项研究多集中在温带地区, 且多集中于研究植物生长相关的性状, 而对植物的抗性和草食作用对增温的响应的关注相对较少。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)引入地(中国)和原产地(阿根廷)各8个种群的生物量、功能性状和草食作用在热带地区(广州市增城区)对模拟全天增温2℃的响应差异。结果表明: (1)模拟全天增温显著降低了喜旱莲子草总生物量(-7.8%)、贮藏根生物量(-12.8%)、分枝强度(-11.6%)和茎端取食率(-34.4%)。(2)模拟全天增温造成的引入地种群总生物量降低幅度大于原产地种群; 模拟全天增温使引入地种群的比茎长和茎端取食率降低, 而原产地种群则相反。(3)无论是否模拟全天增温, 引入地种群的贮藏根生物量(+31.5%)、分枝强度(+38.5%)、比茎长(+30.2%)、根冠比(+24.5%)和比叶面积(+20.0%)均高于原产地种群, 茎端取食率则低于原产地种群(-35.8%)。这些结果表明, 热带地区全天增温2℃对喜旱莲子草是一种胁迫; 引入地种群的生物量对模拟全天增温2℃的响应更强, 而其株形相关性状(比茎长)和草食作用(茎端取食率)对模拟全天增温的可塑性方向与原产地种群相反。由于引入地种群在热带地区模拟全天增温条件下生物量的下降和草食作用的增加明显高于原产地种群, 因此在未来全球气候变暖的背景下, 热带地区温度升高可能不利于喜旱莲子草种群多度的增加。

归化是入侵的前期阶段, 对归化植物的深入研究是科学管理外来物种的基本前提, 有助于预防外来植物造成入侵危害, 区域性归化植物的研究对地方外来植物的管理与防治对策的制定具有重要的指导意义。本文基于文献报道、标本信息和分类学考证, 特别是于2014-2019年对华东地区(安徽省、福建省、江苏省、江西省、山东省、上海市和浙江省)归化植物的全面调查, 统计分析了华东地区归化植物的物种组成和分布格局, 并对其首次引入(或发现)地、引入时间和引入途径进行综合分析。结果表明, 华东地区有归化植物62科181属299种, 总体上呈现种类丰富、以草本植物为主、原产于美洲的种类多、引入途径集中等特征。在空间尺度上, 福建省的物种多样性明显高于其他省市, 且仅分布于该省的种类也最多(达57种, 占总种数的19.1%), 其他省市之间则差别不大。对外交流程度和原产地与归化地之间的气候相似性可能是影响归化植物多样性和空间分布格局的主要因素。在时间尺度上, 1850年之后, 华东地区的归化植物呈现出指数增长的趋势, 增长速率达1.5种/年, 且当前正处于快速增长阶段; 21世纪以来, 80%以上的归化植物来自于无意引入的物种, 这提示我们需要对此特别关注。华东地区作为对外交流的重要区域, 面临着外来植物输入以及归化并造成入侵的双重压力, 因此需对该地区的热点地区如口岸、港口等地加强出入境监管, 同时构建一套行之有效的外来植物风险评估体系, 这是开展外来物种风险管理的基础, 也是预防外来物种入侵的有效手段之一。

林窗环境异质性导致群落物种多样性与系统发育多样性(phylogenetic diversity, PD)存在差异, 研究不同大小的林窗中群落的物种多样性与系统发育多样性有助于揭示林下生物多样性的形成及维持机制。本文以格氏栲(Castanopsis kawakamii)天然林为研究对象, 通过Pearson相关性分析与广义线性模型探讨了林窗内物种多样性与系统发育多样性间的相互关系及其环境影响因素。结果表明: (1)大林窗(面积 > 200 m²)植物种类及多度均高于中林窗(50 m² ≤ 面积 < 100 m²)、小林窗(30 m² ≤ 面积 < 50 m²)和非林窗(面积 = 100 m²)。大林窗群落系统发育结构趋于发散, 中、小林窗和非林窗群落系统发育结构受到生境过滤和竞争排斥综合作用。(2)群落系统发育多样性指数与物种丰富度(species richness, SR)、Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener指数均呈显著正相关, 这与林窗内稀有种种类组成多于优势种有关。(3)林窗面积对物种多样性存在显著正效应; 土壤全氮含量对系统发育多样性和系统发育结构存在显著正效应。林窗形成提高了格氏栲天然林群落物种多样性和系统发育多样性, 林窗面积与土壤全氮共同驱动了格氏栲天然林林窗物种多样性和系统发育多样性的变化。

生境的破坏及其片断化是生物多样性丧失的主要原因, 了解生境片断化对植物种群动态的影响十分必要。本文比较分析了不同大小生境片断(5 ha和15 ha)和连续森林中濒危植物景东翅子树(Pterospermum kingtungense)种群的结构与动态, 目的是明确影响景东翅子树种群动态的关键生活史阶段及其种群保护的目标, 为濒危植物种群保护和管理策略的制定提供科学依据。在上述3种生境中分别设立3个50 m × 100 m的1.5 ha固定样地, 调查景东翅子树所有个体的胸径(其中幼苗和幼树为地径)和高度、个体的存活及幼苗的补充情况。基于上述统计参数, 建立预测种群动态的Lefkovitch矩阵模型, 同时应用矩阵模型的弹性分析方法量化种群统计参数对种群增长率的相对贡献。结果表明: (1)在5 ha和15 ha生境片断及连续森林各1.5 ha的样地中, 2018年首次调查到景东翅子树的个体数分别为34、82和88株, 2019年复查时的个体数分别为33、82和87株。3种生境中景东翅子树种群的年龄结构均以幼树为主, 但5 ha生境片断森林缺乏幼苗和大树(包括成树和亚成树), 而15 ha生境片断森林幼苗较丰富。(2)在3种生境中景东翅子树种群的增长率等于1 (15 ha生境片断)或趋近于1 (5 ha生境片断和连续森林), 说明不同生境中的景东翅子树种群比较稳定, 这主要是因为其各生活史阶段的存活率均较高。(3)景东翅子树成树和亚成树阶段的存活率对种群增长率的贡献最大, 是影响其种群动态的关键生活史阶段。因此对于大树(包括成树和亚成树)的保护是极度濒危植物景东翅子树种群维持的关键。研究结果揭示小生境片断降低了景东翅子树种群的数量, 改变了种群的结构, 但对种群动态的影响效应尚未显现。因此对于这些小生境片断中濒危植物种群的保护和恢复是可行的, 也是有价值的。

如何便捷准确地测量树高一直是林学及群落生态学所关心的问题。由于木材密度与树木生长密切相关, 因此基于木材密度建立树高曲线模型能够为测量树高提供新的方法。本文以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林1.44 ha塔吊样地内119个物种的4,032个个体为研究对象, 利用树高、胸径和木材密度数据来探究基于枝条木材密度分级的树高曲线模型。首先, 对个体进行随机抽样, 将其划分为建模样本(占总样本量的70%)和检验样本(占总样本量的30%), 并通过聚类分析将所有个体的木材密度划分为4级。其次, 基于建模样本利用常见的5种理论生长方程(Richards、Korf、Logistic、Gompertz和Weibull方程)对不同分级建立树高-胸径模型; 基于检验样本检验模型精度, 并确定各分级的最适模型。最后, 构建基于物种分类的树高曲线模型, 并比较其与木材密度分级模型的差异。结果表明: 基于木材密度分级的模型, 各分级小组检验样本的平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)最小值所对应的模型类型与建模样本结果一致, 确定Gompertz模型和Weibull模型为鼎湖山南亚热带常绿阔叶林最适树高模型类型。比较基于木材密度分级的模型与基于物种分类的模型, 发现二者的MAE、RMSE指数差异小。综上, 基于木材密度分级的树高曲线模型对树高估测精度高, 使用方便, 为树高预测提供了新方法, 可以更好服务森林调查等生产实践。

蜘蛛作为草原生态系统中的主要消费者, 对维系草原生物多样性和生态系统功能具有重大意义。放牧是人类利用草原最普遍的方式, 了解放牧对蜘蛛多样性的影响具有重要生态学意义。本研究调查了内蒙古赛罕乌拉草原上5个不同放牧强度样地中的蜘蛛多样性, 通过单因素方差分析(one-way analysis of variance)比较各样地中的蜘蛛多样性, 非度量多维标度分析(non-metric multidimensional scale, NMDS)和相似性分析(analysis of similarities, ANOSIM)比较各样地间的蜘蛛物种组成相似性, 再结合相关性分析探讨了植被高度对蜘蛛多样性的影响。结果表明: 重度放牧强度样地的蜘蛛多样性显著低于其他未放牧及轻度放牧样地; 具体到常见科上, 放牧强度对织网型的园蛛物种数和个体数影响显著, 而对游猎型的狼蛛、跳蛛却不明显; 织网型蜘蛛主要受植被结构影响, 而游猎型蜘蛛更可能受潜在猎物可得性的影响。NMDS分析表明不同放牧强度下, 蜘蛛类群的物种组成呈现明显的梯度变化, 放牧强度越低, 物种组成和未放牧样地越相近。相关性分析表明草原植被高度与蜘蛛多样性总体上呈正相关关系, 即植被高度越高, 蜘蛛多样性越高。其中依靠植物构建蛛网的园蛛科和在植物上层伏击猎物的蟹蛛科、逍遥蛛科等与植被高度显著相关。这说明植物资源及其空间异质性可能对草原蜘蛛多样性起着主导作用。因此, 降低放牧强度有助于保护草原蜘蛛群落的多样性, 特别有利于织网型蜘蛛。

农田节肢动物多样性具有病虫害控制、传粉等价值, 选择一种或多种适宜、准确且高效的取样方法和指示类群来衡量农田节肢动物多样性是一项基础性工作。本文通过地表陷阱法、挂盆陷阱法、扫网法、目测计数法和吸虫器法在有机管理和常规管理农田区的不同农业生境类型中取样, 比较不同方法对不同生物类群的捕获效率、经济成本、响应敏感性等。研究发现在捕获效率方面, 地陷法和挂盆法最高, 其次是扫网法, 而吸虫器法和目测计数法较差。挂盆法对步甲、蜘蛛、蜂类和瓢虫类群的捕获效率较佳。陷阱法主要适用于蜘蛛和步甲的取样, 扫网法也可用于蜘蛛和瓢虫的取样。在经济成本方面, 地陷法的成本最低, 扫网法的总成本最高。每种取样方法下仅有个别类群个体数量具有较好的响应敏感性, 如地陷法的蜘蛛目个体数和步甲科个体数、挂盆法的总个体数、蜂类个体数和瓢虫科个体数、扫网法的直翅目个体数和半翅目个体数等。在此基础上, 综合类群经济价值, 操作难易, 类群鉴定难度, 被动取样程度, 是否受取样人影响等比较发现: 地陷法对步甲和蜘蛛的取样的综合效果最佳, 而不同取样方法下多种类群的组合能更好地监测和评价农田节肢动物多样性的整体情况。地陷法捕获步甲或/和蜘蛛以及挂盆法调查蜂类的组合是基于本研究得出的调查农田节肢动物多样性的最佳组合。

为探明转BPH9和Bar基因抗褐飞虱耐除草剂水稻‘H23’对非靶标生物安全性的影响, 本文以‘H23’的非转基因亲本改良的‘广占63-4S’为对照, 比较二者对二化螟(Chilo suppressalis)、大型蚤(Daphnia magna)和赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)的影响。其中, 对二化螟采用水稻稻苗饲养法, 观察接虫后6 d二化螟的存活情况, 并称取活虫体重; 对大型蚤采用水稻粉液饲喂法, 考察28 d大型蚤的存活率、繁殖数等指标; 对赤子爱胜蚓则用添加水稻秸秆的人工土壤培养法, 考察28 d内赤子爱胜蚓的存活、体重和行为情况。结果表明, 与受体对照‘广占63-4S’相比, 转BPH9和Bar基因抗褐飞虱耐除草剂水稻‘H23’对二化螟、大型蚤和赤子爱胜蚓均无显著影响, 可以认为, 短期内转BPH9和Bar基因水稻‘H23’对这3种非靶标生物无明显的生态风险。

全球气候变化对生态系统的影响是人类社会面临的紧迫而又严峻的挑战。气候变化带来的极端气候事件的增多, 直接影响到生态系统生产力和服务功能。本文总结了气候变化对植物-传粉昆虫互作的研究进展, 强调植物-传粉昆虫互作网络结构和其时空演变的解析, 以及互作关系和功能性状重组研究的重要性。近年来在气温持续上升背景下对植物-传粉昆虫互作关系影响的研究也受到了更多关注, 这些研究主要集中在两方面: 一是植物和传粉昆虫分布区的变化, 包括部分种群可能灭绝; 二是物候的变化, 即植物花期和传粉昆虫活动期的改变。植物与传粉昆虫任何一方在空间或时间上的改变, 都会导致传粉关系的错配或丢失。此外, 也可能导致植物-传粉昆虫双方的功能性状及其耦合的改变, 从而影响其互作关系的稳定。建议在今后的研究中关注: (1)覆盖生物多样性的多个尺度的研究; (2)对植物-传粉者互作网络的长期监测; (3)重要指示物种繁殖适合度评价; (4)植物-传粉昆虫互作双方功能性状在时间和空间尺度上的变化, 及其互作关系的重组; (5)关键植物和传粉昆虫类群的评估和保护。

社会性的出现是生物演化过程中的重要革新, 理解社会性的演化和调控机制具有重要的理论和实际意义。社会性昆虫的个体间有着明显的级型分化和劳动分工, 这有利于它们适应复杂的环境变化。理解社会性昆虫如何产生不同的形态、行为和生活史特性, 一直是进化和发育生物学的重要目标。随着测序技术的不断更新及生物信息学的快速发展, 已经有众多关于社会性昆虫级型和行为分化机制的研究报道。本文通过整理社会性昆虫研究的已有成果, 从环境因素、生理调控和分子机制等方面对社会性昆虫级型和行为分化机制相关研究进展进行了综述, 并对未来的研究方向做出了展望。根据现有证据, 社会性昆虫所生活的生物环境(食物营养、信息素、表皮碳氢化合物)和非生物环境(温度、气候等)均能直接或间接影响社会性昆虫级型和行为的分化; 保幼激素、蜕皮激素、类胰岛素及生物胺等内分泌激素和神经激素对社会性昆虫的级型和行为分化也有重要的调控作用; 此外, 遗传因素、新基因等DNA序列或基因组结构上的变化以及表观遗传修饰、基因的差异表达等基因调控机制均能不同程度地影响社会性昆虫的行为分化。本文建议加强昆虫纲其他社会性类群如半翅目蚜虫和缨翅目蓟马等的社会性行为及其演化机制的研究, 以加深对社会性昆虫起源及其行为演化的理解和认识。

种群扩散能够避免生物类群在同一栖息地中的资源竞争和同类相残, 促进基因流动, 具有重要的进化和生态意义。相比于昆虫的迁飞行为, 某些不具翅的节肢动物也能够借助细丝的作用而实现远距离扩散, 即飞航。蜘蛛为肉食性动物, 是陆地生态系统的重要组成部分, 在生态系统中防控害虫方面作用显著。飞航是蜘蛛的一种重要扩散方式, 在其物种形成、生态位分化及害虫防控等方面具有重要意义, 但有关其飞航扩散的报道较少。本文回顾了蜘蛛飞航的研究历程, 大致可分为三个阶段; 总结了其研究现状, 包括飞航蜘蛛的优势类群及特征、飞航过程中的三个环节(即起飞、空中航行和降落)及影响因子、两种飞航机制及四种相关模型、飞航蜘蛛采集和研究方法。同时基于过往研究, 指出了未来蜘蛛飞航研究的重点领域: 加强飞航蜘蛛类群鉴定工作, 继续深度挖掘飞航数据与环境因子间的关系, 探索蜘蛛飞航的全过程(包括起飞、空中航行和降落), 更加明确蜘蛛飞航作为一种扩散方式的意义。本综述将为蜘蛛飞航的知识普及、资源保护和利用等方面提供重要参考。

基于生态系统的海洋管理采用生态边界而非行政边界来指导管理实践, 海洋生境制图旨在探寻海洋环境与生物群落/物种的分布规律, 从而为生物多样性保护和海洋空间规划等管理行动提供可以依循的生态边界。海洋生境制图是科研监测数据通往管理决策应用的有效途径, 近年来已成为海洋生态保护与管理领域的国际研究热点, 但我国对于海洋生境制图的研究才刚刚起步。本文对海洋生境制图的国内外研究进展进行了综述, 介绍了海洋生境制图的定义和内涵, 明确了海洋生境制图的步骤及其在生态系统管理中的应用; 系统阐述了海洋生境制图的主要研究方法, 从生境分类方案、生境分区和生态特征描述等方面对海洋生境制图的研究过程及采用的分析方法进行了总结; 全面梳理了国内外的代表性海洋生境制图研究案例, 对各国已开发的海洋生境分类分区体系进行了对比和评述, 总结了共性特征; 最后提出研究建议, 对我国开展海洋生境制图研究的前景进行展望, 以期为我国的海洋生态空间管理工作提供科学依据和参考。

在世界范围内, 目前被描述的苔藓超过20,000种, 因而, 苔藓植物成为多样性仅次于被子植物的第二大高等植物类群。西双版纳是世界生物多样性保护的关键和热点地区, 然而, 关于该地区苔藓植物多样性的认识却非常有限。为此, 本文结合野外调查和文献收集的方法, 编制了西双版纳苔藓植物名录, 并对其多样性和受威胁状况进行了初步分析。本次调查共采集苔藓植物标本307份, 最终有效鉴定37科70属101种, 其中有5种新记录种。综合野外调查与文献资料, 西双版纳地区共有苔藓植物82科233属661种(含种下分类单元), 占云南省苔藓植物种数的34.7%, 占全国的20.5%。其中苔类30科54属200种、角苔类3科7属12种、藓类49科172属449种, 包括9个东亚特有属、1个中国特有属和26个中国特有种。不同区域尺度、不同时期的红色名录中对西双版纳地区苔藓植物受威胁状况评估结果不同。西双版纳地区苔藓植物物种多样性存在被低估的可能, 随着未来调查区域的扩大和深入, 可能会有更多的苔藓物种被发现。本研究为进一步深入研究该地区苔藓植物区系、保护及利用提供了基础数据。

为了调查四川白河国家级自然保护区及其周边区域兽类及鸟类多样性, 2018年11月至2019年9月, 我们利用GIS将调查区域划分成1 km × 1 km的网格, 并布设了110台红外相机, 每3-6个月回收一次数据。累计获得19,748个相机工作日, 采集可辨别鸟兽照片和视频55,858份, 独立有效探测6,856次, 共记录到野生兽类4目12科17种, 鸟类5目12科33种。其中, 国家I级重点保护野生动物5种, 即川金丝猴(Rhinopithecus roxellana)、林麝(Moschus berezovskii)、四川羚牛(Budorcas tibetanus)、红喉雉鹑(Tetraophasis obscurus)和绿尾虹雉(Lophophorus lhuysii); 国家II级重点保护野生动物有黑熊(Ursus thibetanus)、黄喉貂(Martes flavigula)和中华斑羚(Naemorhedus griseus)等15种, 合计占野生物种总数的40.0%; 被IUCN红色名录评估为濒危(EN)的2种, 易危(VU)的5种, 近危(NT)的2种, 合计占野生物种总数的18.0%; 被《中国脊椎动物红色名录》评估为极危(CR)的1种, 濒危(EN)的1种, 易危(VU)的8种, 近危(NT)的9种, 合计占野生物种总数的38.0%。相对多度指数较高的前5种兽类为毛冠鹿(Elaphodus cephalophus)、猪獾(Arctonyx collaris)、岩松鼠(Sciurotamias davidianus)、野猪(Sus scrofa)和川金丝猴, 相对多度指数较高的前5种鸟类为红腹角雉(Tragopan temminckii)、红嘴蓝鹊(Urocissa erythrorhyncha)、紫啸鸫(Myophonus caeruleus)、勺鸡(Pucrasia macrolopha)和橙翅噪鹛(Trochalopteron elliotii)。本调查为白河国家级自然保护区鸟兽多样性研究提供了基础数据, 为后续保护区的保护和管理工作提供了支持。