植物功能性状能够反映植物对环境变化的响应, 从而影响生态系统功能。叶片是植物功能性状的重要研究对象, 但随着树冠垂直高度的增加, 植物叶片功能性状的变化规律仍不清楚。为了更好地解释植物对所处环境的响应机制, 本研究以鼎湖山南亚热带常绿阔叶林6个优势树种为研究对象, 对这些树种不同冠层高度的叶片比叶面积(SLA)、叶绿素相对含量(SPAD)、叶干物质含量(LDMC)、叶片碳含量(LCC)、叶片氮含量(LNC)、叶片磷含量(LPC)、叶片氮磷比(N : P)、等效水厚度(EWT)、氮平衡指数(NBI)、类黄酮含量(FLAV)共10个功能性状指标进行比较分析。结果表明: (1)随树冠垂直高度的增加, 叶干物质含量、类黄酮含量、等效水厚度和叶片磷含量呈增加趋势, 比叶面积和氮平衡指数呈减小趋势; 在冠层垂直方向上, 类黄酮含量与氮平衡指数、比叶面积与等效水厚度呈极显著负相关, 叶片氮含量与叶片磷含量呈极显著正相关。(2)不同树种叶片功能性状差异显著, 可能受植物自身特性和群落树种演替进程的影响。(3)叶片功能性状的种内差异沿垂直层次呈现不同的变化趋势。其中, 67%的树种的类黄酮含量随树冠垂直高度增加而显著增加, 67%的树种的氮平衡指数随树冠垂直高度增加而显著减小。南亚热带常绿阔叶林不同树种叶片功能性状随树冠垂直高度增加产生的变化, 反映了植物对光环境的适应以及对水资源和能量利用的不同策略。

进入21世纪以来, 中国荒漠化恢复取得显著成效, 荒漠化、沙化土地面积持续减少, 植被覆盖度大幅提升, 但关于植被恢复过程中生物多样性如何变化的研究不足, 这制约着对荒漠化恢复成效的全面评估。本文基于群落调查和叶功能性状(叶片厚度、叶片干物质含量、比叶面积和叶片密度)的测定, 分析了毛乌素沙地不同恢复阶段(半固定沙地、固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地)的植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性特征。结果表明: (1)多数叶功能性状的系统发育信号不显著, 表明环境因子对研究区植物功能性状的塑造作用很强。(2)对于α多样性, 结皮覆盖沙地的物种多样性(Shannon-Wiener多样性, H)、物种丰富度(S)、功能丰富度(FRic)及系统发育多样性(PD)指数均显著低于其他恢复阶段, 而其他3个阶段间无显著差异; 这些指数间均显著正相关, 表明物种多样性、功能多样性和系统发育多样性在植被恢复过程中协同变化。(3) β多样性指数随恢复阶段间隔增加而逐渐增大, 表明物种组成、功能属性及系统发育关系随植被恢复持续变化, 且半固定沙地到固定沙地的群落物种组成、功能属性及系统发育关系更替最快, 导致群落间差异最大。(4)固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地群落系统发育结构均趋向于发散, 表明竞争排斥是群落构建的主要驱动力; 而半固定沙地群落系统发育结构无一致规律, 表明群落构建可能受到生境过滤和竞争排斥的综合作用。研究结果可为植被建设与管理提供参考, 为毛乌素沙地生态保育和生物多样性的保护提供科学依据。

青藏高原因其独特的地理单元、广袤的荒漠及丰富的太阳能资源(太阳辐射强且多、日照时间长), 在光伏电站建设及“碳中和”实现中具有重要的区位优势。光伏电站建设能够改变局域环境进而影响植被生长, 但光伏电站植被恢复的关键限制性因子尚不清楚。本研究以青藏高原东缘塔拉滩荒漠草原光伏电站为研究对象, 探究益生微生物、无机肥料(氮肥和磷肥)和微量元素3种限制性因子及其交互效应对光伏电站光伏电板下植被特征(群落盖度、地上生物量和物种丰富度)的短期影响。研究结果表明: (1)添加无机肥料显著增加群落盖度(F_1,5 = 40.598; P < 0.001), 降低物种丰富度(F_1,5 = 5.133; P = 0.026), 但对地上生物量无显著影响(F_1,5 = 0.279; P = 0.599); 而微生物菌剂和微量元素复合剂则对群落盖度、地上生物量和物种丰富度均无显著影响; (2)多重比较证实无机肥料、微生物菌剂和微量元素复合剂的混合添加使得光伏电板外和光伏电板下群落盖度均达到各实验处理组合中的最大值, 最利于植被恢复。本研究表明无机肥料是青海塔拉滩光伏电站建设后限制植被生长的重要因子, 但微生物菌剂和微量元素在促进植被生长方面仍然发挥着不可替代的作用。因此, 它们一起添加更能有效加速荒漠生态系统光伏电板下的植被恢复。

物种多样性的保护必须以充分了解地区物种资源的分布状况为前提。科研监测是传统而有效的数据获取手段, 但研究地点大多集中在自然保护区。公众观鸟记录活动扩大了物种数据收集的时空范围, 是科研监测的有益补充, 但观鸟活动开展的范围和强度受经济水平的影响明显, 呈现空间上的不均匀性。为明确自然保护地分布格局和地区经济水平对鸟类物种多样性记录的影响, 本研究以广东省为例, 对比了公众观鸟和科研监测所记录的鸟类物种分布地区差异。结果表明: 从2016年至2020年, 公众观鸟为广东省贡献了17种鸟类新分布记录和10种再确认记录, 但有100种历史科研监测记录的鸟类种类未记录到。线性回归分析结果显示: 广东各市地区生产总值(GDP)对于公众观鸟记录的鸟类物种丰富度具有最高的解释率(校正R² = 0.582), 而保护地面积则是科研监测记录的鸟类物种丰富度的主要解释因子。对于市级总体鸟类物种丰富度, GDP的解释率为保护地面积的4.2倍。研究结果反映了经济发展对公众观鸟活动的有力支撑, 促进了广东鸟类新记录的发现, 但也显示广东省目前的物种多样性地区分布信息存在一定偏差。建议根据各市经济发展水平和自然环境差异, 制定相应的物种多样性监测与保护措施, 并结合科研与公众力量各自的优势, 加强对物种多样性被低估地区的本底资源调查与监测。

随着农业用地需求增加, 生物多样性受到严重威胁并急剧下降。为探讨农业化对鸟类多样性的影响, 本文在2020年10月至2021年10月期间, 对广西大瑶山、大明山、十万大山3个国家级自然保护区以及周边农田区域内鸟类进行了调查。研究选取森林、近地农田(距离森林较近的农田)、远地农田(距离森林较远的农田) 3种生境, 布设样点共计180个, 并在不同季节(春、夏、秋、冬)对鸟类多样性进行了调查。结果如下: (1) 3种生境物种累积曲线呈先快速上升, 后变为渐近线或增速放缓趋势, 各生境实际调查鸟类物种数与预测值比例均大于60%, 表明鸟类调查充分; (2)共记录到鸟类196种, 隶属于14目54科, 其中雀形目鸟类占比最高(71.4%)。不同生境记录到鸟类种数从多到少依次为: 森林(103)、近地(101)、远地(94); (3)相似性分析结果表明, 森林与近地农田和远地农田间鸟类相似性差异都较大, 近地与远地间鸟类群落更为相似; (4) 3种生境鸟类群落Shannon-Wiener多样性指数在不同季节里均表现为: 远地 > 近地 > 森林; (5)广义线性混合模型结果显示, 两种农田生境鸟类多样性显著高于森林, 而近地和远地农田生境间鸟类多样性无显著差异。研究结果表明, 虽然森林鸟类多样性较低, 但对其特有种具有较高的保护作用; 尽管鸟类对农田生境表现出更高的喜好, 但农田内人为干扰较为频繁, 缺乏相关的保护措施, 应加强对农田鸟类的保护。

东方白鹳(Ciconia boyciana)主要在俄罗斯远东和中国东北繁殖, 在中国主要有两个越冬群体(长江越冬群体, 迁徙距离约2,600 km; 渤海湾越冬群体, 迁徙距离约1,500 km)。本文基于2016-2018年的卫星追踪数据(N = 14), 分析了渤海湾越冬群体幼鸟春季和秋季的迁徙策略和利用风的方式, 总结了850 mb压力下风速和风向对日迁徙飞行速度的影响。该群体春秋两季迁徙距离相似, 但春季的顺风条件(2.2 ± 6.3 m/s)显著优于秋季的逆风条件(-2.4 ± 4.1 m/s, P < 0.05), 这使得春季迁徙飞行速度(280.4 ± 62.0 km/d)显著快于秋季(185.5 ± 72.0 km/d, P < 0.05), 春季迁徙飞行时间(5.9 ± 2.5 d)显著短于秋季(10.3 ± 6.5 d, P < 0.05); 同时, 春季停歇时间(5.4 ± 9.7 d)短于秋季(17.8 ± 18.2 d, P = 0.05)。基于以上原因, 东方白鹳春季迁徙持续时间(11.2 ± 8.7 d)显著短于秋季(28.0 ± 21.2 d, P < 0.05)。渤海湾越冬群体幼鸟迁徙时, 春季利用顺风更快到达度夏地, 秋季逆风迁徙, 迁徙飞行速度慢, 迁徙飞行时间和停歇时间长。因此, 东方白鹳迁徙时虽然主要利用上升热气流翱翔, 但顺风也是其成功迁徙的有利因素。

物种通过功能性状响应环境变化, 探究群落功能性状多样性的海拔格局是揭示生物多样性空间分布格局和形成机制的重要研究内容。气候变化和土地利用是影响溪流生物多样性变化及其群落构建的重要因素, 然而气候和土地利用沿海拔梯度如何影响水生昆虫功能性状垂直分布格局的系统研究仍旧比较缺乏。本文基于2016年和2018年在云南澜沧江中游1,000-3,000 m海拔共56个溪流样点的水生昆虫群落调查数据, 利用线性和二次回归模型探索并比较了生活史性状(化性、生活史快慢、成虫寿命)和生态学性状(营养习性、生活习性、温度偏好)的群落加权平均性状多样性指数沿海拔梯度的分布特征, 并通过随机森林模型解析流域尺度气候和土地利用变量对生活史和生态学性状多样性垂直分布格局的影响。结果表明: 生活史性状中, 少于1世代、无季节性、慢季节性、成虫寿命长等性状多样性沿海拔梯度呈显著的“U”型分布格局, 而快季节性和成虫寿命极短多样性呈显著的单峰型海拔格局, 成虫寿命短多样性呈显著递增的海拔格局。生态学性状中, 温度偏好多样性与海拔梯度无关, 附着者和爬行者的多样性沿海拔梯度分别呈显著的递增和“U”型格局, 滤食者、植食者和捕食者的多样性分别呈显著递增、递减和“U”型海拔格局。随机森林模型分析结果表明, 气候和土地利用对生活史性状多样性的解释量高于对生态学性状多样性的解释量, 年平均温度和农业面积百分比是共同的关键因素。综上, 水生昆虫群落功能性状多样性海拔格局存在差异, 主要受不同自然环境梯度和人类干扰因素驱动。研究结果可为制定澜沧江流域生物多样性保护对策提供理论基础。

家马地方品种的遗传多样性是动态演变的, 并与其育种模式息息相关; 在过去约300年中, 育种者培育了具突出表型特征的标准化培育品种, 该类型品种对家马地方品种的繁育产生了巨大影响, 这是导致家马地方品种遗传多样性下降及遗传分化的主要因素之一。本研究采集了5个东亚家马地方品种(蒙古马、哈萨克马、河曲马、藏马和西南马)、2个西亚家马品种(阿拉伯马和阿哈尔捷金马)以及2个欧洲家马品种(设特兰矮马和克莱斯黛尔马)的70个样品, 并整合之前所发表的100匹内蒙古地区家马不同群体单核苷酸多态性(SNPs)数据集, 通过全基因组重测序和生物信息学方法分析了东亚家马不同群体的遗传多样性。研究发现东亚家马地方品种具有较丰富的遗传多样性, 相比欧洲和西亚品种产生了显著的遗传分化, 其中蒙古高原群体的遗传多样性最为丰富; 受杂交改良影响, 内蒙古不同群体间产生了一定程度的遗传分化; 河曲马和藏马的遗传背景最为单一, 受引种杂交繁育影响较小。本研究评估了东亚家马地方品种的遗传多样性分布格局和演化特征, 可为建立家马地方种质核心保护群体以及培育新品种提供遗传学理论支持。

角木叶鲽(Pleuronichthys cornutus)是东亚沿海重要的鲽形目经济鱼类, 为更好地保护和开发利用其种质资源, 有必要全面了解其遗传背景。本研究测定了中国和日本沿海7个群体200尾角木叶鲽线粒体控制区(CR) 5'端、细胞色素b (Cytb)和NADH脱氢酶第二亚基(ND2)基因序列, 比较不同标记在解析遗传多样性和种群结构上的可行性与有效性, 阐明中日沿海角木叶鲽群体间出现遗传分化的分子机制。CR序列分析发现中日沿海7个角木叶鲽群体遗传多样性表现出较高的单倍型多样性(H_d = 0.9699)和较低的核苷酸多样性(π = 0.0061); 各群体间无显著的遗传分化(F_ST = -0.0197-0.0184, P > 0.05); 单倍型网络未显示出明显的地理聚群和谱系结构; 分子方差分析(AMOVA)表明变异主要发生在群体内部(> 99.17%)。进一步通过Cytb和ND2基因分别与CR序列对比分析, 结果表明群体遗传多样性均表现为高H_d (0.9683-0.9829)低π (0.0050-0.0063)模式, 仅有ND2基因分析F_ST值(F_ST = 0.0302, P < 0.05)显示了中国碣石(GDJS)和日本明石(JAP)群体间显著的低水平遗传分化现象。CR、Cytb和ND2的单倍型网络图均无明显的地理聚类和谱系结构, AMOVA分析也显示变异主要来源于群体内(> 98.39%)。种群历史动态分析结果显示, 角木叶鲽可能在第四纪中更新世晚期经历了群体扩张事件, 扩张时间分别为31.93-9.58万年前(CR)、27.53-22.02万年前(Cytb)和26.99-18.75万年前(ND2)。综上所述, 中日沿海的角木叶鲽具有较高遗传多样性, GDJS和JAP群体间存在低度分化; ND2基因比CR和Cytb序列更适于分析角木叶鲽种群遗传结构, 选择多个遗传标记可有效弥补单一标记分析遗传多样性的局限性; 推测冰期两大独立避难所的形成及GDJS和JAP群体距离相隔较远是其发生遗传分化的主要原因。研究结果为中日沿海角木叶鲽渔业资源的种质保护与可持续利用提供了理论依据。

生物多样性正面临快速丧失的风险, 气候和土地利用变化已成为生物多样性的主要威胁之一。受威胁物种名录是区域和全球生物多样性保护的重要基础数据, 也是保护区规划的基础。作为一个生物多样性大国, 中国已开展了高等植物受威胁状况的系统性评估, 建立了受威胁植物名录, 为植物多样性保护规划提供了支撑。但由于数据和方法限制, 现有受威胁植物名录制定时未定量考虑全球变化对植物分布的潜在影响, 因而可能低估物种的受威胁等级及未来生物多样性的丧失风险。本研究基于高精度的木本植物分布数据和物种分布模型, 评估了未来气候和土地利用变化对木本植物分布的潜在影响。基于每个物种适宜分布区大小的变化, 并依据IUCN红色名录评估指标A3c的阈值标准, 更新了木本植物的受威胁等级, 补充了未来中国潜在受威胁木本植物名录。结果显示: 综合不同的气候变化情景(RCP 2.6、RCP 6.0和RCP 8.5)和扩散情景(完全扩散、20 km/10年、不扩散), 约12.9%-40.5%的木本植物被评估为受威胁物种。该名录将为制定木本植物保护优先级、开展保护区规划、提升全球变化情景下的生物多样性保护成效提供基础数据, 也为其他类群制定全面的受威胁物种名录提供参考。

搞清楚中国外来植物种类有哪些, 从哪里来, 如何进入中国, 属于什么性质的类群, 它们的生物学特征和生态学特性如何等问题, 是中国外来入侵植物预防和预警机制研究的重要基础。《中国植物志》、Flora of China、各省级植物志书等记载的外来植物信息由于种种原因非常有限, 且目前我国尚没有完整体现中国外来植物信息的数据库。本文通过整合近几年外来植物相关的资料, 并通过文献考证增补外来植物原产地、习性等信息, 利用计算机网络、数据库及大数据分析技术手段, 经信息化处理和分类学校正, 进行分类体系重建, 最终确定中国外来植物的物种名录数据集。该数据集共有数据14,710条, 记载中国外来植物283科3,233属14,710个类群(含13,401原种332杂交种2嵌合体458亚种503变种14变型)。每个类群包括类别、中文科名、科名、中文属名、属名、中文名、别名、学名、命名人、生存状态、生存时间、生活型、原产国家或地区和中国引入省份等基础信息。数据集显示, 外来植物已在中国的植物种类构成中占据了相当大的比例(高达28.19%, 中国境内有维管植物52,177个类群, 其中本土37,464, 外来14,710, 上述数字包含种下等级, 统计截至2021年12月31日); 就生存状态而言, 栽培植物占所有外来植物的比例高达91%, 逃逸植物占7.36%, 归化植物占6.69%, 入侵植物占2.66%; 对于生活型的分析显示, 多年生类群占据了外来植物的绝大多数(13,625种, 约占总数的92.6%), 草本植物(8,937种, 约占总数的60.8%)相较于乔木(2,752种, 约占总数的18.7%)、灌木(4,916种, 约占总数的33.4%)及其他生活型数量要更多; 中国的外来植物大多来自北美洲(4,242种)、非洲(3,707种)、南美洲(3,645种)、亚洲(3,102种), 欧洲(1,690种)和大洋洲(1,305种)相对较少; 而中国具有外来植物最多的前10个省份分别为台湾(6,122种)、北京(5,244种)、福建(3,667种)、广东(3,544种)、云南(3,404种)、上海(2,924种)、江苏(2,183种)、江西(1,789种)、浙江(1,658种)和湖北(973种)。本数据集是第一次对中国外来植物进行全面系统整理, 可供从事外来植物相关研究工作参考, 也可作为植物多样性研究的基础资料, 还可作为农业、林业、草业、园林、草药及自然保护和环境保护人士及高等院校师生的参考数据。

凤仙花属(Impatiens)植物主要分布于旧世界的热带和亚热带山区, 对生长环境要求极度严苛, 深入分析其地理分布格局与特征, 可为种质资源调查和利用提供理论依据。本研究通过系统检索文献资料, 更新了该属植物物种名录, 整合其地理分布、海拔、特有性等信息, 建立了中国野生凤仙花属植物地理分布数据库。截至2022年3月, 中国共记载野生凤仙花属植物352种(包含18变种1亚种1变型), 其中中国特有种273种。除上海市外, 中国其他各省级行政区均有野生凤仙花属植物分布, 其中云南省分布有165种, 其次为四川省(119种)和西藏自治区(69种)。县级尺度上, 贡山独龙族怒族自治县和腾冲市以51种并列物种丰富度第一, 其次是福贡县(42种)。中国野生凤仙花属的分布总体呈现以热带、亚热带为中心向高纬度和高海拔区域扩散的格局, 广义横断山区、西藏南部地区、滇黔桂喀斯特区域、长江中下游等地为凤仙花属植物集中分布的热点地区。

过去1个世纪以来, 全球气候变化显著并已成为全球生物多样性面临的重要威胁之一。如何利用有限的资源最有效地保护生物多样性已成为亟待解决的最重要科学问题之一。山地因其具有较高的生境异质性、气候多样性和较低的人类活动干扰, 已成为最重要的生物多样性避难所, 也具有较高的生态服务价值, 在生物多样性保护中扮演着重要角色。但山地更容易受到气候变化的影响, 山地地区较为剧烈的气候变化将对山地生态系统的稳定性及其多样性造成严重威胁。理解山地物种海拔分布对气候变化的响应和潜在机理, 以及气候变化带来的物种海拔分布变化的负面效应, 将为全球气候变化背景下的山地生物多样性保护提供参考依据。本文综述了全球山地地区的气候变化情况, 总结了物种海拔迁移的研究进展, 重点讨论了山地物种分布最适海拔、海拔上下限和海拔分布范围变化的研究进展及不足, 比较了不同地区和不同类群物种海拔迁移的差异性, 以及物种对气候变化响应的滞后性。从生物及非生物因素等多个角度概括了物种海拔迁移响应气候变化的潜在机理, 评估并总结了气候变化引起的物种海拔分布所产生的负面效应, 主要对物种向上迁移对高海拔地区物种多样性的影响、物种迁移带来的分布区改变导致的物种灭绝风险以及物种海拔分布变化导致的种间相互作用改变等方面进行全面探讨。最后, 展望了未来在此领域研究中应注意的问题, 提出了在未来气候变化下山地生物多样性保护需要采取的措施, 强调应重点关注对气候变化较为敏感的类群及生物多样性区域, 加强中国山地物种对气候变化响应的监测网络建设和研究力度, 重点加强监测气候变化对动植物互作关系的影响。

物种形成是进化生物学研究的一个永恒主题, 由于生物群体进化是连续和动态的, 物种界限变得难于界定。本文首先讨论了3种地理物种形成模式(同域、邻域及异域), 并分析了近期报道的研究证据。其次, 评述了合子后生殖隔离机制的分子遗传基础和应用群体基因组数据分析的证据, 包括BDMI模型(Bateson-Dobzhansky-Muller incompatibility)、QTLs (quantitative trait loci)、霍尔丹法则及大X染色体效应。最后, 探讨了交配系统作为合子前隔离机制之一与物种形成的关系, 认为近交或自交通过扩大种群遗传结构分化, 增强不同交配系统的种群间不对称基因渐渗, 或种群间无基因渐渗等途径, 促进新物种形成。已知植物交配系统的演化更倾向于从异交(或自交不亲和)向自交(或近交亲和)方式, 花性状和基因组的分化推动形成所谓的自交综合征, 研究交配系统驱动或强化物种形成模式对认识植物物种形成机制有重要意义。

微生物在全球生态系统中占据着重要地位, 其中一个重要的研究领域是微生物与环境(包括无机环境与生物环境)之间的相互作用。在生态相互作用过程中, 微生物常常通过自组织形成特定的空间模式。微生物的空间模式在种群稳定性、群落动态变化以及维持合作行为方面具有重要作用。本文中, 我们梳理了当下对微生物空间自组织及其所形成的空间模式的研究内容, 首先介绍什么是空间自组织, 再根据生态相互作用类型对自组织的空间模式进行描述, 其中重点讨论合作与竞争中的空间模式, 接着关注微生物空间自组织的过程, 最后我们指出空间自组织对整个群体的结构和功能稳定具有重要意义。研究微生物种群间相互作用中的空间模式, 有助于探索维持合作行为的新机制, 进而为微生物共生系统的构建提供新的理解。

生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台(IPBES)的目标是加强科学政策对生物多样性和生态系统服务的影响。为了更好地理解和展示IPBES目标的基本要素及其相互关系, 在千年生态系统评估(MA)的基础上, IPBES融合多种知识体系, 不断完善、创新, 逐步形成了以“自然对人类的贡献” (NCP)为核心的概念框架。本文首先梳理了NCP的发展历程, 论述了NCP与生态系统服务的关系, 指出两者均关注人类福祉, 但与生态系统服务不同的是, NCP涵盖了自然对人类生活的消极影响, 强调社会文化因素、传统知识和土著居民的地位以及人与自然共同作用的重要性。其次, 本文阐述了人与自然共同实现NCP进而影响人类良好生活质量的机制, 并分析了NCP大幅下降的全球趋势, 提出世界各国应不断推动生物多样性保护主流化, 增加国际交流与合作, 致力实现“人与自然和谐共生”的2050年愿景。最后, 本文讨论了NCP在IPBES评估和《生物多样性公约》磋商谈判中的应用前景, 为今后NCP理论研究和实践提供科学支持。