群落如何构建是群落生态学中的重要问题。群落谱系结构研究将物种间的亲缘进化关系运用到群落生态学研究中, 利用物种的系统发育状况推测历史因素对现有群落的影响, 为推断影响群落组成的生态学机制提供了有效方法。群落谱系结构的研究方法是首先建立可代表群落物种库的超级系统进化树, 然后计算群落内物种间的谱系距离, 最后通过统计方法检测其与随机模型下的谱系距离是否有显著差异来获得谱系结构(如谱系聚集、谱系发散), 从而揭示群落构建中的关键生态过程(如生境过滤、竞争作用)。群落谱系结构与空间尺度、分类群尺度、时间尺度等不同研究尺度有关。在小的空间尺度下, 随着分类群尺度降低、树木年龄级增大, 群落谱系结构从聚集逐渐转为发散;而随群落空间尺度的增大, 谱系趋向于聚集。谱系结构受到环境因素影响, 因此分析集合群落下的谱系可以揭示区域生态过程的影响。另外, 群落谱系结构研究还有助于探讨中性理论、密度制约假说等生态学理论, 并预测干扰作用下的群落演化趋势。在利用谱系结构深入探讨群落构建成因时, 需要基于生态特征和环境变量共同分析, 同时考虑小尺度局域过程(群落的微环境或群落内种间相互作用等)和大尺度区域过程(地史过程和物种形成等), 并可结合生态控制实验, 以确认群落构建的关键因素。在研究方法和手段上, 今后需要注重通过选择合适的基因片段建立系统树, 然后通过生态特征来加以校正, 以更准确地反映物种间的亲缘距离。另外, 获得谱系树后还需要寻找更加合理的统计模型和指数, 增加统计分析和解决问题的能力。

系统发育群落生态学是近年兴起的一个重要生态学研究分支, 它以群落生态学为基础并引入了系统发育的分析方法, 全面动态地反映了群落中物种内和物种间的相互作用关系, 揭示了群落格局形成的生态学过程, 研究了生物多样性的形成及维持机制。巴拿马BCI (Barro Colorado Island)样地的成功例子说明, 在固定样地进行长期的群落生态与系统发育研究切实可行且极具意义; DNA条形码的快速兴起对这一研究发挥着重要作用。本文先列举了群落生态与系统发育综合分析能解决的群落系统发育结构、群落生态位结构、生物地理学和性状进化等生态学问题; 接着介绍了标准植物DNA条形码以及利用片段组合(rbcL+matK+trnH-psbA)进行快速物种识别和近缘种区分、精确群落系统发育关系的构建以及群落生态学研究; 随后提出DNA条形码研究在类群水平上需注意两片段的条形码组合(matK+rbcL)在同属种鉴别能力上的不足, 而在较大尺度群落水平上需对实验设计进行优化。DNA条形码将为探讨物种多样性及其维持机理、系统发育beta多样性以及群落水平上功能性状进化研究提供新的思路。

最大熵原理(the principle of maximum entropy)起源于信息论和统计力学, 是基于有限的已知信息对未知分布进行无偏推断的一种数学方法。这一方法在很多领域都有成功应用, 但只是近几年才被应用到生态学研究中, 并且还存在很多争论。我们从基本概念和方法出发, 用掷骰子的例子阐明了最大熵原理的概念, 并提出运用最大熵原理解决问题需要遵从的步骤。最大熵原理在生态学中的应用主要包括以下方面: (1)用群落水平功能性状的平均值作为约束条件来预测群落物种相对多度的模型; (2)基于气候、海拔、植被等环境因子构建物种地理分布的生态位模型; (3)对物种多度分布、种-面积关系等宏生态学格局的推断; (4)对物种相互作用的推断; (5)对食物网度分布的研究等等。最后我们综合分析了最大熵原理在生态学应用中所存在的争议, 包括相应模型的有效性、可靠性等方面, 介绍了一些对最大熵原理预测能力及其局限性的检验结果, 强调了生态学家应用最大熵原理需要注意的问题, 比如先验分布的选择、约束条件的设置等等。在物种相互作用、宏生态学格局等方面对最大熵原理更广泛的讨论与应用可能会给生态学带来新的发展机会。

鸟类是生物多样性评估与监测, 以及生态环境影响评价的重要指标。有关鸟类种类组成、数量与分布动态的长期监测工作在欧美地区已有100多年的历史。本文在总结欧美陆地鸟类监测历史与现状的基础上, 着重介绍了英国繁殖鸟类调查(the Breeding Bird Survey, BBS)、北美繁殖鸟类调查(the North American Breeding Bird Survey, BBS)和圣诞鸟类调查(the Christmas Bird Count, CBC)等重要的陆地鸟类长期监测计划。同时, 本文在分析中国鸟类调查和现状的基础上, 参照英国BBS计划的调查设计与野外方法, 提出了中国BBS(the Chinese Breeding Bird Survey, Chinese BBS)计划的具体建议: (1)以国家相关部门为实施主体、然后逐渐向以非政府组织(non-government organization, NGO)为主体过渡, 并以学术团体为技术依托, 组织全国鸟类学工作者、观鸟爱好者和志愿者参与野外调查工作; (2)根据各地观鸟志愿者的数量采用分层随机抽样(stratified random sampling)的取样策略选取调查样方, 并结合样线法(line transects)和样点法(point transects)进行鸟类调查; (3)组建中国BBS信息共享平台, 要求鸟类调查者按照统一的数据格式将调查结果在线输入平台之中; (4)相关部门和学术团体积极推动各地观鸟组织的发展, 充分利用志愿者力量实施中国BBS计划。

对于苔藓植物DNA条形码研究来说, 目前已提议的可用片段只有rbcL和trnH-psbA, 并且均具有一定局限性。本文基于GenBank中3,365条rps4序列, 利用遗传距离法和分子系统学方法评价它作为苔藓植物候选条形码的可行性。结果显示: (1)rps4序列覆盖了藓纲96%的科和苔纲88%的科, 具有通用性; (2)rps4物种分辨能力为73.0%, 并且它在6个序列最丰富的苔藓植物属(Plagiochila, Tortula, Plagiomnium, Pyrrhobryum, Pogonatum, Grimmia)内的物种识别能力均高于rbcL-a在同属中的分辨能力; (3)GenBank中已经积累了大量已知物种来源的rps4序列, 可为DNA条形码物种鉴定提供一个参考数据库。因此, 本文建议将rps4作为苔藓植物候选DNA条形码。尤其是当rbcL和trnH-psbA在某个具体类群中无法取得理想的物种识别效果时, rps4可作为补充。

为了探讨局部地区遗传资源优先性评价的方法和管理问题, 我们采用“3E”原则对云南裸子植物进行了评价。“3E” 分别指珍稀濒危的(Endangered)、特有的(Endemic)和具有经济价值的(Economic)三个方面。我们首先介绍了“3E”原则的由来、内涵和价值, 并应用 “3E”原则, 以种(变种)为分析单元, 对分布于云南的10科29属107种(变种)野生裸子植物遗传资源的状况进行了分析, 确定了需要优先保护的遗传资源类群。结果表明, 云南省野生裸子植物资源兼有受威胁严重、特有率高、经济价值高等多种特征, 如南方红豆杉(Taxus chinensis var. mairei)、灰干苏铁(Cycas hongheensis)、油麦吊云杉(Picea brachytyla var. complanata)等58种不仅受威胁严重, 而且具有重要的经济价值和潜在的开发利用价值。具有“3E” 特性的裸子植物遗传资源有72种, 其中贡山三尖杉(Cephalotaxus lanceolata)、苏铁(Cycas revoluta)、大理罗汉松(Podocarpus forrestii)、德保苏铁(C. debaoensis)、德钦柏(Juniperus baimashanensis)、巧家五针松(Pinus squamata)、灰干苏铁、万钧柏(J. chengii)、毛枝五针松(P. wangii)等9种亟待进行抢救性保存, 中甸冷杉(Abies ferreana)、绿春苏铁(C. tangingii)、麦吊杉(Picea brachytyla)、怒江冷杉(A. nukiangensis)、河内苏铁(C. tonkinensis)等40种需要优先收集和保存。保存的方式包括原地保存、异地保存、设施保存和栽培利用等综合措施。将“3E”原则应用于云南裸子植物遗传资源的管理, 具有科学合理性和可操作性, 对遗传资源的保护和可持续利用具有一定的参考价值。

桦木林(Betula spp.)是我国原始冷杉林(Abies spp.)皆伐后自然恢复形成的主要次生林之一, 为揭示其发育过程中地表苔藓组成与多样性差异, 评估其自然恢复状况, 我们选择了四川省金川县507林场地形条件基本一致的3个桦木林地以及1个原始岷江冷杉(Abies faxoniana)林地, 调查了地表苔藓层结构和物种组成。结果显示: (1)桦木林的地表苔藓植物盖度低于原始林, 不同年龄的桦木林之间其盖度没有差异(P>0.05), 但优势种的组成差异及物种替代明显; (2)桦木林地表苔藓物种丰富度较原始林高, 不同年龄相比, 9年生和22年生较42年生桦木林地表苔藓种类丰富; (3)未郁闭桦木林(9年生)与郁闭林(22年生和42年生)间的地表苔藓物种组成相似程度(相似性系数为0.24-0.29)低于它与原始林间的相似程度(0.51); 22年生和42年生桦木林间地表苔藓物种组成相似程度(相似性系数为0.50)高于它们与原始林间的相似性程度(0.13-0.24), 在自然恢复过程中, 桦木林与原始林下地表苔藓共有种数量逐渐减少, 相似程度降低。原始林下35种地表苔藓植物中只有25种存在于迹地桦木林地。上述分析表明: 迹地上自然恢复9-42年的桦木林下地表苔藓多样性虽然较云杉人工林高, 但仅保存约71%的原始林下种类, 而约有29%的敏感苔藓种类无法通过次生林自然恢复过程得以保育或恢复。

伊犁河谷北坡野果林是天山山脉中一个重要的植被类型,对其种间关系进行研究将有助于揭示野果林群落的动态特征。我们于2009年在野果林的不同群落中设置了10个样地,记录了群落的物种组成以及环境因子,包括海拔、坡度和坡向, 测定了土壤含水率和有机质等土壤参数。采用χ²检验、Pearson相关系数和Spearman秩相关系数检验等方法, 对野果林乔木层和灌木层种间关联性进行了研究。结果表明: Pearson相关检验优于χ²检验, Spearman秩相关检验比Pearson相关检验更加灵敏; 乔木和灌木优势种绝大多数种对的联结关系未达到显著水平, 群落结构较为松散, 表明各群落可能处于演替的早期阶段; 在影响物种分布的环境因子中, 海拔起决定性的作用, 其次是坡向、土壤含水率、有机质、全氮和pH值。

明确物种生境空间分布格局及其与环境因子的关系, 对制定合理有效的保护对策十分重要。本文以黑熊(Ursus thibetanus)为研究对象, 以其重要栖息地秦岭山系为研究区域, 选取68个黑熊分布点数据和34个环境因子, 应用MAXENT模型分析其生境空间分布及主要影响因子, 以最大化Kappa值的生境适宜性指数为阈值划分适宜生境, 结合已建自然保护区进行保护空缺分析, 并通过构建阻力面和最小成本路径分析, 开展黑熊生境廊道规划。结果表明: 人类干扰和土地利用类型是影响黑熊生境选择的主要生态因子, 居民点密度、到荒草地距离、到耕地距离3个因子对黑熊生境选择有重要影响, 其综合贡献值分别为21.4%、17.5%和15.9%, 到阔叶林距离、到水体距离等因子次之。黑熊的适宜生境主要集中分布在秦岭山系主脊的中西部地区, 占整个秦岭山系面积的19.23%。空缺分析表明: 已建自然保护区群覆盖了23.49%的适宜生境, 但尚有8,480 km²处于保护区之外。为更有效保护秦岭黑熊及其生境, 建议建设12条生境廊道, 同时结合其他物种进行系统保护规划。

螨类是茶园生态系统中重要且复杂的类群之一。为了了解不同植物间作后对茶园螨类群落的组成结构和多样性的影响, 2006年3月至2008年4月, 在武夷山市星村镇大坪洲茶园通过间作百喜草(Paspalum notatum)或圆叶决明(Cassia rotundifolia)、留养杂草和除杂草4种不同处理, 对茶园茶冠层(采用盆拍法及剪枝条法)和凋落层(采用捡取凋落物法)的螨类进行系统采样、标本鉴定和统计分析。结果表明: 与留养杂草对照相比, 间作百喜草或圆叶决明均显著增加了茶冠层和凋落层捕食螨的物种丰富度(S)、有效多样性指数(e^H′)、个体数(N)和绝对丰度($\bar{n}$)。与留养杂草和除杂草这两种对照相比, 间作百喜草或圆叶决明均显著增加了茶冠层和凋落层优势种圆果大赤螨(Anystis baccarum)的个体数(N)。茶冠层植食螨和腐食螨及凋落层腐食螨的所有群落指标在不同处理茶园间均无显著差异。茶冠层和凋落层螨类群落物种丰富度(S)和个体数(N)季节性变化明显, 物种组成相似性高。间作茶园和留养杂草茶园茶冠层的螨类总个体数与其对应的凋落层螨类总个体数呈显著正相关。多样化茶园有利于保护和利用捕食螨, 从而对茶园有害生物进行生态控制, 促进有机茶叶可持续生产。

为探讨城市湿地公园在城市化过程中对生物多样性的保育作用, 于2006-2008年采用陷阱法调查了2002年北京新建的翠湖湿地公园内杨树林、柏树林、混合林、小檗丛和芦苇荡5种植被类型中的步甲多样性。共调查到步甲18属30种441头。步甲物种数和个体数均随建园时间的增加而呈现快速增加的趋势。在5种植被类型中, 每种类型均有25%左右的步甲物种(3-4种)是其他类型中所未捕获的。杨树林中的步甲物种数和个体数最多, 且随时间的增加幅度最大, 趋势最明显。这些结果表明, 城市湿地对步甲多样性具有一定的保育功能, 可在一定程度上缓解城市化对步甲多样性的负面影响。根据上述结果, 我们建议在城市湿地公园建设之初, 可考虑先种杨树等植物; 同时适当增加植被多样性, 将有利于其步甲多样性保育功能的最大化。

为了认识长期施肥对石灰性紫色水稻土培肥和肥力演化的作用, 结合变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis, DGGE)和限制性酶切片段长度多态性(RFLP)技术, 研究了稻麦轮作下农家肥(M)、氮肥+农家肥(NM)、氮磷肥+农家肥(NPM)、氮磷钾肥+农家肥(NPKM)、无肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)等不同施肥制度对石灰性紫色水稻土古菌群落结构的影响。研究结果表明, 长期定位施肥明显影响土壤中的古菌组成。在长期施用氮肥+农家肥、氮磷肥和氮磷钾肥+农家肥处理的土壤中, 古菌多样性指数低于农家肥、氮磷肥+农家肥、无肥、氮肥和氮磷钾肥处理。在DGGE图谱的基础上, 分别选择种植水稻和小麦的氮磷钾肥处理土壤样品, 对古菌克隆子的16S rDNA序列进行了系统发育分析, 发现水稻土古菌与各种土壤及水体环境的古菌极其相似。对DGGE图谱的聚类分析发现, 不管是种植水稻还是小麦, 8种施肥处理的古菌都聚在3个群里。种植水稻时, M和NPK处理下的土壤古菌聚成第一个群, NP处理下的聚成第二个群, 另外5种施肥处理(NPKM, NM, CK, N 和NPM)聚成第三个群。种植小麦时, NPKM和M处理下的土壤古菌聚成一个群, NP处理下的聚成第二个群, N、NPK、NM、NPM和CK处理下的聚成第三个群。聚类分析结果显示, 作物类型会影响土壤古菌群落结构。

分别于2009年5月、8月和10月在内蒙古黑城子、正蓝旗和元上都3个样地采集沙柳(Salix psammophila)根围0-50 cm土层土样, 研究了AM真菌群落组成及其生态分布特点。在分离的4属37种AM真菌中, 球囊霉属(Glomus)23种, 无梗囊霉属(Acaulospora)10种, 这两属是3样地共同优势属; 盾巨孢囊霉属(Scutellospora)3种, 仅分布在黑城子和正蓝旗样地; 巨孢囊霉属(Gigaspora)1种, 仅分布在正蓝旗样地; 网状球囊霉(G. reticulatum)是3样地共同优势种。AM真菌种丰度、均匀度指数、Shannon多样性指数、Simpson多样性指数大小依次是正蓝旗>黑城子>元上都; 元上都样地的AM真菌组成与其他样地差异显著; 8月和10月的AM真菌种丰度、Shannon多样性指数显著高于5月。随土壤碱解N含量提高, AM真菌种丰度、均匀度指数、物种多样性指数先升后降。结果提示, 在评估荒漠环境沙柳和AM真菌共生关系时, AM真菌生态分布和丰富度是十分有用的指标。