试验平台

生态过程与应用生态学研究试验平台

发表日期:2016-09-14  付 昀  打印  放大 缩小  【关闭

平台介绍 

生态过程与应用生态学研究试验平台立足于我国生态环境保护重点区域和西南生态安全屏障的战略要地云南省,以中国西南地区独有的热带雨林、丰富的亚热带常绿阔叶林、独特的元江萨瓦纳植被以及农业复合林的生态系统为研究对象,利用国际一流的仪器设备,采用先进的实验分析技术和方法,为森林生态系统的营养循环过程、物种之间的相互关系、植物的生理生态特性、农林业的可持续发展等研究提供系统的检测数据,探讨在不同的时空尺度上生态系统的结构、功能、动态特征,揭示森林生态系统的基本过程及其对全球变化的响应和反馈机制,为我国西部生态环境建设和经济社会的可持续发展服务。 

     

 

                                    生地化实验室等离子体原子发射光谱仪 (左)         中心实验室元素分析室 (右)(王力摄) 

该平台是我园长期支持并重点建设的关键技术平台,较为成熟,重点依托、归属于版纳植物园生物地球化学实验室。平台为热带、亚热带、干热河谷地区3个野外台站以及版纳园各研究团组和社会单位提供长期稳定的技术支撑。该平台在2010-2015年间又购置了步入式人工气候室、多通道土壤碳通量自动测量系统、稳定同位素质谱仪和碳氮分析系统等大型仪器设备,进一步加强了该平台的建设,目前该平台已有21台(套)大型精密仪器设备。 

                                                         

 

实验样品-土壤                        实验样品-植物粉末 

平台面向全园各研究组研究人员和学生开放,提供样品采集、分析方法、实验操作等方面的技术咨询和培训,并根据需要为其无偿提供通用仪器设备、实验试剂和实验器具的使用。 

平台的科技支撑能力突出表现在以下几个方面:(1)通过土壤碳通量自动测量系统实现对多点土壤CO2通量的长期、连续监测,显示环境条件变化与土壤CO2通量的相关关系;(2)利用人工模拟环境变化(温度、湿度、光照、CO2浓度)探索全球变化背景下森林植物性状及森林群落的响应机制;(3)通过同位素质谱仪测定CNOH同位素,可定量研究区域水循环、生态系统各组成部分的水分与养分的来源及其循环过程、根系对水分与土壤营养物质的吸收利用规律、水分与营养元素在土壤中或土气界面之间的转化迁移过程等。随着这些大型仪器的加入,平台目前实现了由定量测定向机制研究的转变。 

 

 

多通道土壤CO2测定仪(自林友兴),人工气候室内的拟南芥(王力摄),同位素质谱室 

平台努力提高测试水平,在历次中国生态系统研究网络(CERN)土壤样品能力验证实验室分析能力比对考核中成绩优秀。CERN土壤分中心分别于2002年、2005年、2007年、2010年、2013年和2014年组织了6次台站实验室分析能力比对,每次均由本平台承担,比对结果在历次考核中均名列前茅。 

生态过程平台自建立以来,为大量的科研成果提供了技术支撑。平台早在2009年,即支撑了发表于国际著名期刊PNAS上的入侵植物氮分配假说的研究。自2011年至2015年,版纳植物园发表的SCI论文中共有58篇(累计影响因子达190)引用了该平台的分析数据或使用了该平台的设备,并进行致谢。不少论文发表在New PhytologistJournal of EcologyScientific Reports等国际著名期刊上。 

 

 

经典研究案例: 

1)入侵植物紫茎泽兰的氮分配进化假说 

通过碳氮分析仪的技术支撑,研究人员发现入侵植物紫茎泽兰减少氮向防御系统的分配比例,提高氮向光合机构的分配比例,导致光合能力和氮利用效率等提高,使得生长加快,入侵成功 (Feng et al2009. PNAS ; Feng et al, 2011. Journal of Ecology). 

    

哀牢山的入侵植物紫茎泽兰(廖志勇供图);

叶片生理特性和光和作用中叶片氮比率的关系(Feng et al2009) 

 

2)友好型胶园优化橡胶树的水分利用策略 

生态水文研究组通过测定水中的稳定性同位素(δDδ18O)以及植物中的δ13C同位素等方法,对友好型胶园不同栽培模式的水分利用策略进行了研究,发现橡胶-千斤拔复合系统内植物间水分的适度竞争,增强了系统内橡胶树对水分的有效利用和获取、进而促进了系统生产力的形成。相关结果以Below-ground interspecific competition for water in rubber agroforestry system may enhance water utilization in plants为题,发表在国际学术期刊Scientific Reports上。 

 

不同栽培模式的友好型橡胶园(吴骏恩供图) 

植物茎干木质部水的D和18O 同位素的季节性差异(吴骏恩供图)

(3)龙脑香科植物磷的回收率与其热带雨林优势种地位无关 

利用等离子体原子发射光谱仪对龙脑香科植物的磷含量测定表明,其P的回收效率与叶片韧皮部的运输能力无关。龙脑香科植物是热带极少数具有外生菌根的树木,有利于其根系对土壤P的吸收,这可能是龙脑香科植物能在缺P的东南亚热带雨林中繁茂生长的重要原因之一(Zhang et al., 2015. Nutrient resorption is associated with leaf vein density and growth performance of dipterocarp tree species. Journal of Ecology 2015, 103, 541–549

龙脑香科植物森林(张教林供图) 

(4)林冠附生植物分解研究取得重要进展

版纳植物园研究人员以哀牢山常绿阔叶林附生蕨、苔藓、地衣和宿主树木叶片作为实验材料,利用元素分析仪和等离子体原子发射光谱仪对C、N、Ca、K、Mg、P等元素进行测定,开展了林冠和林地两种生境条件下的分解及养分动态的对比研究,首次系统揭示了林冠附生植物枯死物的分解规律。研究发现林冠材料的分解速率均比林地面慢;不同功能团的分解速率和养分释放呈现出的趋势是:附生地衣>乔木叶片>附生蕨类>附生苔藓。且附生非维管植物在增加森林冠层的有效性营养成分(尤其是N和P元素)方面具有重要作用,附生苔藓和蕨类植物在生物碳固定方面可能扮演着重要角色(Li et al., 2014. Soil Biology & Biochemistry, 70: 211-220)。

林冠和林地两种生境条件下的附生植物枯死物分解及养分动态的对比图(自李苏)

林冠分解实验(自李苏)

林地面分解实验(自李苏)

(5)苏铁类植物叶片“设计”规律的古老性 

研究人员测定了39属33种苏铁类植物的叶片结构、光合作用能力、水分运输能力和养分含量(利用碳氮分析仪和等离子体原子发射光谱仪对C、N、P、K、Ca、Zn、Fe、S进行测定),结果表明,现存苏铁类叶片结构和生理的种间差异很大,其叶片“设计”的总体规律和被子植物一致。同时,发现叶片铁元素含量在很大程度上决定了苏铁叶片的光合作用能力,支持了“苏铁喜铁”的中国传统说法(Zhang et al., 2015. New Phytologist, 206(2): 817–829)。 

苏铁类植物叶片的多样性(自章勇江)

叶片营养成分含量和光合作用的关系(自章永江)

(6)环境过滤与扩散限制在热带森林树种共存中的相对作用 

为了量化环境过滤和扩散限制在物种共存中的相对重要性,研究人员在西双版纳20-ha热带季节雨林动态样地合作开展了连续的空间和环境梯度上的功能性状和系统发育Beta多样性研究。研究发现,环境距离对功能性状或系统发育beta多样性的解释力度均比空间距离的解释力度大,且环境距离的解释力度随空间尺度的增大而增大;生境间的功能性状和系统发育beta多样性大于生境内(Yang et al., 2015. Scientific Reports, 5: 12731)。环境距离以土壤养分作为其指标。本平台对该研究采用的756个土壤样本进行了养分含量分析,包括pH,总氮,总磷,总钾,有效氮,可提取磷(extractable P),可提取钾(extractable K),总碳等。

 

地理、环境距离对功能性状的解释力度的差异性统计表( 自杨洁)

 

生境类型的空间分布(自杨洁)

 

附件: