种子生态与沙地植被研究组——中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室

人才队伍

黄振英

种子生态与沙地植被研究组: 黄振英，研究员，博士生导师。1992年获陕西师范大学理学学士学位，1995年获西北大学理学硕士学位，1998年在西北大学和以色列Ben-Gurion大学联合培养并获得理学博士学位。先后在中科院植物所、英国Oxford Research Unit和以色列Ben-Gurion大学等进行博士后研究。2004年起任植物所研究员、中国科学院大学教授，2007年起任植物所博士生导师，2012年任内蒙古鄂尔多斯草地生态系统国家野外科学观测研究站站长。主要从事旱区植被生态适应性研究，开展种子生态与植被更新、植被恢复与技术试验示范等方面的研究。主持自然科学基金面上项目、科技部和中科院课题多项，在Ecology、Journal of Ecology、Oecologia、Annals of Botany等SCI期刊发表论文60余篇。2011年入选内蒙古自治区“草原英才”。目前担任Plant Physiology and Biochemistry主编，《植物生态学报》和《林业科学》编委。

团队成员
主要研究领域
主要科研成果
所承担科研项目
代表性论文
团队风采

黄振英(研究员)

1. 地上下结实植物：定义，生态，地理分布，分类，进化和农业应用

繁殖是进化过程的核心，也是研究生物进化问题的关键。植物在长期的进化适应过程中形成了复杂的繁殖对策，地上/下结实，即植物体可以在地上和地下同时产生种子的现象，就是其中一种特殊对策。近年来，对地上/下结实特性的研究已成为生态适应机制、生活史对策研究中的热点问题和进化发育生态学的重要研究方向。对具有地上/下结实特性的物种种类、生境及其生活型进行了总结，绘制了地上/下结实物种的地理分布图，并重点探讨了地上/下种子及其形成的植株在生活史（种子传播、种子休眠与萌发、幼苗存活、植株生长、繁殖和土壤种子库）过程中的异同。文章揭示了地上/下结实物种的种群遗传结构和生态学意义，提出了该繁殖对策在进化过程中的限制。该综述以豆科植物为例，探讨了地上/下结实物种作为新作物在农业上的开发潜力，以及作为优质牧草在草地生态系统维持和放牧退化草地恢复中的生态作用(Zhang et al., 2020; Biological Reviews)。

2. 荒漠群落中种子对水热敏感性决定了种子休眠状态的变化

种子萌发生态包括环境条件变化与种子对这些变化响应之间持续的相互作用。确定种子萌发（或休眠）的生态参数对于促进我们对群落内种子萌发策略演化的理解是必要的。常用的种子萌发性状（如在最适条件下的最高萌发率）可能不足以反映物种间、群落间和季节间萌发行为的差异。大部分种子在传播时具有休眠，需要在干燥状态下完成后熟作用或在湿润低温条件下打破后，在下一个合适的季节里萌发。基于种群阈值（PBT）的种子萌发模型可以通过基于萌发生理机制量化萌发时间分布。我们应用水热时间模型（HTT）整合环境温度和水分可获得性，研究荒漠一年生植物群落中通过干燥贮藏完成后熟作用物种的的种子萌发生理。我们发现HTT假设对于描述这些物种的萌发生理是可靠的，包括在后熟过程中打破休眠。关键HTT参数，种子之间的水热时间常数（θ_HT）和水势分布（Ψ_b(g)）有效的反映了休眠状态，并可对具有相似萌发行为的物种进行聚类。θ_HT是一个与萌发时间相关的物种内在性状，与野外长期萌发率具有很高的相关性；而Ψ_b(g)在季节环境变化中随着休眠深度而上升。基于实验室萌发而预测的共存物种θ_HT和Ψ_b(g)的变异与野外25年观测的相同物种的萌发时间和萌发率一致。种子休眠与萌发策略对于自然状态下种群的长期动态具有重要贡献，可以用反映萌发物候变化的易于测量的功能性状所代表(Liu et al., 2020; Ecology)。

3. 种子萌发性状对荒漠植物群落中种群更新的作用

生活史早期事件决定着植物种群和群落的动态。种子生态和萌发格局可决定物种对环境变化的适应范围，从而决定物种多样性和群落动态。理解这些性状的适应后果和环境过滤作用将可对生态系统的过程进行解释和预测。我们对荒漠一年生植物的萌发生理及其与已有的功能生态学框架的关系进行了研究，以解释13种植物的长期种群动态。我们的目标是测定何种萌发功能性状可以在野外决定长期的种群动态过程。一些物种在萌发的最低温、最适温和最高温、萌发热时间、萌发最低水势与20年平均萌发数量、25年平均萌发日期、种子大小和长期种群统计变化间有显著的相关关系。萌发率、存活率和结实率在种群大小的年际变化中具有显著作用，但在不同物种间所占的百分比不同。物种萌发生理和萌发率之间的关系在年际间变化，在温暖的年份萌发季节中降雨对快速萌发的物种有利。萌发率低和种群统计变化大的物种水分利用效率低、营养生长快、结出的种子小且萌发慢。我们确定了一些与在种群动态中起重要作用的萌发生物学相关的功能性状（Huang et al., 2016; Ecology）。

4. 蒿属植物生物量分配模式

植物性状反映了植物对环境的适应策略。植物生物量是重要的生产性状，其分配模式是植物生态学和进化学研究的核心问题。目前对决定植物各器官间生物量分配模式的生态机制仍有争议。最优分配理论认为，植物优先将生物量分配给可以获取更多限制性资源的器官以促进生长，因此生物量分配会对环境中资源的可利用性做出响应。而异速分配理论认为，生物量在各器官间的分配与环境变化无关，是仅与植物大小有关的幂函数。通过在中国东部和中部大范围采集蒿属（Artemisia）植物，在区域尺度上检验了叶、茎和根间的生物量分配模式。研究发现，叶、茎和根之间存在很强的异速生长关系。但是，控制异速生长的影响后，器官间的生物量比率并不响应气候或土壤环境梯度的变化。这些结果表明，蒿属植物器官间的分配模式更符合异速分配理论，即在区域尺度上，植物倾向于在不同的环境中保持特定的异速生长关系，而不是根据环境变化而直接调整各器官间的生物量分配。这些结果为深入理解区域尺度上植物对环境的适应策略提供了新的认识（Liu et al., 2021; Journal of Ecology）。

5. 生物/非生物因素对旱区生态系统凋落物分解的影响

在陆地生态系统中，凋落物分解主要受气候、凋落物质量和分解者共同调控的，这些因子对碳和营养循环的相对作用依赖于区域或生态系统类型。在水分不受限制的森林生态系统，生物因子如土壤动物驱动凋落物周转。水分受限制的干旱生态系统，由于水分限制以及生物因子种类和丰度的大大降低，生物和非生物因子在干旱生态系统碳和营养循环中同等重要。然而，在旱区生态系统，太阳辐射、沙埋和凋落物位置等介导的分解环境变化对凋落物分解的影响的研究相对不足。（1）在中国北方内陆沙丘生态系统开展了4种灌木（油蒿、柠条、羊柴、沙柳）凋落物木质残体对位置（沙埋与模拟立枯）、紫外线辐射（阻挡和透过）和径级（<2、2-4、4-8、8-13、13-20 mm）的响应。经过原位分解34个月后，沙埋木质残体凋落物的质量损失率 (53.5±2.7%)是模拟立枯 (17.0±1.0%)和地表 (14.4±1.2%)的3倍。紫外线辐射对木质残体质量损失率没有显著作用。这些发现表明，通过微生物活性沙埋是木质残体分解的主要环境驱动因素。这项研究强调了直径对木质残体分解的双重作用，即通过相对表面暴露和通过木质残体性状而影响凋落物残体周转。通过整合直径对木质残体凋落物分解和地下木质残体分解过程的不同作用，可以提高全球碳循环模型的准确性和可信度(Erdenebileg et al., 2020; Functional Ecology)。（2）在内蒙古毛乌素内陆沙地开展了UV辐射和凋落物位置对8个物种（3个灌木、3个禾草和2个一年生杂类草）叶凋落物分解的野外研究，分解时间为1实验结果表明，在模拟立枯条件下UV增加了2个禾草和2个杂类草的分解速率，但对其它4个种没有作用；物种水平上，UV增加了凋落物损失率4.5-27.3%，平均为13.7%。位于地表凋落物氮释放低于模拟立枯，因为前者受微生物分解的氮固定影响。基于多物种的研究表明，受不同非生物和生物驱动因子介导的旱区生态系统凋落物氮和/或碳矿化过程中光分解的重要性(Erdenebileg et al., 2018; Soil Biology and Biochemistry)。（3）在古尔班通古特沙漠边缘设置旱区太阳辐射、遮阴和沙埋实验处理，研究发现沙埋和太阳辐射较遮阴分解更快，分别高于21% 和17%。通过结合半干旱区的一些研究数据，进一步发现一个普遍性的规律：比叶面积（SLA）控制曝光和沙埋条件下凋落物分解，而SLA并不影响地表遮阳凋落物分解速率。表明了SLA在旱区凋落物分解中的双重作用：通过物种间叶片相对表面积的变化而影响非生物因子如UV以及沙埋条件下微生物驱动的凋落物分解。在旱区和湿润生态系统，叶表面性状与化学性状对分解速率有不同的影响，意味着全球碳循环模型中这些区域应该区别对待(Liu et al., 2018; Journal of Ecology)。

6. 沙埋和降水增强改变了植物和土壤碳的分配

植物遭受沙埋是干旱半干旱地区的常见现象，沙埋影响着植物的生长甚至于植物群落的结构；而降水格局的变化，包括降水强度和频次的变化，也是该区域群落结构和功能的主要驱动因素。在鄂尔多斯生态站开展的一个2年的野外控制实验结果表明：沙埋没有显著改变植物群落碳密度，但显著影响了地上和地下植物碳密度的分配。沙埋的这种影响因群落中植物种类和生活型不同而存在着差异。仅仅改变每次降水的强度对植物碳及其分配没有显著影响，表明降水变化对植物的影响可能更多归于降水频次的改变。沙埋和降水增强降低了土壤碳含量，特别是土壤有机碳的含量。同时沙埋和降水增强促使土壤碳由土壤表层向更深层次的土壤中转移。研究结果有助于理解降水变化背景下沙埋如何影响干旱半干旱区草地生态系统中植物和土壤碳储量及其分配，从而深入探讨变化环境中的干旱半干旱区草地生态系统结构与功能（Ye et al., 2019; Science of the Total Environment）。

1. Liu R, Yang XJ*, Gao RR, Hou XY, Huo LP, Huang ZY*, Cornelissen JHC. Allometry rather than abiotic drivers explains biomass allocation among leaves, stems and roots of Artemisia across a large environmental gradient in China. Journal of Ecology, 2021. 109:1026–1040.

2. Hu DD, Baskin JM, Baskin C, Liu R, Yang XJ*, Huang ZY*. A seed mucilage-degrading fungus from the rhizosphere strengthens the plant-soil-microbe continuum and potentially regulates root nutrients of a cold desert shrub. Molecular Plant-microbe Interactions, 2021. DOI: 10.1094/MPMI-01-21-0014-FI.

3. Zhang KL, Baskin JM, Baskin CC, Cheplick GP, Yang XJ, Huang ZY*. Amphicarpic plants: definition, ecology, geographic distribution, systematics, life history, evolution and use in agriculture. Biological Reviews, 2020. 95: 1442-1466.

4. Liu SS, Bradford KJ, Huang ZY*, Venable DL. Hydrothermal sensitivities of seed populations underlie fluctuations of dormancy states in an annual plant community. Ecology, 2020. 101: e02958.

5. Erdenebileg E, Wang CW, Ye XH, Cui QG, Du J, Huang ZY*, Liu GF*, Cornelissen JHC. Multiple abiotic and biotic drivers of long-term wood decomposition within and among species in semiarid inland dunes: a dual role for stem diameter. Functional Ecology, 2020. 34: 1472-1484.

6. Hu DD, Zhang SD, Baskin JM, Baskin CC, Wang ZR, Liu R, Du J, Yang XJ*, Huang ZY*. Seed mucilage interacts with soil microbial community and physiochemical processes to affect seedling emergence on desert sand dunes. Plant Cell & Environment., 2019. 42: 591-605.

7. Ye XH*, Liu ZL, Zhang SD, Gao SQ, Liu GF, Cui QG, Du J, Huang ZY*, Cornelissen JHC. Experimental sand burial and precipitation enhancement alter plant and soil carbon allocation in a semi-arid steppe in north China. Science of Total Environment, 2019. 651: 3099-3106.

8. Erdenebileg E, Ye XH, Wang CW, Huang ZY*, Liu GF*, Cornelissen JHC. Positive and negative effects of UV irradiance explain interaction of litter position and UV exposure on litter decomposition and nutrient dynamics in a semi-arid dune ecosystem. Soil Biology and Biochemistry, 2018. 124: 245-254.

9. Liu GF, Wang L, Jiang L, Pan X, Huang ZY*, Dong M, Cornelissen JHC. Specific leaf area predicts dryland litter decomposition via two mechanisms. Journal of Ecology, 2018. 106:218-229.

10. Huang, Z.Y., Liu, S.S., Bradford, K.J., Huxman, T.E., Venable, D.L., 2016. The contribution of germination functional traits to population dynamics of a desert plant community. Ecology, 97, 250-261.