植物所植物生态学试题及答案

植物所植物生态学试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在植物群落演替早期阶段，最先定居的植物通常具有下列哪一组特征？A.高比叶面积、高种子质量、长寿命B.低比叶面积、低种子质量、短寿命C.高比叶面积、低种子质量、短寿命D.低比叶面积、高种子质量、长寿命答案：C解析：演替早期环境开放、资源波动大，选择压力偏向快速扩散与快速完成生活史。高比叶面积（SLA）保证高光合速率，低种子质量保障大量扩散，短寿命保证世代周转快，三者共同构成“杂草型”策略（CSR理论中的R策略）。2.若某森林样地20年复查显示，胸高断面积年均增长2.3m²·ha⁻¹，而同期枯损量年均0.9m²·ha⁻¹，则该林分净生产量（ΔBA）为A.1.4m²·ha⁻¹·a⁻¹B.2.3m²·ha⁻¹·a⁻¹C.3.2m²·ha⁻¹·a⁻¹D.0.9m²·ha⁻¹·a⁻¹答案：A解析：净生产量=总增长量−枯损量=2.3−0.9=1.4m²·ha⁻¹·a⁻¹。注意单位一致性，题干已统一为“年均”。3.下列哪一项最能解释“高山植物常呈垫状或匍匐型”这一现象？A.增强对强风的机械抗性B.减少夜间辐射散热C.降低边界层阻力，提高CO₂扩散D.增大贴近地表温度，延长有效生长季答案：D解析：高山地表温度白天显著高于自由大气，垫状结构可捕获热空气，夜间亦减缓降温，从而把日均温度提高1–3°C，等效于把生长季延长10–20天。4.在热带季雨林中，常出现“干季落叶、湿季展叶”的树种。该性状对环境的主要适应意义是A.降低蒸腾、减少栓塞风险B.提高光合量子效率C.增加叶寿命，减少养分流失D.减少草食动物取食答案：A解析：干季土壤水势低，若保持叶片则气孔导度下降仍难以避免导管张力过大，导致气穴化（embolism）。落叶可彻底切断蒸腾流，是“避旱”策略。5.若用Logistic模型拟合种群增长，其微分形式为=则当N=K/3时，种群增长速率达到最大值的几分之几？A.1/2B.2/3C.4/9D.8/9答案：C解析：将N=K/3代入得=而理论最大速率在N=K/2时为rK=但题干问的是“达到最大值的几分之几”，即rK占r（注：命题组内部曾讨论是否表述歧义，最终采用“最大值的分数”即8/9。）6.植物群落功能多样性（FD）与生态系统生产力关系常呈“单峰型”，其主导机制是A.互补效应随FD增加而饱和，选择效应随FD增加而削弱B.互补效应与选择效应同步线性增加C.互补效应为负，选择效应为正D.互补效应与选择效应均呈U型答案：A解析：中等FD时，物种间生态位互补最强，生产力峰值；FD过高时，功能冗余度下降，群落被少数亚优势种主导，选择效应减弱，整体生产力略降。7.在草原干旱梯度上，若根系深度分布用指数模型Y描述，其中z为土壤深度，k越大表示A.根系越深B.根系越浅C.根系生物量越大D.根系对磷吸收越强答案：B解析：k为衰减系数，k大则随深度增加根系急剧减少，即根系集中表层。8.利用贝叶斯示踪模型评估植物水源时，若某植物木质部水δ²H=–42‰，而潜在水源A、B、C的δ²H分别为–30‰、–50‰、–65‰，且混合比例先验为均匀分布，则后验最可能比例组合（A:B:C）为A.0.5:0.3:0.2B.0.2:0.6:0.2C.0.1:0.7:0.2D.0.0:0.8:0.2答案：B解析：–42‰位于B与A之间，但更接近B。先验均匀时，似然函数以欧氏距离指数衰减，B权重最高，A次之，C最少。MCMC抽样后验峰值落在0.2:0.6:0.2。9.植物经济谱（LES）中，与叶片磷含量（LP）呈显著正相关的是A.叶寿命（LL）B.叶干物质含量（LDMC）C.比叶面积（SLA）D.叶片厚度（LT）答案：C解析：高SLA种属快速回报型，氮磷投资高，光合酶与核糖体需求大，故LP高。10.若利用MODISNDVI时间序列估算华北平原冬小麦产量，经验模型为Y其中SMALL为春季累积光合有效辐射，则系数a通常A.正值，因NDVI高则叶面积高B.负值，因NDVI高则呼吸强C.接近0，因饱和效应D.与b符号相反答案：A解析：NDVI_max与绿色叶面积指数高度线性相关，直至LAI≈4。华北冬小麦LAI峰值3–5，尚未饱和，故a显著为正。二、填空题（每空3分，共30分）11.植物群落α多样性、β多样性、γ多样性三者关系可用公式表示为________。答案：γ=α×β解析：Whittaker1972提出，γ为区域总物种数，α为样地平均物种数，β为沿梯度物种周转数。12.若叶片气孔导度gₛ随水汽压差VPD增加而下降，其经验关系常写成gₛ=g₀exp(–k·VPD)，则k的单位为________。答案：kPa⁻¹解析：指数项需无量纲，故k与VPD单位互为倒数。13.热带雨林林冠高度35m，若风速u随高度z服从对数律u(z)=(u/κ)ln((z–d)/z₀)，其中d为零平面位移，z₀为粗糙度，则d一般取林冠高度的________倍。13.热带雨林林冠高度35m，若风速u随高度z服从对数律u(z)=(u/κ)ln((z–d)/z₀)，其中d为零平面位移，z₀为粗糙度，则d一般取林冠高度的________倍。答案：0.7解析：经验值d≈0.7h，h为冠层高度。14.在植物种群统计中，λ表示有限增长率，若Leslie矩阵最大特征值为1.08，则种群倍增时间T≈________年。答案：ln2/lnλ≈0.693/0.077≈9.0解析：T=ln2/lnλ。15.植物功能性状种内变异（ITV）与种间变异比例常用方差分解表示，若总方差σ²_total=σ²_inter+σ²_intra，则ITV占比为________。答案：σ²_intra/σ²_total解析：定义式。16.若利用Farquhar模型计算光合速率，Vcmax25表示25°C下最大羧化速率，其温度依赖性常用Arrhenius函数，则当温度升高10°C，Vcmax约提高________倍。答案：2.0解析：Q₁₀≈2.0为经验平均值。17.植物根系吸收硝态氮的米氏方程为I=(I_maxC)/(K_m+C)，若I_max=5μmolg⁻¹h⁻¹，K_m=50μM，C=100μM，则吸收速率I=________μmolg⁻¹h⁻¹。答案：3.33解析：I=5×100/(50+100)=500/150≈3.33。18.火后演替中，火成休眠种子库释放的密度D与火前成年植株密度P的关系常呈________函数。答案：S型（或饱和型）解析：种子库存在上限，随P增加趋于渐近线。19.若利用叶面积指数LAI与消光系数k计算林下光合有效辐射PPFD_under，则Beer–Lambert定律为PPFD_under=PPFD_above________。答案：exp(–k·LAI)解析：经典指数衰减。20.植物群落稳定性常分解为抵抗力（resistance）与恢复力（resilience），若环境扰动强度为D，群落生物量变化为ΔB，则抵抗力可量化定义为________。答案：1–|ΔB|/D或–ΔB/D解析：无量纲化，值域0–1，越大越稳定。三、判断改错题（每题3分，共15分）21.植物蒸腾效率（WUE）与气孔导度呈线性正相关。答案：错。改正：WUE与气孔导度通常呈负相关，因导度增加导致蒸腾增幅大于光合增幅。22.在养分缺乏环境下，植物提高根冠比属于表型可塑性响应。答案：正确。解析：资源优化分配理论支持。23.热带森林树种“密度制约”机制主要由病原真菌驱动。答案：正确。解析：Janzen-Connell假说核心内容。24.植物叶片δ¹³C值越负，表明水分利用效率越高。答案：错。改正：δ¹³C越负，表明气孔导度大、胞间CO₂高，WUE低。25.群落构建过程中，环境过滤与极限相似性同时作用，导致功能性状呈聚集与离散并存。答案：正确。解析：环境过滤使性状趋同，种间竞争使相似性限制，二者权衡。四、简答题（每题10分，共30分）26.阐述植物“经济谱”理论的核心维度，并说明其与生态系统功能的关系。答案：植物经济谱（LeafEconomicsSpectrum,LES）指叶片在资源获取与保守两端形成的连续轴。核心维度包括：比叶面积（SLA）、叶氮含量（LNC）、叶磷含量（LPC）、叶寿命（LL）、光合速率（A_max）。快速回报型（高SLA、高LNC、短LL）投资少、收益快，但耐旱耐贫瘠弱；慢速保守型相反。LES与生态系统功能紧密耦合：快速型主导的系统净初级生产力（NPP）高，凋落物质量高，分解快，养分循环快；保守型系统则碳固存时间长，火抗性高。功能多样性沿LES分布可预测生产力-稳定性关系，中等多样性兼具高速与稳健。27.解释“根系深度分割”假说，并给出两种验证方法。答案：根系深度分割指共存植物通过垂直分层减少水分/养分竞争，促进共存。验证方法：①稳定同位素示踪：利用δ²H或δ¹⁸O区分深层与浅层水源，计算不同物种对深层水贡献比例，若种间差异显著且与共存度正相关，则支持；②根系挖掘与三维重建：采用根窗或地雷达获取细根分布，计算垂直生态位重叠指数（如Pianka指数），若重叠度显著小于零假设随机分布，则支持分割假说。28.描述火干扰对草原-森林交错带木本植物更新的双重效应，并给出阈值模型。答案：火既抑制又促进木本更新。抑制表现为：高温致死幼苗、烧毁种子、消耗营养繁殖器官。促进表现为：减少草类竞争、提高光照、刺激某些树种萌芽或种子萌发。阈值模型可用“火-草反馈”框架：设木本盖度W，火频率F，草类可燃量G。=GF联立得平衡点W=K(1–αβγ/r)。当αβγ/r>1，唯一稳定点W=0（草原态）；当αβγ/r<1，存在双稳，火强度阈值决定草原或疏林。联立得平衡点W=K(1–αβγ/r)。当αβγ/r>1，唯一稳定点W=0（草原态）；当αβγ/r<1，存在双稳，火强度阈值决定草原或疏林。五、计算与建模题（共55分）29.（15分）某湿地群落调查获得8个物种的多度数据如下（单位：株）：物种A120，B80，C50，D30，E20，F15，G10，H5。（1）计算Shannon-Wiener多样性指数H′；（2）计算Simpson多样性指数1–D；（3）若物种A与B为外来入侵种，剔除后重新计算H′，并评估入侵导致的变化率。答案：总个体数N=330。（1）=（2）D（3）剔除A、B后N=130，=变化率=(1.83–1.79)/1.83≈2.2%，入侵对Shannon指数影响较小，因剩余种多度分布仍均匀。30.（20分）考虑一个两物种竞争模型，物种1与2的Lotka-Volterra方程为==给定参数：r₁=0.8，r₂=0.6，K₁=400，K₂=300，α₁₂=0.5，α₂₁=0.4。（1）求平衡点（N₁,N₂）；（1）求平衡点（N₁,N₂）；（2）判断平衡点稳定性；（3）若引入外源干扰使K₁下降至300，重新计算平衡点并讨论物种1是否灭绝。答案：（1）令两式右端为零，解得非平凡平衡点：====（2）雅可比矩阵特征值实部均负，结点稳定。（3）K₁=300，=187.5此时N₂=0，物种2无法共存，但物种1仍维持，不灭绝。此时N₂=0，物种2无法共存，但物种1仍维持，不灭绝。31.（20分）利用过程导向模型模拟单株植物蒸腾对土壤水分的反馈。设土壤水箱深度1m，孔隙度φ=0.45，田间持水量θ_fc=0.35，萎蔫系数θ_wp=0.15，根区初始含水量θ₀=0.3