4种类型水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征比较

【目的】利用生态过程中多重化学元素的平衡关系,揭示营养元素相互作用的变化规律,了解多重化学元素质量平衡及其对生态交互作用的影响。分析4种类型水曲柳人工林间树种叶片-凋落物-土壤以及同一水曲柳人工林不同组分间碳(C)、氮(N)、磷(P)的含量及其生态化学计量特征,为水曲柳人工林的混交树种选择、叶片-凋落物-土壤中的养分调节及水曲柳人工林的合理施肥提供理论参考。【方法】在东北林业大学森林培育实验站,以天然林带状皆伐后营造的29年生水曲柳纯林、长白落叶松水曲柳混交林、红皮云杉水曲柳混交林和红松水曲柳混交林为对象,野外样地调查取样,室内测定叶片、凋落物、土壤的有机C、N、P含量,分析比较了4种类型水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤的C、N、P含量及其化学计量比[碳氮、碳磷、氮磷质量比,即m(C):m(N),m(C):m(P),m(N):m(P),分别表示为C/N、C/P、N/P]特征。【结果】水曲柳与长白落叶松叶片的N、P含量显著高于红皮云杉和红松叶片中的N、P含量; 水曲柳纯林凋落物的N、P含量显著高于3种混交林凋落物的N、P含量; 4种林型土壤C、N、P含量差异显著,C以长白落叶松水曲柳混交林土壤的为最高,N、P以水曲柳纯林土壤的为最高,C、N、P皆以红松水曲柳混交林土壤的为最低; 4种林型叶片到凋落物的C、N、P含量平均降低率分别为18.98%、32.12%与21.95%; 凋落物到土壤的C、N、P含量平均降低率分别为81.37%、50.73%与3.49%; 混交林叶片到土壤的C、N、P含量平均降低率分别为84.90%、66.55%与24.67%; 红皮云杉和红松叶片的C/N、C/P显著高于水曲柳、长白落叶松叶片,N/P皆以长白落叶松、红皮云杉和红松显著低于水曲柳; 凋落物C/N和C/P以红皮云杉水曲柳混交林和红松水曲柳混交林显著高于水曲柳纯林和落叶松水曲柳混交林,N/P以水曲柳纯林高于3种混交林; 土壤C/N和C/P皆以落叶松水曲柳混交林显著高于其他3种林型。C/N以凋落物最高,土壤最低; C/P和N/P以叶片最高,土壤最低。【结论】从提高养分利用效率,促进树木生长和保护土壤角度综合考虑,相对于红松与红皮云杉,水曲柳与长白落叶松具有更好的养分利用效率与生长速度,长白落叶松水曲柳混交林和水曲柳纯林林下土壤中的C、N、P含量也相对高于红皮云杉水曲柳混交林与红松水曲柳混交林。因此,对水曲柳人工林的混交树种应优先选择长白落叶松。基于水曲柳人工林叶片-凋落物-土壤的C、N、P含量及其生态化学计量在不同组分中的变化情况,应注意林下土壤N、P肥的补施。     

贵州茂兰喀斯特森林两树种叶片气孔形态特征及其对蒸腾的影响

【目的】 石漠化是中国西南喀斯特地区严重的环境问题, 探讨在喀斯特生境下树种气孔对蒸腾需求的响应及环境因子的影响,了解类似气候条件下相似物种对外界环境条件的基本调节策略,为喀斯特地区森林的保护和石漠化治理提供参考。【方法】 在贵州茂兰喀斯特地区,以常绿树种胀果树参(Dendropanax inflatus)和落叶树种瓜木(Alangium platanifolium)为对象,利用热扩散探针(TDP)对树干液流进行了野外监测,同步记录小气候数据,采集两树种叶片样本带回实验室进行干燥处理,然后在电子显微镜下做气孔结构分析。【结果】 ①常绿和落叶树种树干的液流速率(F_S)日变化规律相似,整体来看,观察期落叶树种瓜木的F_S[(585.25±53.46) g/h]高于常绿树种胀果树参的[(384.83±39.12) g/h],说明落叶树种比常绿树种的蒸腾作用强。②落叶树种瓜木的气孔密度(SD)[(1 005.08±80.99) 个/mm²]显著大于常绿树种胀果树参的[(237.16±21.67) 个/mm²](P<0.05,df=48,F=7.08),但两树种的气孔开度(SO)、气孔长度(SC)以及气孔器大小(SAS)均无显著差异(P>0.05,df=48,F=2.65);同时SD与SO、SC之间均存在显著负相关(P<0.05,df=9,F=14.00;P<0.05,df=9,F=17.12),相比较低气孔密度的常绿树种胀果树参气孔较长,开度较大。③两树种的SD与F_s均呈极显著正相关(P<0.01,df=48,F=16.03;P<0.01,df=48,F=32.10),说明两树种蒸腾与气孔密度小有关;同时两树种气孔密度与太阳辐射强度(R_n)均呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=7.66;P<0.01,df=48,F=47.18),落叶树种瓜木的SC与R_n呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=13.06),常绿树种胀果树参的SD还与大气温度(T_a)呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=5.02), SC与T_a呈显著正相关(P<0.05,df=48,F=6.32),SO与T_a、R_n呈极显著正相关(P<0.01,df=48,F=17.20;P<0.01,df=48,F=14.81),说明R_n是影响两树种气孔形态的主要环境因子。【结论】 环境因子和气孔形态变化均在调节树木蒸腾中起作用,以气孔密度较低的常绿树种胀果树参对环境条件的响应更强,从蒸腾调节的角度来看,气孔密度大小以及环境因子影响叶片气孔形态的差异是导致树木蒸腾强弱差异的关键所在,类似落叶树种瓜木有高气孔密度的物种更适合在复杂的喀斯特生境下生长。     

不同森林经营模式对土壤氮含量及酶活性的影响

【目的】探讨不同森林经营模式对土壤氮含量及相关酶活性的影响,为太湖沿岸防护林模式构建提供依据。【方法】在江苏省宜兴市周铁镇选取林龄相同的杨树纯林、杨树石楠混交林以及杨树女贞混交林3种森林经营模式,挖取1 m深的土壤剖面采集土壤样品,测定各模式下春季土壤的氮含量及相关酶活性,并分析其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①试验地土壤全氮含量为0.17~1.35 g/kg,各森林经营模式之间土壤全氮含量存在显著差异(df=2,F=102.820,P<0.05),与杨树纯林相比,杨树女贞混交林和杨树石楠混交林土壤全氮含量分别增加了21.8%、69.7%;随着土层深度增加,2种混交林土壤全氮含量逐渐降低,各土层之间差异显著(df=3,F=108.289,P<0.05);土壤硝态氮、铵态氮含量分别为5.67~9.79、3.22~12.43 mg/kg,各森林经营模式之间差异显著(df=2,F=18.764,P<0.05;df=2,F=9.655,P<0.05),杨树女贞混交林和杨树石楠混交林土壤硝态氮含量相比杨树纯林分别降低了11.8%、27.3%,而杨树女贞混交林和杨树石楠混交林的土壤铵态氮含量在≥20~40、≥40~60和≥60~80 cm土层显著增加(df=3,F=106.230,P<0.05;df=3,F=119.794,P<0.05);随着土层深度的增加,3种经营模式土壤硝态氮和铵态氮含量逐渐降低;土壤微生物生物量氮含量为6.04~9.52 mg/kg,与杨树纯林相比,杨树女贞混交林土壤微生物生物量氮含量增加了7.5%;②土壤脲酶活性、硝酸还原酶活性和亚硝酸还原酶活性分别为3.43~9.16、0.16~1.04、0.15~0.25 mg/(g·d),与杨树纯林相比,杨树女贞混交林土壤脲酶活性在各土层均显著增加(df=2,F=19.600,P<0.05),而土壤硝酸还原酶活性在土壤表层则显著降低(df=3,F=43.637,P<0.05);杨树石楠混交林土壤脲酶活性在各土层均显著降低(df=3,F=17.825,P<0.05),而土壤硝酸还原酶活性则相反;3种森林经营模式下土壤亚硝酸还原酶活性无显著差异。表明脲酶和硝酸还原酶对经营模式的响应更敏感,可作为土壤氮变化的指标。此外,不同森林经营模式下土壤氮含量及酶活性与含水量、pH密切相关。【结论】与杨树纯林相比,杨树女贞混交林和杨树石楠混交林提高了土壤速效养分,有效吸收并削减土壤中的硝态氮含量,降低硝酸盐向土壤深层淋溶导致污染浅层地下水的风险。同时,土壤微生物量氮和酶活性变化加速了土壤氮转化和养分循环。建议在太湖沿岸防护林构建过程中,推广乔灌复层混交林。     

黄栌光合和呈色特性对重庆阴雨天气的响应

【目的】探讨重庆地区阳性植物黄栌的光合和呈色特性对当地阴雨天气的响应,为黄栌人工抚育提供科学依据。【方法】以黄栌为研究对象,于2019年4—11月定期监测(避开雨天)自然条件下控根容器内种植的4年生黄栌的光合特性、叶片色素含量、叶色参数等,并与2018年所测数据进行比较;收集2016—2019年重庆市气象数据,分析重庆地区2019年阴雨天气占比、降水量、日照时间、相对湿度等特征与2016—2018年的差异性,了解气象因子与黄栌叶片光合、呈色特性间的相关关系。【结果】2019年4—11月(黄栌生长期),重庆遭遇罕见的连绵阴雨天气,监测期超过半数时间为阴雨天气。相比2016—2018年,2019年日照时间减少10%~25%,最大日降水量增加30%~37%,平均降水量增加12.5%~25.0%,平均气温(Q)降低1%~2%。高湿、多雨、寡日照环境不利于黄栌光合色素合成,导致其净光合速率(P_n)降低,叶片呈色质量较差。相关性分析表明:P_n与日照时间(SD)和Q极显著正相关(P<0.01),与光合有效辐射(PAR)显著正相关(P<0.05),与日降水量≥0.1 mm天数(DPD)极显著负相关(P<0.01);蒸腾速率(T_r)与SD和Q极显著正相关(P<0.01),与PAR显著正相关(P<0.05),与DPD极显著负相关(P<0.01),与大气CO₂浓度(C_a)显著负相关(P<0.05)。叶绿素a(Chla)含量与Q显著正相关(P<0.05);花青素含量与DPD显著负相关(P<0.05)。叶色亮度(L^*)与叶绿素b(Chlb)含量极显著正相关(P<0.01),与Chla含量显著正相关(P<0.05);红/绿属性色相(a^*)与Chla、Chlb含量极显著负相关(P<0.01);其他色素含量与叶色参数间相关性均不显著(P>0.05)。a^*与T_r、P_n、气孔导度(G_s)极显著负相关(P<0.01);黄/蓝属性色相(b^*)与T_r、P_n、G_s极显著负相关(P<0.01);彩度(C^*)与T_r、P_n极显著负相关(P<0.01)与G_s显著负相关(P<0.05)。【结论】在2019年4—11月的连绵阴雨天气条件下,重庆地区黄栌表观量子效率(AQY)和P_n降低,利用弱光的能力和叶片呈色质量较差,但具有较宽的CO₂生态利用幅度与光照耐受范围,叶片Chlb含量的增加提高了对散射光的利用能力,从而增强对连绵阴雨天气的适应与耐受能力。研究结果可为我国黄栌引种栽培及科学管理提供参考。     

川中丘陵区4种乡土阔叶树细根性状对比研究

【目的】川中丘陵区的主要防护林分为柏木(Cupressus funebris)人工林,由于密度过大、树种单一,严重影响其综合效益的发挥。加上该区域土壤类型大多为紫色土,土层瘠薄、肥力低下,能够适应的树种不多。探明川中丘陵区带状补植的4种乡土阔叶树种[桤木(Alnus cremastogyne)、喜树(Camptotheca acuminata)、香樟(Cinnamomum camphora)、香椿(Toona sinensis)]的细根性状特征,了解它们对地下资源利用策略的种间差异,为该区域防护林树种的选择和经营提供依据。【方法】选择川中丘陵区“带状采伐+补阔”改造的人工柏木林分作为研究对象,对补植的林龄为7 a的4种乡土阔叶树——桤木、喜树、香樟、香椿,各选取5株长势均匀、良好的植株,采用“全株挖掘法”挖取其根系,研究其细根(直径<2 mm)的生物量、形态以及分支结构等性状特征。【结果】①桤木细根的生物量密度为(0.156±0.030) kg/m³,分别是喜树、香樟和香椿的15.67、11.72和4.61倍。桤木、喜树、香樟、香椿的细根表面积密度分别是0.99、0.45、0.68和1.13 m²/m³;根长密度分别是110.33、10.58、26.64和97.56 m/m³。②4种阔叶树细根的平均直径大小依次为喜树(1.67 mm)>香樟(1.06 mm)>香椿(0.77 mm) > 桤木(0.73 mm)。桤木、喜树、香樟、香椿的比根长和比表面积分别是62.54、49.31、81.53、287.50 cm/g和13.58、25.61、27.35、83.15 cm²/g。桤木的根组织密度显著高于其他3个树种(df=3, F=360.726, P<0.05)。③桤木的比根尖数、根尖密度、分枝密度分别为1 056个/g、2.37个/cm、2.65个/cm,均明显高于喜树、香樟、香椿3个阔叶树种(df=3,F=391.659,P<0.01;df=3,F=103.857, P<0.05;df=3,F=104.617, P<0.05)。④桤木细根中全氮含量分别比喜树、香樟、香椿高33.27%、88.65%、21.93%。香椿的全碳、全磷、全钾储量在4种树种中均最高。【结论】在带状采伐的前几年,由于采伐带内阳光充足,作为阳性树种的桤木和香椿,表现出强劲的竞争力,细根生物量密度较大。另一方面,改造初期,由于土层瘠薄,土壤水分含量较低,作为浅根性树种的桤木和香椿,通过增加水平根系的分支来获取更多的土壤空间从而吸收更多的营养,而香樟和喜树则通过增加细根直径和垂直深度来获取土壤空间,提高获取营养的能力。由此可见,川中丘陵区的4种阔叶树的细根性状具有明显差异,反映了不同的资源获取策略。     

生物炭对杨树人工林土壤微生物生物量碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

【目的】揭示林分尺度下添加生物炭对土壤微生物生物量碳(SMBC)、土壤微生物生物量氮(SMBN)、土壤微生物生物量磷(SMBP)含量及其化学计量特征的影响,深入了解生物炭对杨树人工林土壤微生物群落结构与功能的影响,系统阐明生物炭调控人工林C、N、P生物地球化学循环的土壤微生物学机理,为在平原地区人工林生态系统中安全推广生物炭固碳增汇技术提供理论依据。【方法】以江苏省东台林场的杨树人工林为对象,设置生物炭添加量低(T1,40 t/hm²)、中(T2,80 t/hm²)、高(T3,120 t/hm²)3种处理及对照(不添加CK),测定SMBC、SMBN、SMBP含量及其化学计量特征(土壤微生物生物量碳、氮、磷含量比,即m(SMBC)/m(SMBN)、m(SMBC)/m(SMBP)、m(SMBN)/m(SMBP),文后简写为SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP)在不同处理间的差异,及其与土壤理化性质之间的关系。【结果】①与对照样地相比,3种生物炭添加处理均提高了SMBC、SMBN和SMBP含量。T1、T2、T3处理样地SMBC含量分别为对照样地的1.08、1.15、1.19倍; SMBN含量分别为对照样地的1.12、1.24、1.34倍; SMBP含量分别为对照样地的1.11、1.26、1.41倍; ②T1处理样地的SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP分别为15.7、85.0、5.4,T2处理样地的分别为15.1、78.6、5.2,T3处理样地的分别为14.3、73.3、5.1。与对照相比,3种生物炭添加处理均显著降低了SMBC/SMBN和SMBC/SMBP,且不同处理间差异显著(P<0.05),但仅T2、T3处理显著降低了SMBN/SMBP(P<0.05); ③SMBC、SMBN、SMBP含量均具有显著的季节变异,其中在植物休眠季节(2014年12月及2015年3月),SMBC、SMBN及SMBP的含量均维持在较高水平,而在植物生长的旺盛季节(2015年7月及2015年10月),其含量下降至较低水平,但SMBC/SMBN、SMBC/SMBP、SMBN/SMBP的季节变化与此完全相反; ④添加生物炭提高了土壤可溶性有机碳、硝态氮、速效磷、全氮和总有机碳含量,增加了土壤pH和含水率,但是降低了土壤密度和铵态氮含量; ⑤相关性分析表明,SMBC含量与土壤可溶性有机碳(DOC)、pH、含水率(SMC)、硝态氮(NO^-₃-N)和速效磷(AP)呈极显著正相关关系(P<0.01),与铵态氮(NH⁺₄-N)呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度、全氮(TN)和总有机碳(TOC)相关性不显著(P≥0.05); SMBN与SMBP的含量表现较为一致,均与DOC、pH、SMC、NO^-₃-N、AP、TN呈极显著正相关关系(P<0.01),与NH⁺₄-N呈极显著负相关关系(P<0.01),而与土壤密度和TOC相关性不显著(P≥0.05)。【结论】添加生物炭能够显著提升SMBC、SMBN、SMBP含量,并有效降低SMBC/SMBN、SMBC/SMBP和SMBN/SMBP,有利于促进土壤微生物对N、P养分的固持与周转,进而改善土壤对N、P养分的供应。研究还发现,研究区杨树人工林生长可能存在N、P养分限制现象。     

不同坡向及径级油松异龄叶的功能性状

【目的】研究植物叶功能性状特征,以了解植物生存的适应性策略。【方法】以松山地区油松天然林及人工林为对象,通过测定不同叶龄油松的比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶氮量(LNC)、叶磷量(LPC)及氮磷比(m(N):m(P),缩写为N/P),得到不同坡向上不同径级油松异龄叶的功能性状特征。【结果】①在天然林和人工林内,不同坡向油松的SLA、LDMC差异均显著(P<0.05),SLA在阴坡较高,而LDMC在阳坡较高。②SLA与LDMC呈显著负相关(P<0.01,其中当年生叶相关系数r=-0.86,往年生叶r=-0.84); LPC与m(N):m(P)呈现显著负相关(P<0.01, 当年生叶r=-0.47,往年生叶r=-0.70); LNC与m(N):m(P)呈显著正相关(当年生叶P<0.05,r=0.23; 往年生叶P<0.01,r=0.45)。③不同发育阶段中,小径级油松的SLA显著高于中、大径级(P<0.05),LDMC趋势则相反,且大径级的LDMC最大。④各径级中当年生叶的LNC和m(N):m(P)均低于往年生叶相应值,但其LPC均比往年生叶的高。【结论】坡向显著影响油松叶对资源和能量的分配策略,阴坡叶的比叶面积性状特征明显,而阳坡叶注重叶干物质含量的积累; 松山地区油松营养限制类型为氮限制,且新叶生长更易受氮限制。异龄叶在不同坡向和各个发育阶段的叶功能性状,表明该地区油松为了最大限度地减少环境的不利影响而采取了适应性权衡对策。     

长期氮添加对落叶松和水曲柳人工林土壤碳、氮、磷含量和胞外酶活性的影响

【目的】氮(N)沉降速率的持续增加影响着森林生态系统的物质循环。本研究旨在探讨长期N添加对两种人工林土壤微生物生物量和胞外酶活性的影响。【方法】基于黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外科学观测研究站落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林的长期(16年)N添加[N添加速率为10 g/(m²·a)]试验,测定对照和N添加处理样地土壤的碳(C)、N、磷(P)各组分含量、微生物生物量以及C、N、P循环相关的胞外酶活性。【结果】长期N添加显著增加了两种人工林无机N含量,但降低了两种人工林微生物生物量C、N含量。N添加抑制了水曲柳人工林β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶和酚氧化酶活性,但对落叶松人工林的这些C分解酶活性的抑制作用不显著。回归分析进一步发现微生物生物量、β-葡萄糖苷酶、过氧化物酶和酚氧化酶均随着土壤pH的降低而显著降低。几丁质酶活性在落叶松人工林中对N添加呈现负响应,却在水曲柳人工林中对N添加呈现正响应。然而,N添加均未显著改变两种人工林的磷酸酶活性、总有机C,以及酸水解法划分的C组分、全N、全P和有效P含量。【结论】长期N添加主要通过土壤酸化途径改变落叶松和水曲柳人工林土壤微生物生物量和酶活性,而N添加对胞外酶活性的影响因树种而异,这可能与两个树种的不同凋落物质量和菌根类型有关。N添加对土壤微生物和C分解酶活性的抑制作用并没有显著增加土壤C含量和改变C组分,其内在机制需要未来从土壤有机C的形成和稳定性方面进行揭示。     

不同叶色青钱柳叶片色素、多酚含量及光合特性的差异

【目的】青钱柳是多功能树种,通过比较分析两种不同叶色青钱柳叶片色素、黄酮和单宁两类多酚含量及其光合特性的差异,为青钱柳良种选育提供理论依据。【方法】按照季节动态分别采集红叶青钱柳和绿叶青钱柳的新叶和成熟叶,测定其花色素苷、叶绿素、类胡萝卜素、单宁和黄酮含量,定期测定4种类型叶的净光合速率(P_n)和PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m),并采用单因素方差分析比较不同类型叶间的差异。【结果】红叶青钱柳的新叶花色素苷含量显著高于其他3种类型叶(P<0.05),但叶绿素和类胡萝卜素含量显著低于红叶青钱柳和绿叶青钱柳的成熟叶片(P<0.05);红叶青钱柳和绿叶青钱柳的成熟叶片中的黄酮和单宁含量在多数采样时间均无显著差异(P> 0.05),但在秋季,红叶青钱柳成熟叶片的单宁含量显著高于绿叶青钱柳的成熟叶片(P<0.05);由于红叶青钱柳的新叶积累高花色素苷含量而使总叶绿素含量下降,但其P_n与绿叶青钱柳的新叶不存在显著差异(P> 0.05),红叶青钱柳和绿叶青钱柳成熟叶片的P_n也不存在显著差异(P> 0.05)。【结论】较高浓度的花色素苷是红叶青钱柳新叶呈现红色的主要原因;红叶青钱柳和绿叶青钱柳叶中单宁与黄酮的含量存在一定差异,但总体上差异不显著;红叶青钱柳新叶阶段叶多酚类物质含量较高,但在成熟叶阶段与绿叶青钱柳无显著差异(P> 0.05)。因此,红叶这一表型性状可为青钱柳药用优良单株的筛选提供一定参考,红叶青钱柳在7—8月叶片仍保持较高花色素苷含量而呈现红色,比绿叶青钱柳具有更高的观赏价值。     

毛竹及其变种叶片化学计量与养分重吸收效率

【目的】评价毛竹(Phyllostachys edulis)及其变种叶片养分重吸收效率,旨在揭示主要养分元素的生态适应机制,以期为毛竹及其变种的可持续经营提供科学依据。【方法】以毛竹及其变种[黄槽毛竹(P. edulis cv. Luteosulcata)、花毛竹(P. edulis cv. Tao Kiang)、厚壁毛竹(P. edulis cv. Pachyloen)、金丝毛竹(P. edulis cv. Gracilis)]为研究对象,分析不同竹龄(1、3、5 a)叶片化学计量特征与养分重吸收效率。【结果】毛竹及其变种C、N 含量差异较小,P含量波动性较大。不同竹种相同竹龄立竹间成熟叶和凋落叶C、N、P含量差异性较大,1年生竹种叶片养分含量较高,随着竹龄增加,竹种适应能力逐渐下降。毛竹及其变种相同年龄立竹间、同一变种不同年龄立竹间叶片化学计量比存在一定差异性。1、3、5年生花毛竹叶片N、P重吸收效率较高,年龄对除厚壁毛竹外的其他毛竹及其变种叶片N重吸收效率影响呈现先升后降趋势,而不同年龄毛竹及其变种叶片P重吸收效率波动性较大。【结论】研究区毛竹及其变种生长受P元素的限制,毛竹及其变种随竹龄的增加适应能力有所变化,花毛竹适应性较强,厚壁毛竹则对土壤的依赖性较大。     

模拟氮磷沉降和凋落物处理对两种林型红松林土壤有机碳组分的影响

【目的】阐明模拟氮(N)磷(P)沉降和凋落物处理对两种林型红松(Pinus koraiensis)林土壤有机碳(SOC)组分的影响,为该地区红松林的合理施肥提供参考。【方法】以黑龙江省伊春市带岭区凉水国家级自然保护区红松人工林与阔叶红松林为对象,每个林型设置3块20 m×30 m样地,每块样地间隔20 m,每块样地内布设12个样方,共计72个样方。每个样方实施两种处理：(1)凋落物处理：2017年10月进行该处理的去除(R)、添加(A)和原状(CK1)3个水平的试验,每个水平设定3个重复;(2)模拟氮磷沉降处理：2018年与2019年的5—10月,每月进行1次该处理的试验,分别使用(NH₄)₂SO₄和(NH₄)₂HPO₄作为氮源和磷源配置成不同质量浓度的液体肥,施肥量设置低剂量(L,N、P添加量均为5 g/m²)、中剂量(M,N添加量为15 g/m²,P添加量为10 g/m²)、高剂量(H,...     

椴树-红松林林隙大小与枯叶分解对土壤香草酸含量的影响

【目的】阔叶红松林是中国东北东部山区的地带性森林植被,林隙是广泛存在于天然红松林里的特殊微结构,探究林隙大小、枯叶分解时间和枯叶种类对林地土壤中香草酸含量的影响,为阔叶红松混交林林隙调节和红松人工林可持续经营提供依据。【方法】在黑龙江凉水国家级自然保护区椴树-红松林内,选取由掘根倒木形成的大、中、小林隙,以郁闭林分为对照,分别在林隙中心及对照土壤中埋置3种枯叶(椴树、红松、枫桦)分解袋后,分5次(61、123、147、458、519 d时)取回枯叶分解袋下0~10 cm土层土样,去除杂质并过筛后用于室内分析。采用高效液相色谱法(HPLC)测定土壤中香草酸含量。分析条件为柱温25 ℃,流速0.1 mL/min,自动进样,进样体积10 μL,检测波长280 nm。流动相A为色谱纯甲醇,流动相B为1%磷酸溶液,体积比及梯度洗脱方式为:0 min,V_A:V_B=30:70;15 min,V_A:V_B=50:50;20 min,V_A:V_B=55:45;30 min,V_A:V_B=60:40。通过方差分析,比较各林隙大小、枯叶分解时间以及枯叶种类对分解后土壤中香草酸含量的影响。【结果】林隙大小、枯叶分解时间及枯叶种类对土壤香草酸含量差异影响显著。林隙大小对土壤香草酸含量的影响不同,椴树枯叶分解后,小林隙、中林隙土壤香草酸含量普遍高于大林隙;红松枯叶分解后,小林隙土壤香草酸含量基本高于中林隙、大林隙;枫桦枯叶分解后,中林隙土壤香草酸含量高于大林隙、小林隙。多因素方差分析表明,林隙大小、枯叶种类、枯叶分解时间的交互作用对土壤香草酸含量影响显著。Post Hoc检验结果表明在椴树-红松林小林隙内,枯叶分解519 d时,枯叶种类对土壤内香草酸含量影响不明显,在椴树-红松林大林隙对照中,枯叶分解123 d时,枯叶种类对土壤中香草酸含量的影响弱于其他水平交互作用。【结论】为更好地维护椴树-红松林更新,应考虑林隙大小、枯叶种类及枯叶分解时间对土壤中香草酸含量的影响。枯叶种类在某些分解时间和某些林隙中对土壤中香草酸含量影响不明显。因此,在分析香草酸含量变化时,需要考虑各影响因素各水平的交互作用。     

确定P-V曲线中质壁分离点的方法比较

质壁分离渗透势(Ψ_tlp)与质壁分离相对含水量(C_RW,tlp)作为重要的水分生理参数,被认为是衡量树木耐旱性强弱的重要指标。为了验证不同方法确定质壁分离点的差异,笔者对比了Ⅰ型与Ⅱ型标绘P-V曲线类型,采用Ⅱ型标绘方式,利用常见的数学法、图形法和程序法分析了东北东部山区主要树种的Ψ_tlp和C_RW,tlp。结果表明:Ⅰ型8个树种Ψ_tlp和C_RW,tlp平均值分别较Ⅱ型高出0.20 MPa和3.17%。其中两种标绘类型对针叶树兴安落叶松和红松参数求解影响大于阔叶树。不同标绘类型改变了树种间参数的对比关系。Ⅱ型中除了程序法求解春榆Ψ_tlp显著高于数学法外(P<0.05),其他树种3种方法求解Ψ_tlp及C_RW,tlp均无显著性差异(P>0.05)。3种方法求解的同一参数间的线性方程决定系数在0.63～0.90之间(P<0.01)。其中,数学法与图形法线性关系最好,数学法与程序法、图形法与程序法线性关系次之。Ⅱ型标绘P-V曲线图形变化平缓,曲线部分与直线部分分界明显,可较好地估计水分参数。图形法在适用性上具有优势。     

珍稀濒危植物毛果木莲幼苗光合特性及对遮阴处理的响应

【目的】光是植物生长发育过程中重要的环境因子,可通过光敏色素等途径来调节植物的生长、发育。毛果木莲(Manglietia ventii)为中国特有种,是国家Ⅱ级重点保护植物。笔者采取人工遮阴方式,对毛果木莲幼苗的光合及叶绿素荧光参数等指标进行测定,探讨毛果木莲幼苗对光环境变化的生理响应和适应性,为开展其保护生物学研究提供理论依据,同时为濒危植物的保护及繁衍提供科学指导。【方法】利用黑色遮阴网进行人工遮阴处理,使用照度计反复测量以准确建立相对光照率(RI)分别为8%、30%和100%(全光照)的生境。待毛果木莲幼苗在3种光照生境中生长6个月后,应用Li-6400 XT型便携式光合-荧光测定仪(Licor-6400, Lincoln, USA),随机选取不同遮阴条件下日照充足的连体叶(每个生境梯度5株,每株2叶片,共30个重复,取其平均值)。于8:30—11:30进行光合-光响应曲线的测定。日变化前,暗适应30 min后进行3种生境下幼苗的PSⅡ最大光化学效率(F_v/ F_m)测定。天气晴朗时连续3 d,从7:00—19:00每隔2 h进行日变化的测定,测定净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、光合有效辐射(PAR)等光合参数;光化学淬灭系数(q_P)、非光化学淬灭系数(q_N)、PS Ⅱ有效光化学量子产量( F_v'/F_m')、电子传递速率(ETR)等荧光参数。【结果】在限定条件下毛果木莲幼苗P_n对PAR的响应过程在不同遮阴程度下大致相同,且毛果木莲幼苗最大净光合速率(P_{n, max})、光饱和点(P_LSP)和光补偿点(P_LCP)随遮阴程度的增大而降低,表明毛果木莲幼苗具有一定的耐阴性,能够通过降低P_{n, max}、P_LSP和P_LCP来增强对弱光的利用能力。光合速率日变化呈现单峰型曲线,P_n、T_r、G_s均随遮阴程度增大而降低,且均无“光合午休”现象,说明毛果木莲幼苗在水分充足的条件下能适应多光环境。q_N、F_v'/F_m'和ETR日变化皆呈现单峰型曲线,均随遮阴程度增大而降低;但q_P的日变化随遮阴程度的增大而增加,说明遮阴促进光合作用与增强光能利用率和刺激叶肉细胞的光化学活性有关,主要通过增加PSⅡ反应中心的开放比例和降热耗散比例等途径适应弱光生境。而F_v/F_m随遮阴程度增加而增大,且RI为100%生境下其值低于正常值,具有强光抑制现象。说明长时间强光处理导致毛果木莲幼苗的光合机构受损,光化学活性降低。【结论】RI为100%时F_v/F_m显著低于其他两个遮阴处理(RI为30%、8%)(P<0.05,F=18.979, df=2),具有强光抑制现象,适当遮阴更利于毛果木莲幼苗生长,以RI为30%生境光强最佳。     

雌雄异株树种山杨、水曲柳和东北红豆杉光合特性对比

【目的】探究雌雄异株树种的光合生理生态特性,为正确评价其对环境的适应机制以及确定影响种群建成的因素提供理论参考。【方法】以野外成树为研究对象,通过Li-6400XT便携式光合作用测定仪对比分析了山杨(Populus davidiana)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)和东北红豆杉(Taxus cuspidata)雌雄株叶片气体交换参数。【结果】3个树种整体上雌株光合特性优于雄株,雌雄株参数仅在山杨光补偿点(P_LCP)和最大羧化速率(C_E,max),水曲柳水分利用效率(E_WUE),东北红豆杉光饱和点(P_LSP)、光补偿点、羧化效率(C_E)和光呼吸速率(R_p)之间差异显著(P<0.05)。另外,雌株的叶性状指标并不低于雄株的。【结论】3个树种雌株较优的光合特性可能存在获取资源的补偿机制,以同时满足营养生长和生殖生长的生存需求。     

凋落物叶和土壤浸提液对红松种子萌发及 幼苗生长的影响

选择黑龙江凉水国家级自然保护区红松人工林、椴树红松混交林和枫桦红松混交林3种林型,分别采集红松、椴树、枫桦林地上当年凋落的枯叶及其枝条上当年生的鲜叶以及0～10 cm土样,将处理过的4种不同浓度梯度(质量(g)体积(mL)比分别为1:10、1:30、1:50、1:100)浸提液和灭菌蒸馏水(对照)5种处理共10种类型的溶液等量加入放有经催芽、消毒、冲洗的红松种子的培养皿和栽植有红松幼苗的试验盆内,分别进行发芽和盆栽试验,测定其种子的发芽率、发芽势、胚轴和胚根长度以及苗高、根系总长和干质量等7个指标。结果表明:各林型不同浓度土壤浸提液(椴树红松混交林及枫桦红松混交林1:100除外)大多抑制红松种子的萌发,种子平均发芽率大小排序依次为对照(47%)>椴树红松混交林(44%)>枫桦红松混交林(42%)>红松人工林(33%); 各林型高浓度(1:10)浸提液对以上7个测定指标均有抑制作用,且红松人工林土壤浸提液对它们的抑制作用最强,分别较对照显著降低55.32%、51.35%、54.07%、55.51%、15.93%、58.01%、35.71%(P<0.05); 随着浓度的降低,抑制作用减弱,甚至消失或者转变为促进作用。低浓度(1:100)椴树枯叶浸提液对除苗高外的其他6个指标的促进作用最强,依次较对照显著提高38.30%、37.84%、31.10%、25.94%、61.34%、21.43%(P<0.05); 低浓度(1:100)椴树鲜叶浸提液对苗高的促进作用最强,较对照显著提高15.13%(P<0.05)。