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。     

茂兰喀斯特森林主要演替群落土壤呼吸研究

以茂兰自然保护区喀斯特植被两种主要演替群落(喀斯特原生乔木林和次生林)为研究对象,采用LI-6400-09便携式土壤呼吸室对其土壤呼吸速率进行了连续定位观测.结果表明:(1)喀斯特乔木林和次生林的土壤呼吸速率、土壤温度和林内气温的日变化因演替群落和月份的不同而存在差异;(2)两种演替群落的土壤呼吸速率具有明显的季节变化特征,表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季;喀斯特乔木林的月平均土壤呼吸速率在0.39 ～ 4.65 μmol/(m2·s)之间,变异幅度达11.92,次生林的月平均土壤呼吸速率在0.93 ～4.56 μmol/(m2 ·s)之间,变异幅度为4.90;(3)两种演替群落土壤呼吸速率的季节变化与林内气温和不同层次土壤温度均呈显著性正相关;(4)喀斯特乔木林土壤呼吸的Q10值在3.82 ～ 4.07之间,次生林的Q10值在2.52 ～2.61之间,喀斯特乔木林土壤呼吸对温度的敏感性指数要大于次生林,且土壤呼吸的Q10值随着土壤深度的增加而增加.     

江西大岗山森林生态系统水源涵养功能及其时空分布格局

根据大岗山1999年、2004年2次森林资源二类调查数据和大岗山森林生态站定位观测数据,采用区域水量平衡法和土壤蓄水功能评估了该地区的森林水源涵养功能及其时空分布格局。结果表明:2004年的大岗山森林水源涵养量为1401.10×104m3.a-1,单位面积水源涵养量为5913.81 m3.a-1hm2;1999年~2004年,大岗山森林生态系统年水源涵养量提高了3.9%,单位面积水源涵养量提高了2.9%;森林生态系统年水源涵养量竹林最高,马尾松林最低,其贡献率分别为37.8%和1.8%,单位面积水源涵养量硬叶林最高,杉木林最低;高丘和位于中坡位的森林水源涵养功能的贡献率最高,低山和山谷的贡献率最低;陡坡的水源涵养功能的贡献率最高,缓坡的贡献率最小,中龄林的水源涵养功能的贡献率最大,过熟林的贡献率最小。     

柳杉与其他2种针叶树种叶片滞尘量的比较

通过研究不同季节、不同生境(林内、林外)下柳杉叶片对大气中不同粒径颗粒物的吸附情况,比较柳杉与杉木、水杉叶片的滞尘能力,分析影响针叶树种叶片吸附颗粒物的因素.结果表明,柳杉叶片对TSP和PM10的吸附量呈春季夏季秋季冬季,而对粒径较小的PM2.5和PM1的吸附量在秋季明显高于其他季节;林外柳杉叶片对TSP、PM10、PM2.5和PM1粒径颗粒物的吸附量都大于林内.柳杉与其他2种针叶树种(杉木和水杉)比较发现,柳杉叶片的滞尘能力总体上大于其他2种针叶树种,这与柳杉的叶表面存在较深的条纹状沟槽和不规则排列的瘤状突起有关.     

茂兰喀斯特原生林细叶青冈树干液流环境响应特征

【目的】研究喀斯特森林细叶青冈树干流特征及其与环境因子的关系。【方法】基于热扩散技术的液流探针和Campbell自动气象站,测定了贵州茂兰地区2012年3月至2014年2月喀斯特原生细叶青冈林(Cyclobalanopsis gracilis)的树干液流和气温、降水等环境因子。分析液流速率在不同天气(晴天、阴天和雨天)、不同季节条件下的变化过程及特征,及其对环境因子的响应。【结果】整个观测期内,青冈日平均液流速率(5.78±0.19)g/(m²·s),不同天气日平均液流速率(g/(m²·s))依次为:晴天(10.35)>阴天(3.28)>雨天(3.16)。青冈日平均液流通量(3.37±0.11)kg/d,阴天和雨天日液流通量分别仅为晴天(6.03 kg/d)的31.7%和30.6%。各季节的日平均液流速率(g/(m²·s))表现为:夏季(8.28±0.38)>秋季(6.75±0.38)>春季(6.11±0.34)>冬季(1.91±0.15)。空气相对湿度(RH)与液流速率呈负相关,光照、饱和水汽压差(VPD)、气温(Ta)、土壤含水量等与液流速率呈正相关。【结论】在不同天气条件或季节,各环境因子对液流速率的影响程度不同。光照、VPD、RH、Ta是影响细叶青冈液流速率最主要的因子,土壤轻度干旱对细叶青冈液流速率没有影响。     

茂兰喀斯特森林小果润楠蒸腾特征及影响因素

【目的】探究喀斯特森林优势树种小果润楠蒸腾特征及其影响因素,为进一步分析茂兰喀斯特原生林的水文生态过程及喀斯特地区森林的保护与生态修复提供科学依据。【方法】基于热扩散探针法和Campbell自动气象站,于2016年7月—2017年6月,对茂兰喀斯特森林优势树种小果润楠的蒸腾量进行了为期1年的连续监测。【结果】小果润楠蒸腾的日变化过程在各种天气条件下均呈典型的单峰型曲线,且呈明显的“昼高夜低”变化规律。晴天条件下,单木水平蒸腾速率日变化和叶片水平的光合速率、蒸腾速率日变化趋势基本一致。不同天气条件下的蒸腾通量为晴天(122.00 g/h)>阴天(76.06 g/h)>雨天(19.60 g/h),且差异极显著,晴天的日平均蒸腾通量是阴天的1.60倍,是雨天的6.22倍,阴天是雨天的3.88倍。各季节的单株日均蒸腾量依次为夏季[(1.86±0.22)kg/d]>秋季[(1.71±0.38)kg/d]>春季[(1.59±0.13)kg/d]>冬季[(1.07±0.39)kg/d],全年单木蒸腾量为570.31 kg,其中生长季蒸腾量(472.29 kg)占全年蒸腾量的82.81%,非生长季蒸腾量(98.02 kg)占17.19%。各季节的蒸腾量以夏季(171.65 kg)最高,其次是秋季(155.60 kg),春季(145.04 kg)较低,冬季(98.02 kg)最低,分别占全年蒸腾量的30.10%、27.28%、25.43%和17.19%。相关分析和回归分析结果表明,太阳辐射和水汽压亏缺与蒸腾速率均呈正相关。【结论】太阳辐射和水汽压亏缺为蒸腾主导因子,降雨对蒸腾多是抑制作用,而风速和不同深度的土壤水分对蒸腾的作用因天气和季节的不同而存在差异。     

喀斯特原生乔木林和次生林土壤氮矿化特征

【目的】探究喀斯特森林土壤氮矿化特征及供氮能力。【方法】以贵州喀斯特原生乔木林和次生林为研究对象,采用树脂芯法,原位连续培养测定土壤氮矿化/硝化动态特征。【结果】①喀斯特原生乔木林和次生林土壤无机氮含量随培养时间延长存在明显的变化,NH⁺₄-N含量呈先增加后减少再增加趋势,NO^-₃-N含量表现为总体增加趋势。NH⁺₄-N是土壤有效氮的主要存在形式,其含量占土壤无机氮的84.57%～94.31%。②两演替群落土壤氮矿化速率呈“V”形变化,范围分别为-0.43～0.97 mg/(kg·d)和-0.91～1.43 mg/(kg·d); 硝化速率呈波动上升趋势,范围分别为0.21～0.49 mg/(kg·d)和0.03～0.31 mg/(kg·d)。③原生乔木林土壤无机氮含量、矿化速率、氨化速率和硝化速率均高于次生林。④原生乔木林土壤氮全年净矿化总量170.82 kg/(hm²·a),是次生林的2.48倍,两种林分土壤净硝化氮分别占净矿化氮的95%和100%。【结论】喀斯特森林土壤供氮能力较强,但土壤氮矿化过程中氮硝化占主导,表明土壤中植物可利用的氮素易于淋溶或挥发损失。     

贵州西部光皮桦天然次生林碳素积累及分配特征

以贵州西部光皮桦天然次生林为对象,采用野外调查与实验室分析相结合的方法,对其碳素含量、碳密度及分配特征进行了研究。结果表明:光皮桦林生态系统碳素含量表现为乔木层(495.27 g/kg)>灌木层(487.10 g/kg)>草本层(456.57 g/kg)>枯落物层(431.57 g/kg)>0～80 cm的土壤层(36.31 g/kg),且差异极显著,植被层平均碳素含量为483.55 g/kg; 乔木不同器官碳素含量表现为干>枝>叶>根,且干和枝均表现为径阶越大,碳素含量越高; 灌、草层均表现为地上>地下,土壤碳素含量随土层深度的增加而减少。生态系统碳密度为224.67 t/hm²,表现为0～80 cm的土壤层(201.3 t/hm²)>乔木层(17.22 t/hm²)>灌木层(3.14 t/hm²)>枯落物层(2.49 t/hm²)>草本层(0.82 t/hm²),分别占生态系统碳密度的89.60%、7.53%、1.40%、1.11%和0.36%; 植被层碳密度为21.18 t/hm²,只占生态系统碳密度的9.29%; 土壤表层(0～20 cm)碳密度为76.7 t/hm²,占土壤层(0～80 cm)碳密度的38.08%,显著高于其他各层,有较强的表聚性。光皮桦天然次生林碳净固定量为3.58 t/(hm²·a),相当于固定13.12 t/(hm²·a)的CO₂,说明光皮桦天然次生林是大气CO₂重要的汇。     

退化喀斯特森林不同自然恢复阶段土壤养分和酶活性特征

土壤养分及酶活性的变化对于理解生态系统恢复至关重要，其状态直接制约植被恢复及生态系统功能表达。为探究退化喀斯特森林自然恢复过程中土壤养分及酶活性变化规律，研究以退化喀斯特森林不同自然恢复阶段为研究对象，通过样地建设并进行土壤取样及测定，采用单因素方差分析及主成分分析等手段，探讨退化喀斯特森林不同恢复阶段下土壤养分与酶活性变化规律。结果显示：(1)研究地土壤全磷含量低于亚热带地区平均水平，且恢复阶段显著影响了土壤全磷含量变化；(2)土壤脲酶活性在恢复过程中差异显著；(3)不同阶段内土壤养分及酶活性的主导因子不同，灌木阶段主导因子为全磷、硝态氮、中性磷酸酶和脱氢酶，次生林阶段主导因子为全钾、全磷、脲酶和蔗糖酶，老龄林阶段主导因子为速效钾、碱解氮、蔗糖酶和脱氢酶，土壤脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶、纤维素酶与不同恢复阶段土壤养分转化密切相关。