红砂根系分叉数和分支角度权衡关系的坡向差异

根系构型是决定根系分布及其对土体搜索效率的重要因素, 是植物与资源环境异质性相互适应的结果。利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型(digital elevation model), 采用全根系挖掘法, 研究了祁连山北坡荒漠草原不同坡向红砂(Reaumuria songarica)根系分叉数和分支角度的关系。结果表明: 不同坡向梯度草地群落的盖度、密度、高度和土壤含水量呈不同的变化趋势(p < 0.05), 红砂种群的密度、高度和根冠比等生物学特征的变化规律存在差异(p < 0.05); 不同坡向红砂根系分叉数和分支角度的相关性存在差异(p < 0.05), 在南坡和北坡红砂根系分叉数和分支角度之间存在极显著的负相关关系(p < 0.01), 在东坡和西坡根系分叉数和分支角度之间存在显著的负相关关系(p < 0.05), 红砂根系分配给根系分叉数和分支角度的资源存在着“此消彼长”的权衡关系; 随着坡向由南坡向西坡、东坡、北坡转变, 红砂根系分叉数和分支角度回归方程的标准化主轴斜率逐渐减小(p < 0.05), 红砂根系构型模式由扩散型转向聚集型。不同坡向红砂根系合理权衡连接长度和分支角度的资源配置模式, 反映了异质生境中植物种群应对资源多重竞争的环境生态适应机制。     

太白红杉种实数量特征

太白红杉 (Larixchinensis) 是仅分布于我国陕西秦岭境内的国家二级保护植物, 研究其生殖规律将有助于加深对其濒危原因的认识。该文用单因素方差分析的方法研究了太白红杉种实数量特征, 并用Pearson相关系数检验了不同环境条件下的变化及其与环境因子和植株生长状况的关系, 结果表明种实数量特征在不同环境条件下差异明显, 太白山国家森林公园单株种子产量最高 ;长安光头山平均每株产生的种子总重、球果总重和球果平均重量最重, 平均每株球果数目和每球果种子数也是最多。多重比较表明牛背梁种群太白红杉种子千粒重最重。其中球果的种子数在小种群中较多 ;每株的种子总重量、球果平均重和球果总重在小种群中较重。太白红杉种实数量特征与海拔、坡度和坡向呈负相关, 与植株年龄呈正相关, 球果的种子数目与年均温呈正相关 (p <0.0 5 ), 而与一月均温呈负相关 (p <0.0 5 ) 。种子大小与种子总数呈弱正相关, 种子大小和数目间不存在权衡 (Trade-ff) 。     

基于Vaganov-Shashkin模型的太白红杉径向生长对气候要素的响应

利用采自太白山南坡药王殿、北坡上板寺的太白红杉树芯样品分别建立树轮宽度年表,运用Vaganov-Shashkin模型揭示秦岭太白红杉径向生长对各气候要素的响应.结果表明: 生长季(4—8月)的温度、生长初期的降水量以及7、8月的降水量是限制秦岭地区太白红杉生长的主要气候因子.良好的温度条件有利于太白红杉的生长,但生长初期的降水量会抑制太白红杉的生长;7、8月的降水量对秦岭南坡和北坡太白红杉的影响差异明显,该时段内丰富的降水量对北坡太白红杉的生长具有促进作用,而对南坡太白红杉的生长产生一定的限制作用;同一坡向、不同海拔采样点树木径向生长与气候因子的响应结果同样存在差异,高海拔采样点太白红杉的生长需要的温度条件低于低海拔采样点,但对土壤湿度的需求大于低海拔采样点.生长开始日的早晚对太白红杉树轮宽度的形成影响很大,而生长结束日仅与南坡采样点树轮宽度之间呈显著相关.     

高寒草地甘肃臭草根系分形结构的坡向差异性

根系分形结构是植物根系构型应对环境异质性的表型可塑性结果, 可反映植物对生长环境的适应策略。利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型, 并提取坡向数据, 采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法, 研究了祁连山北坡高寒退化草地不同坡向甘肃臭草(Melica przewalskyi)的根系分形结构。结果表明: 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 草地群落的密度、高度和土壤含水量逐渐减小, 甘肃臭草种群的密度、高度以及根系分形丰度呈逐渐增大的趋势、分形维数逐渐减小; 不同坡向甘肃臭草根系分形维数和分形丰度间的相关性存在差异(p < 0.05), 南坡和北坡甘肃臭草根系分形维数分形丰度之间存在极显著负相关关系(p < 0.01), 东坡和西坡之间存在显著负相关关系(p < 0.05), 甘肃臭草根系分形维数和分形丰度存在着“此消彼长”的权衡关系; 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 甘肃臭草根系分形维数和分形丰度回归方程的标准化主轴(SMA)斜率逐渐增大(p < 0.05), 说明在干旱的南坡, 根系所开发利用的相同体积的土壤内, 根系分支更少、更稀疏。不同坡向甘肃臭草合理权衡根系分形维数和分形丰度的资源配置模式, 体现了植物根系构型构建的资源投资权衡机制。     

1958-2008年太白山太白红杉林碳循环模拟

太白红杉(Larix chinensis林主要分布于我国秦岭太白山的林线位置,对气候变化的响应十分敏感.为了定量分析太白山太白红杉林在气候变化背景下的碳循环特征,基于模型(MTCLIM)模拟的温度和降水数据,应用植被动态过程模型(LPJ-GUESS)模拟了太白山南北坡1958-2008年太白红杉林的净初级生产力(NPP)、生物量和净生态系统碳交换量(NEE).结果表明:1)太白红杉和巴山冷杉(Abies fargesii)的NPP和生物量在太白红杉林占有优势,太白红杉的NPP和生物量均大于巴山冷杉.1958-2008年间太白红杉南北坡NPP的平均值为0.38 kgC·m-2·a-1,巴山冷杉为0.25 kgC·m-2,a-1,两者之和占整个太白红杉林NPP的86％;1958-2008年间太白红杉南北坡生物量的平均值为2.91 kgC/m2,巴山冷杉为2.02 kgC/m2,两者之和占太白红杉林生物量的94％.2)太白红杉和巴山冷杉的NPP均表现为北坡大于南坡,且南北坡均有逐年增加的趋势,北坡的增幅小于南坡,所以太白山南北坡太白红杉林的NPP差异有逐年减少的趋势.3)太白红杉生物量的年际波动较大,南北坡呈交替上升趋势,南坡的平均值(2.94 kgC/m2)大于北坡(2.89 kgC/m2).巴山冷杉生物量的年际波动相对较小,北坡生物量水平大于南坡.4)1958-2008年南北坡太白红杉林平均NEE均为-0.023 kgC·m-2·a-1,表现为碳汇.南北坡碳汇水平均呈逐年增加趋势,南坡的增加幅度(0.91 g·m-2·a-1)大于北坡(0.42 g·m-2·a-1).以气候和CO2为驱动因子对太白山太白红杉林的长期碳循环动态做了定量分析,从机理上揭示气候变化与生态系统碳循环的关系,还需要做进一步的野外观测和控制实验研究.     

太白红杉种群的生殖对策研究Ⅱ．生殖力和生殖值

研究了太白红杉种群的年龄结构、生殖年龄结构、生殖力和生殖值,分析了太白红杉种群的生殖适合度和生殖对策.结果如下(1)北坡和南坡两个种群的低龄级个体数都非常少,种群间的生育力差异不显著(P>0.05),但北坡太白红杉的生殖年龄比南坡大,平均生殖时间比南坡长,平均寿命也比南坡长.(2)北坡各龄级的生殖值比南坡高,剩余生殖值随年龄下降的速度比南坡小,北坡的生殖适合度比南坡高.(3)北坡第Ⅰ～Ⅶ龄级的剩余生殖值比南坡高,第Ⅶ龄级后由于下降速度较快,其值要比南坡小.     

太白山林线附近太白红杉种群的生态特征

高山林线对外界环境的变化和干扰异常敏感,已成为全球气候变化研究的热点。太白红杉(Larix chinensis)是太白山的高山林线树种,对高海拔生态环境的保护起着重要的作用。在太白山林线附近采用样方调查的方法,对太白红杉种群的生态特征进行了研究,结果表明:(1)林线附近不同海拔区域,种群的平均基径、平均胸径、平均树高等基本特征随着海拔的升高明显降低。(2)太白红杉的胸径与年龄存在着较明显的回归关系,而树高与年龄相关性较低。随着海拔的升高,回归方程的拟合优度呈下降趋势。(3)林线附近不同海拔区域,太白红杉种群的径级结构与年龄结构均存在一定的波动。表明该区域存在着波形的更新,可能与太白红杉的年龄结构受外界环境的影响较大有关。(4)太白红杉种群各龄级的空间格局基本上是聚集型。随着取样尺度的增加,聚集强度呈增加的趋势。随年龄增加,种群分布由聚集型向随机型过渡,聚集强度减弱。     

基于Biome-BGC模型及树木年轮的太白红杉林生态系统对气候变化的响应

利用Biome-BGC模型模拟了1960—2013年太白山太白红杉林生态系统的净初级生产力(NPP),对其与太白红杉的径向生长关系进行了探讨,并分析了NPP值对气候变化的响应关系。结果表明:1960—2013年太白山太白红杉林北坡NPP年均值为305.33g C m-2a-1,南坡为320.71g C m-2a-1,南北坡的NPP值均呈现出一定的上升趋势,北坡的上升速率(0.47g C m-2a-1)要小于南坡(1.29g C m-2a-1),但是北坡太白红杉分布下限区NPP值波动浮动较大。且北坡太白红杉NPP值随着海拔高度的上升而逐渐下降,低海拔的变化振幅要大于高海拔地区,南坡无明显变化。多数采样点的模拟NPP值与树轮宽度指数年际变化趋势趋于一致,相关关系呈显著相关。太白红杉标准年表、模型模拟NPP值与气象因子的相关分析均表明太白红杉的生长与生长季气温的相关性显著高于降水,即生长季的气温是太白红杉生长的限制因子。气候的变化作为制约太白红杉生境的重要因素,影响了太白红杉树木的生长,进而对NPP的变化产生了影响。树木年轮很好的检验了Biome-BGC模型模拟结果。     

太白山南北坡高山林线太白红杉对气候变化的响应差异

气候变化对秦岭植被生长的影响已经引起了人们的广泛关注,在相同的立地条件下,植被对气候变化的响应会因坡向不同而产生差异,秦岭的分水岭太白山尤为典型,为更进一步揭示不同坡向太白红杉(Larix chinensis)对气候变化响应的差异,以树木年代学为依据,利用采自太白山南、北坡相同海拔的太白红杉树芯样本分别建立了树轮年表,并分析了两者的年表特征,探讨了树轮宽度指数与气候因子之间的相关性及逐步线性回归方程。结果表明:太白山南、北坡太白红杉年表的平均敏感度、样本间平均相关系数、样本总体代表性等特征值较高,表明两个不同坡向年表中皆含有丰富的环境信息,相对而言,北坡样地植被对气候的响应较南坡样地敏感;由相关性分析可知,南北坡太白红杉差值年表对气温和降水响应显著的月份有所差异,北坡样地轮宽指数与当年和前一年1—6月平均气温皆为显著正相关关系,而南坡样地轮宽指数仅与当年5—6月平均气温通过显著性检验。南、北坡太白红杉径向生长都明显受到前一年6月降水"滞后效应"的一致影响,但北坡仅与当年8月的降水呈显著正相关,南坡与当年1—4月的平均降水量存在十分显著的负相关;多元线性逐步回归模型显示,气温因子对回归方程的贡献最大值均大于降水因子的贡献最大值,表明气温因子的变化更易引起太白红杉树轮宽度的变化,另外,气温因子对北坡样地回归模型的贡献值比气温因子对南坡样地回归模型的贡献值大,表明北坡样地处树轮宽度指数对气温因子更敏感,并且与相关分析结果一致。     

秦岭山地太白红杉种群种实性状的生态可塑性研究

研究了太白红杉6个种群中13个种实性状的变异情况.结果表明,太白红杉种实性状在种群内和种群间均存在广泛的变异,除种子宽和种鳞宽的差异在种群间不显著外,其它11个性状在种群间差异均极显著;种群间种鳞长、种鳞宽、球果长宽比、种翅长和种翅宽的变异程度比种群内大,其它8个性状在种群内的变异程度比种群间大.海拔对太白红杉种实性状的影响比较明显,其中种子宽、种鳞长、种翅宽、种鳞宽、球果长、球果宽和种鳞数与海拔呈负相关,种子宽和球果宽相关性显著,种鳞长、种翅宽、种鳞宽、球果长和种鳞数相关性极显著;坡度与种鳞长宽比呈负相关;年降水与球果宽呈正相关.种子长宽比和种翅长宽比与海拔呈负相关.     

秦岭山区植被春季物候的海拔敏感性

植被物候作为自然界规律性、周期性的现象,对自然环境尤其是气候变化有着重要的指示作用,研究其时空变化特征对陆地植被生态环境监测具有重要意义。本研究采用Savitzky-Golay滤波法重建秦岭山区2001—2018年MODIS增强植被指数时间序列影像,利用动态阈值法提取研究区春季物候信息(返青期),并对返青期多年平均值和年际变化与海拔、坡度进行相关分析。结果表明: 海拔每升高100 m,植被返青期推迟1.82 d;返青期的年际变化趋势主要集中在0~5 d·(10 a)^-1。其中,呈推迟趋势的像元主要分布在低海拔地区,呈提前趋势的像元主要分布在高海拔地区。高海拔地区返青期的年际变化比低海拔地区复杂;秦岭山区植被返青期存在南北差异。北坡植被返青期多年平均值较南坡早2.9 d,南坡植被返青期的推迟程度大于北坡。南北坡植被返青期的年际变化在低海拔地区呈推迟趋势,且南北坡相差不大,而提前趋势在中高海拔地区存在显著差异。     

秦岭中段不同坡向锐齿栎种子雨、土壤种子库与幼苗更新

以秦岭中段不同坡向(阳坡、半阳坡、半阴坡及阴坡)锐齿栎天然林为对象,对锐齿栎种子雨、种子库的数量、质量动态以及幼苗发育过程进行研究.结果表明: 锐齿栎种子雨一般从8月中旬开始,9月中下旬到10月上旬达到高峰期,11月中上旬结束;不同坡向的种子雨降落历程、发生时间和组成不同;半阳坡种子雨强度最大,为134.13粒·m^-2,其余大小依次为阳坡、半阴坡、阴坡;阳坡种子雨降落时间最早、持续时间最长,高峰期持续时间也最长,阴坡种子雨降落时间最晚、持续时间最短,高峰期持续时间也最短;种子活力及成熟种子占其种子雨的比例大小顺序为半阳坡>阳坡>半阴坡>阴坡.从种子雨降落结束到翌年8月,各坡向土壤种子库总储量大小顺序均为半阳坡>阳坡>半阴坡>阴坡;各坡向的土壤种子库中成熟、未成熟、被啃食种子数量和种子活力均随时间变化呈递减趋势,而霉烂种子数量增加;各坡向土壤种子库中的种子均主要集中在枯落物层,其次为0~2 cm土层,而在2~5 cm土层中只有极少量种子存在.4种坡向中锐齿栎幼苗的密度差异显著,半阳坡幼苗最多,其余依次是阳坡、半阴坡和阴坡.半阳坡更适合锐齿栎种子的萌发和幼苗生长.     

Study on reproduction ecology of endangered species Abies chensiensis

Qinling fir, Abies chensiensis, is endemic to China and has been listed in the China Plant Red Data Book as one of the second class conservation plants. It is found scattered only in the forested pockets of the Qinling, Bashan, and Shennongjia Mountains with altitude from 1 300 m to 2200 m in Shaanxi, Gansu, Henan, Sichuan, and Hubei Provinces. To conserve and effectively restore this species and explore its processes of reproduction, the production characteristics of cone and seed yields, seed bank dynamics, and seed germination rates of five Abies chensiensis populations (A, B, C, D, and E, respectively, in the Abies chensiensis-Pinus tabulaeformis-Sinarundinaria nitida-Carex lanceolata association, Abies chensiensis-Quercus aliena var. acutserrata-Litsea pungens-Carex lanceolata association, Abies chensiensis-Betula albo-sinensis-Sinarundinaria nitida-Duchesnea indica association, Abies chensiensis-Indigofera amblyantha-Carex lanceolata association and Abies chensiensis-Pinus tabulaeformis-Smilax stans-Carex lanceolata association) were studied in their natural habitats across 18 plots in the Qinling Mountain area. Experiments were carried out in laboratory and field conditions. The results showed that all the five populations had the potential to produce seeds, and higher yields occurred in the lower and middle altitude areas every three to five years. The majority of cones appeared on the upper and middle crown and the west, south, and east faces of the crown, and the majority of full seed appeared on the middle portion of the cone. The weight per 1000 seeds was 43.2 g, in which 44.8% had growing potential. The germination rate of seeds in the natural forest was 6.1% and the proportion of seeds lost or destroyed in different populations in the natural forest was 93.9%. The germination rate of seeds planted in the nursery was higher than that in the natural forest, and the germination rate in the lower or middle altitude populations was higher than that in the upper altitude populations. The course from seed to seedling was the critical period in the life cycle of A. chensiensis populations under natural conditions. Reproduction courses were influenced positively by an abundant coverage of tree layer, organic material in the soil, thick soil, and a dense population of parent trees, whereas they were influenced negatively by human disturbance and light. In situ conservation of A. chensiensis should be carried out in the future so as to promote expansion of the population. Thinning the shrub layer and grass layer will also help seeds to penetrate the soil, promoting seed germination. The artificial population should be expanded by collecting seeds in the harvest years. Fast-growing and high-yield plantations should be developed on cloudy slopes at lower or middle altitudes.     

Preliminary study on pollen distribution in the surface soil of the Turpan region in the southern slope of Tianshan Mountains,Xinjiang, China

Aims Our main purposes were to analyze the relationship between vegetation and pollen in the surface soil of the Turpan region, which is located in the southern slope of the eastern Tianshan Mountains, and to compare different pollen assemblages between the Turpan region and the northern slope of the Tianshan Mountains.Methods We collected 36 modern pollen samples and carried out modern vegetation survey in the Turpan region along an altitudinal gradient from 2 000 m to -154 m. Detrended correspondence analysis and Redundancy analysis were applied to analyze the distribution pattern of pollen in surface soils. Important findings We divided the pollen spectra into four pollen assemblage zones (mountain desert-steppe and desert, Gobi gravel, typical desert and salt mash vegetation), corresponding to the major vegetation types in the Turpan region. When compared with the northern slope, the characteristics of pollen assemblages in the mountain desert-steppe and desert were similar to those in the forest-steppe on the northern slope of the Tianshan Mountains; the pollen assemblages in the Gobi gravel and the typical desert seemed to be more consistent with those in the typical desert on the northern slope; however, no analogue was found in the salt mash vegetation. Obviously, the vertical pollen spectra in Turpan region were incomplete, lacking typical forest and Artemisia desert pollen zones. Besides, similar pollen zones in the Turpan region were found at an elevation of about 300 m higher than those in the northern slope. It is remarkable that the typical tree pollen, such as Picea and Pinus, showed their extra representation in the Turpan region. On one hand, the valley forest on the southern slope of the Tianshan mountains played an important role in pollen dispersal. On the other hand, with the cold air on the northern slope over the Tianshan Mountains, pollen may be carried and deposited in the Turpan region. The rivers feeding into Aiding Lake in the Turpan region may also contribute to the distribution of Picea and Pinuspollen. Lots of pollen studies have shown that the ratio of Artemisia to Chenopodiaceae (A/C) can be used as a good indicator of the degree of humidity in the semi-arid and arid areas. Our study revealed that A/C can roughly reflect the characteristics of the desert zone in the study area. The results of Redundancy Analysis ordination on pollen assemblages and environmental factors (mean annual temperature (MAT), mean annual precipitation (MAP) and altitude (ALT)) revealed that MAP was the main environmental factor affecting the pollen assemblages in the surface soil in the Turpan region and had more significant effects on the distribution of Nitraria pollen than on the distribution of Artemisia and Chenopodiaceae.     

濒危植物秦岭冷杉生殖生态学特征

为了探索秦岭冷杉种群生殖生态学主要特征,通过样地调查、固定样地观测和室内实验分析,系统研究了秦岭地区5个秦岭冷杉（Abies chensiensis）种群生殖特性及其与环境因素的关系,结果表明,5个不同生境的种群都具有结实能力,海拔1500～1600m之间,秦岭冷杉球果的产量较高;各种群球果主要分布在树冠中上部和东、南、西方向;球果以中部产生饱满种子比率最高;秦岭冷杉种子千粒重为43．2g,其中具有生活力者占44．8％,种子的平均含水量为5．7％左右;在天然林散落条件下,种子库的萌发率仅为6．1％,霉坏、搬迁率93．9％;人工播种条件下,种子发芽率在苗圃内高于天然条件下,中低海拔高于高海拔地区。天然条件下,由种子转化成幼苗的过程是秦岭冷杉种群生活史的脆弱环节。秦岭冷杉林经营管理要以就地保护为主,促进种群生殖;要通过森林经营措施,为林下种子萌发和幼苗创造条件;种子脱落后,要及时扰动林下灌木、草本,使种子能够顺利落地,促其发芽成苗;种子大年要注意采种、育苗,扩大人工种群;速生丰产林培育应该以中低海拔的阴坡为主。     

濒危植物秦岭冷杉结实特性的研究

秦岭冷杉 (Abieschensiensis) 是松科冷杉属常绿乔木, 为我国特有珍稀濒危植物。该文在秦岭冷杉分布最为集中的秦岭地区分高、低 2个海拔高度采集当年球果和种子, 通过野外观察、室内实验和对比分析, 研究秦岭冷杉的结实特征以及球果和种子的基本性状, 并探讨这些特征在不同海拔高度的差异。结果表明, 与冷杉属其它树种相比, 秦岭冷杉球果和种子较大、单果种子数较多, 但空粒多、饱满度低。自然状况下饱满度为 12.0 %, 人工目视分选后饱满度 2 1.6 %, 风选后可达到 38.1%, 其余种子大部分为空粒、涩粒, 有少量虫粒。随海拔高度增加, 秦岭冷杉天然群体成龄个体中结实母树比例降低, 结实量减少。秦岭冷杉总体结实母树比例为 5 5 %, 低海拔处结实母树比例较高, 为 76 %, 高海拔结实母树比例为 34%。秦岭冷杉单株母树的平均结实量为 113个, 结实量小于 10 0个的母树占 6 4.5 %, 其中 5 0 %的母树结实量在 5 0~ 10 0个, 结实量在 10 0~ 2 0 0个的占 16.1%, 2 0 0个以上的占 19.4 %。 2 0 0个以上球果的个体均生长在低海拔区间, 高海拔处结实量多在 10 0个以下。方差分析表明, 两个海拔高度间球果和种子特征差异是显著的, 绝大部分球果和种子性状指标的平均值在低海拔处大于高海拔处。因此, 从结实特性以及球果和种子的特征来看, 低海拔处秦岭冷杉生殖生长好于高海拔处。     

神农架山体对濒危植物连香树遗传结构影响的研究

山体屏障能阻断植物连续的生境,干扰居群的基因交流,从而影响植物居群的遗传结构.本研究应用AFLP标记探讨神农架地区南北坡4条河岸带分布的连香树4个居群的遗传多样性水平,以及山体隔离对居群遗传结构和基因流的影响.结果显示连香树居群水平的Nei's基因多样性(h)和Shannon信息指数(/)分别为0.116和0.173,遗传多样性水平相对较高.在遗传结构方面,邻接树(NJ)和主坐标分析的结果清晰地将南北坡分开,从居群和个体上都分成两组.并且STRUCTURE的结果显示基因流在同坡向的居群间比不同坡向的居群间要大.这些表明神农架山体可能对连香树居群的基因交流产生了一定的限制作用.神农架南北坡居群间的分化程度较低(FST为0.075),推测与连香树自身有较强的种子散布和花粉传播能力有关.本研究结果表明,神农架山体及相关的生态因子可能对连香树居群的基因交流产生了限制作用.