川西亚高山不同森林类型土壤呼吸和总硝化速率的季节动态

川西亚高山原始林及其采伐后通过不同恢复措施形成的不同类型森林土壤呼吸和总硝化速率的对比分析及其耦合关系的研究相对匮乏。采用气压过程分离系统(BaPS)技术研究了川西亚高山岷江冷杉原始林及其砍伐后恢复的粗枝云杉阔叶林、红桦-岷江冷杉天然次生林和粗枝云杉人工林土壤呼吸和总硝化速率的季节动态及其影响因素。结果表明:生长季内平均土壤呼吸速率和总硝化速率分别以粗枝云杉阔叶林和粗枝云杉人工林较高,均以岷江冷杉原始林较低。土壤呼吸和总硝化速率在生长季内具有明显的季节动态,呈以7月份最高的单峰趋势。土壤呼吸和总硝化速率与土壤温度显著相关,而与土壤水分相关性不显著,表明土壤温度是调控呼吸和总硝化作用季节动态的主要因子。土壤呼吸的温度敏感性(Q10)介于2.59—4.71,以岷江冷杉原始林最高,表明高海拔的岷江冷杉原始林可能更易受到气候变化的影响。林型间土壤呼吸和总硝化速率主要受凋落物量、pH和有机质的影响。不同林型间土壤呼吸和总硝化速率显著正相关,表明土壤呼吸和总硝化速率存在耦合关系。     

川西亚高山不同森林类型土壤呼吸和总硝化速率的季节动态

川西亚高山原始林及其采伐后通过不同恢复措施形成的不同类型森林土壤呼吸和总硝化速率的对比分析及其耦合关系的研究相对匮乏。采用气压过程分离系统(Ba PS)技术研究了川西亚高山岷江冷杉原始林及其砍伐后恢复的粗枝云杉阔叶林、红桦-岷江冷杉天然次生林和粗枝云杉人工林土壤呼吸和总硝化速率的季节动态及其影响因素。结果表明:生长季内平均土壤呼吸速率和总硝化速率分别以粗枝云杉阔叶林和粗枝云杉人工林较高,均以岷江冷杉原始林较低。土壤呼吸和总硝化速率在生长季内具有明显的季节动态,呈以7月份最高的单峰趋势。土壤呼吸和总硝化速率与土壤温度显著相关,而与土壤水分相关性不显著,表明土壤温度是调控呼吸和总硝化作用季节动态的主要因子。土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))介于2.59—4.71,以岷江冷杉原始林最高,表明高海拔的岷江冷杉原始林可能更易受到气候变化的影响。林型间土壤呼吸和总硝化速率主要受凋落物量、p H和有机质的影响。不同林型间土壤呼吸和总硝化速率显著正相关,表明土壤呼吸和总硝化速率存在耦合关系。     

川西亚高山暗针叶林恢复过程中不同恢复阶段的定量分析

以空间代替时间的方法,运用种间联结测定、主成分分析和最优分割法对川西亚高山箭竹-暗针叶林和藓类-暗针叶林经采伐后自然恢复形成的不同恢复系列(20、30、40和50年),以及未被采伐而保留下来的160~200年生暗针叶老龄林进行恢复阶段的定量分析.结果表明:藓类和箭竹暗针叶次生林向暗针叶老龄林恢复过程中,红桦、卧龙柳、五角槭、疏花槭、康定野樱桃、挂苦绣球、椴树和川滇柳归并为衰退种组;湖北花楸、陕甘花楸和微毛野樱桃归并为过渡种组;岷江冷杉、紫果云杉、铁杉和青扦归并为进展种组.20~40年生的次生林进入以红桦为主的阔叶林阶段,其森林类型分别为藓类-红桦林和箭竹-红桦林;恢复到50年,则开始进入红桦和岷江冷杉组成的针阔混交林阶段,其森林类型分别为藓类-红桦-岷江冷杉林和箭竹-红桦-岷江冷杉林;未被采伐而保留下来的160~200年生暗针叶林是以岷江冷杉为主的暗针叶老龄林阶段,其森林类型分别为藓类-岷江冷杉林和箭竹-岷江冷杉林.     

川西亚高山3个优势树种不同径级根系分解特征

采用埋袋法对川西亚高山3个优势树种(岷江冷杉、粗枝云杉和红桦)细根(≤2 mm)、中根(2～5 mm)和粗根(≥5 mm)质量损失率及碳(C)、氮(N)、磷(P)在经历生长季和非生长季之后释放特征进行研究.结果表明： 红桦质量残留率低于岷江冷杉和粗枝云杉.同一树种,质量残留率总体上随根系径级增加而增加.非生长季的质量损失率占全年质量损失率的52.1%～64.4%.红桦C释放率最高,岷江冷杉最低,且随根系直径的增粗,C释放率降低.岷江冷杉和粗枝云杉N释放模式为非生长季富集、生长季释放,而红桦反之.富集期间,径级越大,富集量越多.3个树种各径级根系P动态在非生长季和生长季皆表现为富集-释放模式,且岷江冷杉P富集程度显著高于粗枝云杉和红桦,但各径级之间差异总体不显著.根系径级对川西亚高山森林根系分解具有显著影响,而径级影响与树种和分解时期有一定关系.     

四种热带雨林树种光合和形态解剖特征对不同生长光强的适应

研究了西双版纳热带雨林2种喜光树种中平树(Macaranga denticulata)、倒樱木(Pnravallaris macrophylla)和2种耐荫树种云南肉豆蔻(Myristica yunnanensis)、金丝李(Garcinia paucinervis)幼苗叶片光合和形态解剖特征对3种不同生长光强(5％、25%和50％相对光强)的适应。研究结果表明,与强光下相比,弱光下生长的4种植物最大净光合速率、光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率、叶绿素a／b、叶片和栅栏组织厚度、气孔密度和比叶重都降低,而海绵组织／栅栏组织和叶绿素含量升高。在相同光强下,与2种耐荫树种相比,2种喜光树种有较大的最大净光合速率、暗呼吸速率、气孔密度和较低的叶绿素含量。在不同光强下,4种植物均表现出了对光适应有利的生理和形态解剖可塑性,而喜光树种比耐荫树种有较大的生理和形态可塑性,表明喜光树种具有比耐荫树种对强光有更强的适应能力。4种植物的生理指标的可塑性均大于叶片解剖结构的可塑性。     

短期增强UV-B辐射对青榨槭幼苗生理特性的影响

在中国科学院茂县生态站选择2年生青榨槭幼苗进行室外盆栽实验,以人工增强0.27 W·m^-2(7.7kJ·m^-2·d^-1)的UV-B辐射剂量,研究模拟当地平流层臭氧削减1%时近地面太阳UV-B的增强对木本植物幼苗生理生态适应性的影响.处理0 d后,移除UV-B处理装置,就地测定气体交换参数和叶绿素荧光参数,并取样测定叶绿素及UV吸收物质含量.结果表明,增强UV-B辐射显著降低了青榨槭幼苗叶片最大净光合速率P_max(对照为6.214,处理为4.42),显著增加叶片暗呼吸速率Rd(对照为0.413,处理为1.29)和光补偿点LCP(对照为21.629,处理为9.861),但对表观量子速率a(对照为0.021,处理为0.032)影响不明显;它降低青榨槭幼苗每日净光合速率和水分利用效率,以及原初光化学效率(F_v/F_m)和实际光化学量子产量(ΦPS∏).此外,增强UV-B辐射使叶片叶绿素a、b含量降低(对照为16.23,.39,处理为13.17,4.93),但对叶绿素b含量影响未达显著水平.增强UV-B处理降低了青榨槭幼苗UV吸收物质含量(对照为0.87,处理为0.79).光合指标、叶绿素荧光指标和叶绿素含量的变化有较好的一致性,表明增强UV-B对青榨槭幼苗的光合作用可能有一定的抑制作用.     

川西亚高山次生林恢复过程中乔木层优势种变化及其影响因子

川西亚高山森林在20世纪下半叶遭受长时期连续砍伐,形成了采伐迹地上天然次生林恢复演替序列。该研究采用空间代替时间方法,以立地条件相似的暗针叶林作为对照,分析川西亚高山暗针叶林采伐迹地上次生林自然恢复过程中乔木层优势种组成及其影响因子。结果表明:(1)研究区亚高山天然次生林恢复演替过程中,不同演替阶段土壤各养分差异显著,其中土壤总氮、土壤总磷、土壤有效磷、土壤有效氮均在针阔混交林阶段最高,土壤pH值的变化在5.42～7.39范围波动,土壤有机碳随恢复的进行而增加,土壤C/N主要集中在15左右,只有针叶林达到18.62。(2)研究区次生林以16个乔木树种为主,针叶树种主要有粗枝云杉、岷江冷杉,阔叶树种主要有红桦、青榨槭等,且不同恢复阶段的群落乔木层优势种差异显著(R_(ANOSINM)=0.439,P0.001)。(3)多元回归树分析发现,次生林乔木层优势种组成主要受林龄、土壤有机碳和总氮的影响,其中在次生林恢复演替后期(80a后),乔木层组成可能主要由于种间竞争导致,在次生林恢复演替前、中期(80a前),环境选择可能是影响乔木层组成差异的主导因素。(4)反向选择筛选结果显示,土壤总氮、海拔高度、土壤有效磷和土壤有机碳是影响乔木层优势种差异的主要因子。     

热带雨林蒲桃属3个树种的幼苗光合作用对生长光强的适应

 测定了生长于3种光强下（100％、42％和14％自然光强） 热带雨林演替早期（思茅蒲桃Syzygium latilimbum）、中期（乌墨S.cumini）和后期（阔叶蒲桃S. szemaoense）出现的蒲桃属 （Syzygium）3个树种幼苗叶片气体交换参数和叶绿素荧光参数的日变化、比叶重和叶绿素含量。发现演替早期树种光合能力和光合可塑性最大、中期树种次之,后期树种光合能力最弱且在强光下受到显著抑制。但是,生长在强光下,3个树种均未发生长期光抑制和光破坏。随生长光强增加,3个树种热耗散速率都升高。不过在强光下,中期和后期树种通过热耗散消耗的过剩光能较多,通过叶黄素循环的热耗散可能对于这两个树种在强光下避免光合机构的光破坏起到了重要作用。14％光强下,3个树种最大净光合速率、光合作用的光饱和点、光补偿点、暗呼吸速率、比叶重降低,叶片单位干重叶绿素含量提高,对低光环境有了较好的形态学和生理学适应。但是,在4％光强下思茅蒲桃和乌墨幼苗全部死亡,只有阔叶蒲桃幼苗仍能存活,说明阔叶蒲桃幼苗适应弱光环境的能力高于思茅蒲桃和乌墨,与它们的演替状态一致。     

高山森林三种细根分解初期微生物生物量动态

为了解川西高山森林凋落物分解过程的微生物生物量特征,采用凋落物分解袋法,测定了粗枝云杉(Picea asperata)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和红桦(Betula albosinensi)细根分解几个关键时期微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和磷(MBP)的动态特征。3个树种细根分解过程中的MBC均表现为在土壤深冻期下降至全年最低点后缓慢上升,至土壤融冻中期再次下降,到生长季节增长的趋势。然而,粗枝云杉与岷江冷杉细根分解过程中的MBC最大值出现在生长季节末期,红桦细根分解过程中的MBC最大值出现在土壤冻结初期。3个树种细根分解过程中的MBN表现出相似的动态规律:土壤深冻期急剧下降至全年最低,随后在冻融季节无显著变化,生长季节明显增加,到生长季节末期达到全年最大值。另外,粗枝云杉和岷江冷杉细根分解过程中MBP均随着分解的进行呈现增加趋势,而红桦细根分解过程中的MBP在土壤融冻末期出现最大值,在生长季节中期出现另一峰值,生长季节末期明显下降。这些结果表明冬季细根分解过程中仍存在一定的土壤微生物,但受到细根质量、温度及其驱动的环境因子的深刻影响。     

四种热带雨林树种幼苗比叶重,光合特性和暗呼吸对生长光环境的适应

雾凉季研究了西双版纳热带雨林4种植物幼苗对生长光环境的适应,其中两个树种幼苗喜光（团花和滇南插柚紫）,两个树种幼苗耐荫（滇南红厚壳和玉蕊）发现弱光环境中生长的4种植物比叶重、光合能力、光饱和点、光补偿点暗呼吸速度、叶绿素a/b比较低,叶绿素含量较高。玉蕊和滇南红厚壳幼苗的光合能力和呼吸速度 于团花树和滇南插柚紫。团花树和滇南插机紫的比叶重和光合作用的可塑性大于玉蕊和滇南红厚壳。高光强下生长的团花树和滇南插机紫增加叶氮分配给羧化酶的比较。减少分配给叶绿素的比例。滇南红厚壳和玉蕊适应弱光环境的能力略强于团花树和滇南插机紫,但适应强光的能力较差。研究结果支持树种的生理生态特性决定了其演替状况和生境选择的假说,单位干重叶的光合能力和呼吸速率并未表现出利于光适应的可塑性,表明4种植物生理适应能力较差,形态学上的适应在4种热带雨林树种幼苗光适应方面起到了重要的作用,叶氮分配也是它们光适应的策略之一。     

Plastic responses of 4 tree species of successional subalpine coniferous forest serals to different light regimes

The morphological and physiological plasticity to 6 light conditions was investigated for seedlings of 4 tree species dominating at different successional serals in subalpine coniferous forests in eastern Qinghai-Tibet Plateau, China. Abies faxoniana is a late successional species, while Betula albo-sinensis is a pioneer tree species, with Picea asperata and Acer davidii among other mid-late successional species. To compare the responses of photosynthetic characters to different growth light conditions, the seedlings were potted and placed in artificially shaded chambers with gradients of 100%, 55%, 40%, 25%, 15% and 7% of the full sunlight, respectively. During two and a half years' cultivation, various morphological and photosynthetic parameters were measured and analyzed. The results were: 1) all seedlings of the four species under the low growth light conditions showed decrease in root collar diameter, relative growth rate, leaf thickness, root mass ratio, leaf area-based photosynthetic capacity, dark respiration rate, light saturation point and light compensation point, while showed increase in specific leaf area, above-ground to under-ground mass ratio, specific stem length, leaf mass ratio and stem mass ratio; 2) under most light conditions, A. faxoniana of the two conifers revealed lower values in both leaf area-based photosynthetic capacity and respiration rates than P. asperata; the same fact held true for the two broad-leaved trees with lower values observed in B. albo-sinensis; 3) under higher light conditions, relative growth rates of P. asperata and B. albo-sinensis got higher values than those of A. faxoniana and A. davidii, while contrary results were obtained under lower light regimes; 4) the means of phenotypic plastic indices of the eleven morphological and physiological parameters of P. asperata and B. albo-sinensis were higher than those of A. faxoniana and A. davidii, respectively. The findings indicate that A. faxoniana has better adaptation to low light regimes, but as a shade-tolerant species, it is not so adapted to low light regimes as the trees of earlier successional serals, especially P. asperata and B. albo-sinensis. Of the four tree species, physiological plastic indices were higher than morphological plastic indices, suggesting that morphological plasticity plays an important role in their adaptation to different growth light conditions. The results also support the hypothesis that ecophysiological traits of tree species determine their successional status and associate habitats of their seedlings.     

增温对川西亚高山针叶林内不同光环境下红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响

 川西亚高山针叶林是青藏高原东部高寒林区的重要组成部分, 也是研究全球变化对森林生态系统影响的重要森林类型。开展亚高山针叶林不同树种对气候变暖响应差异的研究, 可为预测未来气候变暖背景下亚高山针叶林植被组成和森林动态提供科学依据。我们以川西亚高山针叶林两种主要树种——红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究材料, 采用开顶式增温法(Open-top chamber, OTC)模拟气候变暖, 研究了增温对全光条件和林下低光环境中(约为全光的10%)生长的红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响。在人工林环境下, OTC使增温框内平均气温和地表温度分别升高了0.51和0.33 ℃; 而在林外空地处, OTC使二者分别升高了0.69和0.41 ℃。研究结果显示, 增温总体上促进了两种幼苗的生长和生理过程, 并促使幼苗将更多的生物量投入到其同化部位——叶, 使幼苗的根冠比(R/S)显著降低。增温通过增加叶片的光合色素含量和表观量子效率等光合参数, 促进了幼苗的光合过程和生长。然而, 增温对两种幼苗生长和生理的影响效果与植物种类及其所处的光环境有关。增温仅在林外全光条件下显著影响红桦幼苗的生长和生理过程。岷江冷杉幼苗对增温的响应与红桦相反, 即增温仅在林下低光环境下对岷江冷杉幼苗的生长和生理过程有明显促进作用。这种响应差异可能赋予这两种植物在未来气候变暖背景下面对外界环境变化时具有不同的适应能力和竞争优势, 从而对亚高山针叶林生态系统物种组成和森林动态产生潜在影响。     

两种热带雨林树苗对环境光强变化的生理响应和适应机制

干季末雨季初以西双版纳热带雨林中木奶果和玉蕊2种树苗为材料,研究了将生长于12.5%自然光（相当于小林窗的光强）和36%自然光（相当于大林窗的光强）下的这2种树苗分别移至36%自然光和12.5%自然光下之后各自叶片最大净光合速率（Pmax）、叶绿素荧光参数、光合色素含量、比叶重（LMA）以及叶片悬挂角（MA）的变化过程,探讨了2种植物幼苗在生长环境光强改变后其形态和生理生态特性做出的相应调整以适应新的光环境的过程与机制。结果表明,这2种树苗均不适宜生长在大林窗的强光环境下,但木奶果对光环境的增强表现出一定的耐受力,光合适应潜力强于玉蕊,2种树苗对低光环境都能较好地适应;新叶的生成在整株植物对生长光环境变化的适应过程中也起到至关重要的作用。     

光照对鄂东南2种落叶阔叶树种幼苗生长、光合特性和生物量分配的影响

通过设置4个光照梯度(25%、12%、6%和3%自然光)模拟鄂东南低山丘陵地区落叶阔叶林林下的光环境,研究了2种耐荫性不同的树种幼苗--麻栎(Quercus acutissima)和化香(Platycarya strobilacea)不同光强下的存活率、光合特性、生长和生物量分配,探讨了低光环境中耐荫性不同的树种幼苗维持自身碳平衡的机制和权衡"存活-生长"选择的生活史策略。结果表明:(1)低光下的2个树种幼苗的生长、光合特性和生物量分配具有显著性差异。(2)各个光照梯度下麻栎幼苗都生长良好,存活率保持在35%以上,而化香幼苗遭遇高的死亡率,80d后3%和6%自然光下的幼苗全部死亡;低光环境中麻栎幼苗比化香幼苗具有更大的表观光量子(AQY)和最大净光合效率(Pmax),更低的光补偿点(LCP)和暗呼吸效率(Rd),即耐荫性较强的麻栎幼苗比耐荫性较弱的化香幼苗具有更高的低光碳同化率和碳捕获能力。(3)2个树种幼苗的成活率与RGR呈负相关关系,各个光照梯度下耐荫性较弱的化香幼苗的相对生长率(RGR)显著高于耐荫性较强的麻栎幼苗,而两个树种幼苗的净同化率(NAR)无明显差异。相对于麻栎幼苗较高的根生物量比(RMR),化香幼苗将更多的生物量分配给叶部,因而具有较高的叶生物量比(LMR)、叶面积比(LAR)和比叶面积(SLA)。不同耐荫性的幼苗生长及生物量分配方式的差异是植物"存活-生长"权衡后的结果,耐荫性弱的化香幼苗具有较高的生长潜力和较弱的自我保护能力,而耐荫性强的麻栎幼苗具有更高的低光碳储量,能够维持更好的低光碳平衡,具有竞争优势。     

Plasticity and acclimation to light in tropical Moraceae of different sucessional positions

Summary We evaluated both the photosynthetic plasticity and acclimation to light of seedlings of five co-occurring tropical tree species in the Moraceae,Cecropia obtusifolia, Ficus insipida, Poulsenia armata, Brosimum alicastrum, andPseudolmedia oxyphyllaria. Distinct differences in the species' abilities to respond to increasing irradiance correlated with their known habitat breadths and successional status. The early successinalsCecropia andFicus exhibited the highest photosynthetic rates and conductance values in high light. There was a several-fold difference in assimilation across light regimes, consistent with a high physiological plasticity. When individuals grown at low light were transferred to higher irradiances, seedlings of bothCecropia andFicus produced leaves which photosynthesized at rates as high or higher than those of plants continuously grown in high light, indicating a high photosynthetic acclimation potential. In contrast, the late successionals were characterized by both a more restricted physiological plasticity and acclimation potential. Higher light levels resulted in only moderate increases in assimilation among the late successionals, and onlyBrosimum acclimated fully to increased irradiances. NeitherPoulsenia norPseudolmedia increased appreciably their photosynthetic rates when transferred to high light. This suggests that acclimation potential cannot always be inferred from plasticity responses, and calls for a reevaluation of arguments developed solely from plasticity studies. Finally, differences between the early and late successional species in the allocation of nitrogen into RuBP carboxylase and thylakoid nitrogen pools or non-photosynthetic compounds are suggested by the distinct relationships between maximum photosynthetic capacity and nitrogen content.     

Development and plasticity of endangered shrub Lindera melissifolia (Lauraceae) seedlings under contrasting light regimes

Lindera melissifolia (Walt.) Blume seedlings were raised in a growth chamber to determine the effects of light availability on shoot growth pattern, and basic leaf and stem growth. Lindera melissifolia seedlings exhibited a sympodial shoot growth pattern for 3 months following emergence from the soil medium, but this pattern was characterized by a reduction in leaf blade area approximately 30 days after emergence, followed by increases in leaf blade area. Seedlings receiving low light were 76% taller than seedlings receiving high light. Seedlings receiving low light also had larger leaf blade dimensions, blade area, seedling leaf area, and greater mass. Seedlings raised in high light had a greater proportional distribution of biomass in the roots, suggesting possible water stress from greater vapor pressure deficits. Furthermore, these seedlings displayed sharp angles of blade inclination and blade folding – acclimation that reduces exposure to light and subsequent higher leaf temperatures in open environments. These differences in morphological response to light resulted in high phenotypic variability in L. melissifolia seedlings. Lindera melissifolia seedling development showed a brief period of phenotypic plasticity, followed by ontogenetic plasticity. The short period of phenotypic plasticity may, however, have profound ecological implications for the conservation and recovery of this federally endangered shrub. Further experimentation should take into account the development of ontogenetic standards for comparisons of plant traits in addition to temporal standards.     

光照与温度对云杉和红桦种子萌发的影响

通过在气候箱内模拟迹地环境条件,探讨了不同温度和光照对亚高山针叶林采伐迹地关键种种子萌发的影响．结果表明,云杉和红桦种子萌发的最适温度均为25℃,发芽率分别为88．8±8．4％和30．8±10．4％,多重比较显示红桦对温度的响应比云杉更敏感．云杉在10℃时能萌发而红桦则几乎不能．红桦种子萌发所需要的最低温度比云杉的高．昼夜温差对两类种子发芽影响明显,20℃／15℃条件下两种种子萌发率最高,温差过大不利于红桦种子萌发．光照强度对种子的发芽率也有明显影响。二者在透光20％时种子发芽率最高,分别为83．2±6．6％和29．2±5．5％,云杉种子萌发对光照的响应比红桦种子更为敏感．采伐迹地强烈的光照是限制亚高山针叶林自然更新的重要因素,迹地温度升高有利于云杉和红桦种子萌发,但剧烈的昼夜温差又在一定程度上抑制了种子萌发。