亚热带人工和天然马尾松、杉木林生长对干旱的生态弹性差异

选取福建中西部地区相似气候条件下马尾松和杉木的天然林和人工林进行研究,利用年轮宽度、年轮宽度指数和断面积增量重建了4种林型共109株松树20年(1993—2012年)的年生长量,计算其对连续两次极端干旱事件(2003—2004年和2011年)的抵抗力、恢复力和弹性指数,分析人工林和天然林在抵抗力和弹性方面的差异。结果表明:马尾松和杉木对水分的需求在时间上存在差异,这解释了其对2003—2004年干旱事件的响应不一致。干旱压力极大地降低了马尾松和杉木的生长,但树木生长并未表现出干旱遗留效应。受干旱强度的影响,4种林型径向生长对2003—2004年干旱的响应强于2011年。干旱事件后马尾松比杉木具有更强的恢复能力;天然林比人工林对干旱的敏感性更高,同时弹性也更大。杉木人工林更容易受到频发的极端干旱事件的影响,在人工林抚育管理中应选择抗旱能力较强的遗传种源,以应对气候变暖导致的干旱频发。     

树木年轮揭示的东灵山主要树种间干旱耐受性差异

近年来北京地区的森林随极端干旱加剧表现出脆弱性特征,为了解气候变化下不同树种的干旱耐受性,选择北京东灵山森林内3个乔木树种(华北落叶松、油松和辽东栎),利用树木年轮生态学方法分析了径向生长与气候的关系,以及对极端干旱事件的抵抗力和弹性。结果表明: 华北落叶松和油松与5—6月气温呈显著负相关,辽东栎与5月气温呈显著负相关;华北落叶松与6月降水量、5—6月和8—9月相对湿度呈显著正相关,油松与6—8月降水量和相对湿度呈显著正相关,辽东栎与2月和5月降水量、5月相对湿度呈显著正相关;所有树种均与当年5—7月标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关。华北落叶松是干旱耐受性最弱的树种,径向生长在所选极端干旱事件中(1994年、2001—2002年和2007年)下降幅度最大(46.6%～69.6%),抵抗力(0.534、0.304、0.530)和弹性(0.686、0.570、0.753)显著低于辽东栎和油松,辽东栎在2007年抵抗力显著高于油松,弹性无显著差异。生长季持续的高温或降水减少引起的极端干旱是树木径向生长下降的主要原因,树种间各异的生理生态策略是干旱耐受性差异的可能原因。研究结果可为未来造林树种选择和森林管护措施制定提供新依据,以在气候压力持续增加背景下维持森林生态系统功能和服务。     

2001-2018年中国-老挝交通走廊核心区植被稳定性对极端干旱的响应

中国-老挝交通走廊核心区干旱事件的频繁发生威胁着该区域生态系统的稳定性。基于Palmer干旱指数（PDSI）和增强型植被指数（EVI）数据量化了中老交通走廊核心区不同植被类型的稳定性（年均EVI与其标准差之比）及其对干旱的抵抗力（干旱期间植被结构和功能保持其原始水平的能力）和恢复力（植被恢复到干旱前水平的速度）。结果表明：（1）2001-2018年间,中老交通走廊核心区共发生5次极端干旱事件,出现极端干旱的年份有2005年、2010年、2015年、2016年和2017年,以上年份极端干旱面积占总面积的比例分别为13.37%、47.46%、10.41%、12.00%和3.05%;（2）不同植被类型对极端干旱的响应不同,中老交通走廊核心区内常绿阔叶林的稳定性显著高于其他植被类型,和其他植被类型相比,常绿阔叶林虽然暴露在干旱环境中的时间更长,但其具有更高的稳定性,在维持中老交通走廊核心区的生态系统稳定性上发挥着重要作用;（3）常绿阔叶林和木本稀树草原对极端干旱的抵抗力和恢复力显著高于混交林、草地和农田,研究区内各植被类型对极端干旱的抵抗力与温度和降水呈显著正相关关系。     

近60年秦岭山地旱涝变化规律

随着极端气候变化,山地灾害频发。基于秦岭山地32个气象站点的实测数据,以标准化降水蒸散指数(SPEI)为旱涝量化指标,研究了过去60年秦岭山地旱涝时空变化特征、频率、周期等变化规律,结果表明：(1)1960—2019年,秦岭山地年SPEI指数以0.124/10a的速度下降,其中,90.23%的面积呈显著下降趋势,1.96%的面积呈显著上升趋势,并在1990年发生干旱突变;秦岭北坡的干旱化趋势大于南坡,且高海拔地区干旱化更为明显。(2)突变前秦岭山地湿润比例平均值为36.94%,突变后下降为18.19%;干旱比例由突变前的17.64%急剧上升到突变后的38.19%;突变前30年秦岭山地极端干旱事件、严重干旱事件极少发生,发生频率几乎为0;突变后30年严重干旱和极端干旱事件发生频率增加,秦岭南北坡极端湿润和严重湿润事件近乎销声匿迹。(3)整体上,太阳黑子与秦岭山地旱涝变化以显著负相关关系为主;ENSO事件对秦岭山地的旱涝变化影响较大,在La Nina年易发生洪涝事件,在El Ni1o年易发生干旱事件;在不同时域范围内,海表温度距平(SSTA)对秦岭山地旱涝变化的影响不同：1990年以前,S...     

不同林龄樟子松人工林径向生长对气候及地下水位变化的响应

全球气候变化导致森林生态系统的结构与功能发生改变,甚至出现树木死亡与林分衰退的现象,研究林分生长对气候变化尤其是干旱事件的响应有助于预测未来气候变化下生态系统的稳定性。以辽宁章古台5个林龄的樟子松人工林为研究对象,分析了树木径向生长对气候因子与地下水位的响应,结果表明：秋季气温,尤其是最低气温显著影响樟子松林的生长（44年生林分除外）;低林龄樟子松林（36、39年）生长与当年夏季及生长季内的降水显著正相关,而高林龄樟子松林（52年）生长则与当年春季尤其是当年2月与5月降水显著正相关;36、39、52年生樟子松人工林年表与当年夏季的Palmer干旱指数（PDSI）显著正相关,44、58年生樟子松人工林年表则与地下水位显著正相关。应对早期干旱（即1997年）时,樟子松人工林表现为随林龄增加,其抵抗力增加而恢复力降低;在随后的两个干旱事件中,高林龄樟子松林的抵抗力不再明显高于低林龄,可能是由于地下水位显著降低影响根系吸水;受累积干旱的影响,所有林龄樟子松人工林对2007-2008干旱事件的弹性力均小于1,径向生长量明显降低。地下水位是影响不同林龄樟子松人工林生长及对干旱抵抗力的重要因子,考虑地下水位有助于进一步提升森林生态系统对气候变化响应研究的准确性。     

1986—2019年黄土高原干旱变化特征及趋势

干旱作为极端气候事件之一,其频率和强度的变化影响到区域水资源,而干旱半干旱区植物生长的主要限制因素是水分,因此,研究黄土高原干旱时空特征及未来变化趋势对当地的生态环境具有重要意义。本研究基于1986—2019年降水和温度逐月格点数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和干旱发生频率,并运用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计方法,探讨了黄土高原的年、季尺度干旱时空分布及变化特征,最后利用NAR神经网络结合Hurst指数对黄土高原未来干旱趋势进行预测。结果表明: 研究期间,黄土高原总体呈现干旱化趋势,且年际和季节尺度的干旱发生频率在空间上差异较大。其中,年际、春季和冬季以黄土高原东南部和西部干旱发生频率最高,夏季和秋季以西北部干旱发生频率最高。夏季以中度干旱发生频率最高,年际及其他季节以轻度干旱发生频率最高。黄土高原春、夏季呈现干旱化趋势,秋、冬季研究区大部分区域干旱趋势减轻。黄土高原年际、春季、夏季的SPEI值在未来一段时间内仍处于下降趋势,即干旱化趋势加重,且夏季的Hurst指数最大,持续性变化最强,未来持续干旱的可能性高于其他季节。     

鸡公山典型落叶阔叶林土壤呼吸对食叶虫灾爆发的响应

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键环节之一。随着极端气候事件的频发,森林虫害的发生频率和强度也趋于增加,森林虫害爆发已经是影响森林生态系统碳循环过程的一种重要的自然干扰。气候过渡带典型森林生态系统虫灾的爆发是否会影响土壤的碳排放过程目前仍不清楚。本研究利用鸡公山地区麻栎-枫香混交林大规模爆发食叶性害虫的机会,比较虫灾爆发当年(2014)与正常年份(2015)的土壤碳排放通量,以阐明森林虫灾爆发对土壤碳排放通量的影响。结果表明:虫灾爆发当年7、8、9、10月份土壤平均温度比正常年份相应各月份分别高0.26、0.51、0.83、0.07℃,土壤呼吸分别显著提高了129.9%、77.1%、61.6%和58.9%。虫灾爆发年份生长季的平均土壤呼吸为3.55μmol m~(-2)s~(-1),比正常年份(2.77μmol m~(-2)s~(-1))高36.2%;生长季期间的平均土壤异养呼吸比正常年份增加了29.7%。该研究表明森林食叶虫害的爆发至少在短期内可导致森林土壤碳排放量呈显著的增加趋势,近而对森林生态系统土壤碳库积累产生重要影响。因此,充分认识病虫害对森林生态系统的干扰和影响,将有助于陆地生态系统碳循环的准确估算和模拟。     

大兴安岭不同纬度兴安落叶松生长对干旱适应性及生长衰退的差异

气候变暖引起干旱事件发生频率和强度增加,由此导致全球部分森林出现衰退和死亡的现象已被广泛报道。然而由于不同地区森林对水分亏缺适应性不同,需要从区域尺度对森林适应干旱事件的特征进行详细研究。在中国东北的森林地区中,大兴安岭在过去几十年中变暖速度最快。以落叶松为主的大兴安岭森林,作为中国唯一的北方森林,具有重要的生态意义。尤其是在全球变暖极大地影响水条件的情况下,了解其对缺水的适应非常重要。通过树木年轮学方法分析比较不同纬度(47°17′—51°17′N)兴安落叶松(Larix gmelinii)径向生长变化率和树木生长对极端干旱的适应性特征(抵抗力(Rt)、恢复力(Rc)和恢复弹力(Rs))。结果表明：不同纬度兴安落叶松对干旱的应对策略呈现共同特征表现为：(1)研究区不同纬度的兴安落叶松生长均与当年生长季7和8月PDSI显著正相关(P<0.05);(2)大径级树木对干旱的抵抗力和恢复弹力更低,对干旱的适应能力更弱。不同纬度兴安落叶松对干旱的应对策略呈现差异性表现：(1)兴安落叶松对干旱的抵抗力和恢复弹力随纬度升高而降低,恢复力随纬度升高而增加;(2)研究区范围内较高纬度的兴安落叶松...     

长期气温波动对鼎湖马尾松种群生产力的影响

在前人野外工作的基础上,用“相对生长测定法”对鼎湖山优势种马尾松的树木年轮数据进行处理,获得了1953－1991年鼎湖山马尾松种群的生产力,结合当地的气象数据,用MICROSOFT EXCEL程序对气温与鼎湖山马尾松种群生产力变化的相关性做了一些初步的分析,结果表明：1953－1991年间,鼎湖山当地气温升高了0.6℃,马性松种群生产力增加了3.31t hm^-1a^-1。因此,气温波动与马尾松种群生产力的变化有较大的相关性。     

呼伦贝尔沙地樟子松径向生长特征的VS模型模拟分析

利用Vaganov-Shashkin模型对呼伦贝尔地区4个样点的沙地樟子松标准化宽度年表进行模拟研究,在2000年以前时段拟合度较好,而2000年以后时段拟合度较差。进而选取2000年以前的模拟结果进行径向生长过程分析。结果表明: 呼伦贝尔沙地樟子松主要的生长季为每年的5—9月,温度对每年樟子松生长初期与末期具有显著影响,而在树木生长季旺盛期,土壤湿度的不足是制约树木生长的主要因素。极端窄年树木径向生长速率受土壤湿度的影响较极端宽年明显,生长季中期7—8月树木径向生长速率在宽窄年份均呈降低趋势,表明该时期沙地樟子松生长均受到不同程度的干旱胁迫。研究结果与我国半干旱地区树木年轮生理模型分析特征相符,模型对呼伦贝尔沙地樟子松径向生长模拟具有一定的适用性。     

喀斯特次生林幼树更新空间分布格局及种间关联性

本研究以贵州省喀斯特典型区域紫云苗族布依族自治县撂荒30余年后自然恢复形成的次生林为对象,设置140 m×120 m固定样地,系统调查样地内幼树更新,并采用空间点格局分析方法分析幼树更新优势种群在不同空间尺度下的分布格局和种间关联性。结果表明: 调查样地中幼树共计1291株,包括39个树种,其中光皮桦、化香、马尾松、枫香和山杨5个树种的幼树个体数量总和达83.7%,重要值总和达77.8%,为幼树更新的优势树种。光皮桦、化香和枫香3个幼树优势种群的空间分布格局在0～60 m空间尺度上均呈现较强的聚集分布;马尾松和山杨2个幼树优势种群在小尺度上呈现聚集分布,大尺度上则随机分布。幼树优势种群空间关联性多呈现正关联,仅马尾松与枫香和山杨在小尺度呈现正关联,大尺度呈现不相关。调查样地5个幼树优势种群空间分布格局及种间关联性差别较大,可能与树种的生物学特性、生境及空间资源的利用密切相关。目前,林分多以先锋树种为主,群落结构不稳定;以马尾松和光皮桦为优势种群的松-桦混交林可能成为下一阶段演替方向,建议通过森林经营措施加快植被恢复进程。     

Seasonal patterns in the phytochemistry of three Populus species

We monitored seasonal changes in the leaf quality characteristics of three native species of Populus during 1986. Leaf water and nitrogen contents of each species declined during the growing season. The phenolic glycosides salicin, salicortin, tremuloidin and tremulacin occurred in Populus tremuloides and P. gradidentata; all but tremulacin occurred in P. deltoides. Levels of salicin and tremuloidin were low throughout the growing season in all three species. Among the tree species, concentrations of salicortin and tremulacin were highest, and exhibited the least among-plant variation and strongest seasonal declines in P. grandidentata. Levels of salicortin and tremulacin were intermediate in P.tremuloides, varied greatly among individual trees, and did not significantly decrease during the growing season. Levels of salicortin were relatively low, varied considerably among trees, and did not decline seasonally in P. deltoides. Spatial and temporal variation in these constituents produces plant parts, individuals and species with differential resistance to insect herbivores.     

秦岭北麓油松径向生长对气候变化的响应

以秦岭北麓南五台油松为样本,建立油松树轮宽度标准化年表(STD),研究油松径向生长与气候因子之间的相关性。结果表明: 秦岭北麓油松径向生长与前一年9月及当年5月水分因子呈显著正相关,与前一年11月温度因子呈显著正相关,与前一年10月、当年5月温度因子呈显著负相关。油松径向生长对不同气候因子响应均存在明显的滞后效应。油松径向生长与PDSI干旱指数具有较好的相关性,特别是与前一年9—12月、当年5月PDSI呈显著正相关。回归模型能较好地模拟树轮宽度指数与PDSI之间的关系,油松极宽窄轮的形成主要是干旱作用的结果。综合各种气候指标,PDSI能更好地反映研究区油松径向生长的特征。     

应用结构方程模型解析影响黄连木果实产量 和种子命运的因素

果实(种子)产量和质量是影响植物种群更新的重要因素。为了探明影响黄连木果实产量和种子命运的因素以及这些影响因素之间的相互作用, 作者于2009年对河南省济源市45株黄连木(Pistacia chinensis)结果样树的植株特征、果实特征、果实产量和种子命运等进行了测定, 并用结构方程模型进行综合分析。结果表明: (1)黄连木果实产量与树高、树冠面积和果序大小等特征成正相关, 但与胸径、果实大小相关性不显著; (2)与捕食者饱和假说的预测不一致, 单株果实产量对黄连木广肩小蜂(Eurytoma plotnikovi)的种子捕食率(即虫蛀率)无显著直接负向效应; (3)树高和果实大小对虫蛀率为显著直接正向效应, 胸径对虫蛀率为显著直接负向效应, 显示黄连木广肩小蜂对植株特征和果实特征有一定的选择能力; (4)空壳率与虫蛀率成显著负相关, 空壳果实越多, 越易逃避黄连木广肩小蜂的寄生, 空壳果实的存在对完好种子起到了一定保护作用, 可能是黄连木防御昆虫寄生的重要机制; (5)空壳率和虫蛀率对种子完好率有显著直接负向效应, 而胸径、果序大小和果实产量对完好率为间接正向效应, 树高和果实大小为间接负向效应。可见, 黄连木植株特征和果实特征均不同程度地影响其果实产量和昆虫寄生, 从而影响黄连木的种子质量和种群更新。     

亚热带红壤侵蚀区马尾松不同套种模式生态系统碳平衡

以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松低效林套种杨梅、无患子、油茶及黄栀子的改造模式林分为研究对象,对林分各组分生物量年净生长量、含碳率及土壤异养呼吸进行定位观测,分析套种模式对低效马尾松林分生态系统碳储量格局及碳平衡的影响。结果表明: 杨梅、无患子、油茶、黄栀子和马尾松不同器官含碳率的变化范围分别为41.1%～50.1%、42.2%～50.6%、45.1%～48.9%、44.7%～49.6%和46.1%～51.9%。不同树种同一器官之间的含碳率存在显著差异。马尾松套种杨梅及马尾松套种无患子模式植被层碳储量及年净增碳储量最高,分别为67.62～68.42 t·hm^-2和9.21～9.45 t·hm^-2·a^-1,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式较小,分别为31.96～36.24 t·hm^-2和4.09～4.16 t·hm^-2·a^-1,马尾松纯林对照最小,分别为17.01 t·hm^-2和2.00 t·hm^-2·a^-1。土壤异养呼吸年通量从高到低依次为马尾松套种杨梅模式(7.41 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种油茶模式(5.89 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种无患子模式(5.86 t·hm^-2·a^-1)>马尾松套种黄栀子模式(4.95 t·hm^-2·a^-1)>马尾松纯林对照(2.45 t·hm^-2·a^-1)。马尾松套种杨梅和马尾松套种无患子模式的年净生态系统碳平衡分别为2.04和3.27 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳汇”,马尾松套种油茶和马尾松套种黄栀子模式及马尾松纯林对照的年净生态系统碳平衡分别为-1.80、-0.80和-0.45 t C·hm^-2·a^-1,表现为“碳源”。总体上,短期内马尾松低效林套种杨梅或无患子能够提升林分的固碳增汇效益。     

黔中地区火灾对马尾松外生菌根真菌群落的影响

林火会对森林植被及其相关联的微生物群落产生重要影响。为揭示火灾对马尾松外生菌根真菌(ectomycorrhizal fungi,EMF)群落的影响,本研究以火灾马尾松林为研究对象,以周边立地条件相对一致、未火灾马尾松林为对照,采用形态鉴定与分子生物学技术相结合的研究方法,分析火灾对马尾松EMF群落的影响。共鉴定出马尾松EMF OTUs 69个,隶属于2门7纲15目18科23属,且担子菌门丰富度明显高于子囊菌门。火灾显著改变了马尾松EMF群落的组成和结构,其中火灾马尾松林中EMF群落的优势属主要为蜡蘑属Laccaria、红菇属Russula和棉革菌属Tomentella,未火灾马尾松林中EMF群落的优势属主要为乳菇属Lactarius、棉革菌属Tomentella和土生空团菌属Cenococcum。火灾样地马尾松的EMF群落相对于对照样地在组成与结构上存在明显差异,表现出特有OTUs高于共有OTUs。相对于未火灾马尾松林,火灾马尾松EMF群落的多样性指数和丰富度指数呈下降趋势(P>0.05)。RDA分析表明,pH和TP是影响马尾松EMF群落的重要环境因子。综上所述,火灾干扰是影响黔中地区马尾松EMF群落的重要生态因素之一。     

中亚热带典型人工林土壤酶活性及其化学计量特征

以中亚热带典型的马尾松林、湿地松林和马尾松-木荷混交林(针阔混交林)为研究对象,分析不同林分类型下0～10和10～20 cm土层的β-D-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(POX)、过氧化物酶(POD)6种土壤酶活性,以及酶化学计量比及土壤理化性质特征,分析驱动中亚热带典型林分类型土壤酶活性及其计量比变异的主要因素。结果表明: 林分类型显著影响了土壤BG和LAP活性,表现为湿地松林10～20 cm土层土壤BG显著高于马尾松林,而LAP在马尾松林最高;湿地松林10～20 cm土层土壤BG/(NAG+LAP)、BG/AP显著高于马尾松林,而马尾松林(NAG+LAP)/AP显著高于湿地松林和针阔混交林;林分类型间酶化学计量的向量长度在10～20 cm土层差异显著,表现为湿地松林>针阔混交林>马尾松林。3种人工林酶化学计量的向量角度均大于45°,其中在湿地松林10～20 cm土层向量角度显著大于马尾松林。冗余分析表明,土壤碳质量指数和有机碳与全磷的比值(C/P)以及土壤含水量和C/P分别是0～10和10～20 cm土层土壤酶活性及其化学计量的关键影响因素,土壤碳和磷的数量和质量,以及土壤含水量在调节中亚热带人工林生态系统养分循环中发挥关键作用。