不同养分环境下木荷种源生长和根系发育对邻株竞争响应的差异

研究同质和异质养分环境中邻株竞争对3个木荷种源生长和根系发育的影响,揭示了不同种源木荷生长竞争能力差异原因.结果表明: 与同质养分环境相比,3个木荷种源在异质养分环境中具有苗高生长量大、干物质积累量高和根系增生明显等特点.在异质养分环境下,福建建瓯种源木荷苗木生长量显著高于浙江龙泉和江西信丰种源,与杉木混植时尤为突出,这与其根系形态可塑性高和拓殖能力强有关,混植时,福建建瓯种源木荷的根长、根表面积和根体积等根系生长量较单植显著增长20.4 %～69.0%,其根系在富养表层大量增生的同时快速向深层贫养层拓殖,占有了更多的空间和资源,提高了觅养能力,使其生长优势更为明显,而浙江龙泉和江西信丰种源根系生长和深层土壤根系分布受邻株竞争影响不同程度的降低.纯植时,可能由于根系自我识别作用,3个木荷种源的根系生长发育均受到抑制,导致福建建瓯种源苗木生长量显著减小,而浙江龙泉种源苗高和干物质积累增长明显,这与其根系生理可塑性有关.建议生产上选用觅养效率高和竞争能力强的福建建瓯种源木荷,采用混交造林的方式提高木荷人工林生产力.     

竞争对马尾松和木荷觅取异质分布养分行为的影响

为了研究邻株竞争对马尾松(Pinus massoniana)和木荷(Schima superba)觅取异质分布养分机理和行为的影响, 我们设计单植、双株纯栽和两株混植3种栽植方式, 构建了同质和异质养分环境开展盆栽实验。结果表明: 单植时, 马尾松和木荷苗木生长对斑块养分反应敏感, 与同质养分环境相比, 两树种在异质养分环境中具有苗高生长量大、干物质积累量高、根系在富养斑块中大量增生, 根系N、P含量和吸收效率高等特点。在异质养分环境中, 木荷与马尾松邻株竞争时的生长表现优于双株纯栽模式而与单植处理相近, 根系形态可塑性和生理可塑性在其觅取斑块养分中的作用显著增强; 与木荷邻株竞争时, 马尾松苗高生长也表现出较单植和双株纯栽模式一定的优势, 这与其根系的广布性、觅养精确性和反应敏感度变化较小及富养斑块中根系P素含量和吸收效率较高等有关。相反, 同种邻株竞争则使得异质养分环境中马尾松和木荷的根系广布性减小, 反应敏感度减弱, 富养斑块中根系N、P含量降低, 苗高生长量和干物质积累量减小。与马尾松相比, 同种邻株竞争对异质养分环境中木荷生长的负向影响更为强烈。建议在生产中采用混交造林的方式促进马尾松和木荷生长。若要营造人工纯林, 可通过适当降低初植密度或及时调控林分密度促进林木生长。     

异质养分环境下邻株竞争对3个木荷种源干物质积累及氮磷效率的影响

为了探究不同木荷种源混交林和纯林生产力差异原因,采用盆栽试验,模拟异质和同质性森林土壤环境,并设计木荷单植、双株纯植和与杉木混植3种栽植模式,重点研究了异质养分环境下邻株竞争对3个木荷种源(福建建瓯、江西信丰和浙江龙泉种源)干物质积累及氮磷效率的影响。结果表明:与同质养分环境相比,木荷种源在异质养分环境中具有干物质量大,氮、磷吸收效率高的特点,尤以福建建瓯种源优势最大。邻株竞争对木荷种源的干物质量和氮、磷吸收效率影响显著。在异质养分环境中,与杉木邻株竞争时,木荷福建建瓯种源干物质积累量优于单植和双株纯植模式。这与其根冠比和生理可塑性较强有关,混植时,其根冠比明显降低,将更多的干物质分配至叶片,增强了光合能力;同时氮、磷吸收效率也显著提高,进而积累了较高的干物质量,提高了竞争力。相反,混植时江西信丰和浙江龙泉种源氮和磷吸收效率却不同程度地低于其单植或与之相近,根冠比较高,结果影响了干物质积累。同种邻株竞争虽促进了浙江龙泉和江西信丰种源的氮、磷吸收,但抑制了两元素的利用效率,而福建建瓯种源氮、磷效率受影响较小,且明显高于其他种源,从而形成较高的干物质量。以上研究结果表明,福建建瓯种源较高的生物量分配和生理可塑性是其生产力高和生长竞争优势明显主要原因。     

杉木不同家系对异质养分环境的适应性反应差异

 构建异质和同质两种养分环境,选择3个杉木(Cunninghamia lanceolata)优良家系作试验材料,并以马尾松(Pinus massoniana)为参照,通过 量化分析不同养分环境中植株生长量、干物质积累和分配、根系形态、养分吸收和利用效率等,研究杉木家系对异质养分环境的适应性反应差 异。结果表明,3个杉木参试家系对不同养分环境的生长反应差异显著,‘锦屏45’家系在异质养分环境中苗高生长量大、干物质积累量多、根 系发达,而‘龙15’和‘靖398’两个家系则在同质养分环境中表现较好。 杉木不同家系的根系均主要在异质养分环境之贫养斑块中大量增生 ,根系形态可塑性与觅养精确性较低。作为参照的马尾松,对异质养分环境反应敏感,根系广布性大、觅养精确性高。在3个参试杉木家系中, ‘龙15’和‘靖398’对异质养分环境的生长反应敏感度低,根系生理可塑性一般,而‘锦屏45’对异质养分环境的生长反应敏感度较高,根系 生理可塑性较高。试验观测到不同杉木家系在异质养分环境中根系N、P、K吸收效率通常低于同质养分环境。在富养斑块中的根系养分吸收效率 明显低于贫养斑块,这与马尾松在富养斑块中根系养分吸收效率较高有很大的差异。然而杉木家系在富养斑块中根系的养分含量却不同程度地 高于贫养斑块或与之相 近。‘锦屏45’家系在异质环境中生长表现显著地优于同质养分环境,除因其具有较高的根系生理可塑性外,还与较多 比例的干物质和营养元素分配至地上部分、根冠比较少有关。     

异质养分环境下不同树种觅养行为与光照条件的关系

设计光照和养分环境的析因组合盆栽试验,研究不同光照条件下马尾松、木荷和马褂木对异质养分环境的生长适应性反应及觅养行为差异.结果表明:全光照下马尾松和木荷在异质养分环境中较同质养分环境具有较大的生长优势,其根系干物质量分别增加达99.5%和66.7%,而马褂木在同质养分环境中生长表现较好.遮阳处理显著改变了木荷根系的广布性、觅养精确性及养分吸收效率,降低了其在异质养分环境中的生长优势;遮阳对马尾松觅养行为的影响不如木荷显著,其在异质养分环境中的生长仍保持一定的优势,推测与马尾松在富养斑块中有明显的根系增生和较高的养分吸收效率有关;遮阳对马褂木的觅养精确性和反应敏感度的影响相对较小,未改变其对养分环境的生长反应式样.马尾松、木荷和马褂木不仅在根系觅养机制及觅养行为上具有显著遗传差异,而且受光照条件影响变化的模式也各不相同,因此人工造林时应实施不同的栽培技术措施来提高林分生产力.     

杉木观光木混交林细根的分布

对27年生混交比例为2行杉木和1行观光木的混交林和杉木纯林群落细根分布的研究表明,杉木和观光行间的杉木细根密度虽比极木行间的低8．5％,但观光木细根密度则高152．09％,其细根总密度比杉木与杉木行间的大10．43％。混交林中杉木各径级活动根密度呈单峰型分布,均以5－10cm土层最大,而观光木各径级各活细根主要分布在0－10cm土层内。纯林杉木各径活细根密度亦基本呈单峰型分布,但峰值出现在10－20cm或20－30cm土层。不同树种不同径级死细根的分布均与其各自的活细根分布相似。混交林中灌木细根密度在30－40cm的土层最大,而纯林中的灌木细根集中于0－10cm的表土层;混交林和纯林中的草木细根均集中在0－5cm土层。与纯林的相比,混交林中杉木细根主要分布的土层明显上移,表层土壤细根所占比重增大,有利于更好利用土壤养分和提高群落生产力。     

不同栽植方式下紫椴幼苗生物量分配及资源利用分析

 通过紫椴（Tilia amurensis Rupr.）幼苗在不同植距下纯栽和与落叶松(Larix gmelini)的混栽沙培试验,初次应用通径分析,研究紫椴幼苗生物量分配和资源利用机制,分析种内和种间竞争及其模式。研究发现总体上植距增大有利于紫椴根、茎、叶各器官的生长。通过通径分析说明,紫椴地下根系对总生长的贡献为0.236 1～0.286 9,地上茎、叶对总生长的贡献为0.732 5～0.775 8,地上部分的贡献是地下根系的2.95倍。表明紫椴幼苗对光具有较强的需求和竞争能力。紫椴和落叶松之间存在悬殊较大的生物量差距,落叶松的根、茎、叶生物量约是相应混栽紫椴的2、5、4倍。通过比较纯栽和混栽试验中的直接通径系数,与落叶松混栽后,紫椴对地下水分养分的竞争下降36.84%,对地上光照空间的竞争增大11.63%。随植距减小落叶松对紫椴的影响增大,紫椴根系生长受落叶松种间竞争影响不显著;地上茎、叶生长只在一定植距范围内受落叶松影响。紫椴与落叶松种间竞争是不同资源利用等级的两树种间的相互作用,以对称性地下竞争与落叶松“平等”地占有地下水分养分资源,从而受落叶松地下竞争较小;在一定空间范围内落叶松以非对称性竞争优先占有地上光照资源影响紫椴生长。     

低磷胁迫下不同种源马尾松的根构型与磷效率

以浙江淳安、福建武平、广西岑溪和广东信宜4个代表性的马尾松种源为试材,设置异质低磷胁迫、同质低磷胁迫等不同磷素处理,研究马尾松种源感知不同类型低磷胁迫的根构型及磷效率变异规律.结果表明:无论在异质低磷还是同质低磷胁迫下,参试种源马尾松的主要生长性状和磷效率指标均存在极显著的种源间变异.异质低磷胁迫下,广东信宜、福建武平种源马尾松表现出较高的磷效率和干物质积累量,根构型发生适应性变化,富磷表层介质中的根系参数显著高于低磷效率的广西岑溪和浙江淳安种源.这是磷高效种源具有较高的磷素吸收效率和磷效率的重要机制.不同种源的表层富磷介质根系参数与其整株干物质积累量相关系数在0.95以上.同质低磷胁迫下,高磷效率种源马尾松的磷吸收率显著高于低磷效率种源,但表层介质中的根系参数和整株根系参数与整株干物质积累量的相关性较低.不同种源马尾松适应同质低磷胁迫和异质低磷胁迫的生物学机制有所差异,应有针对性地选择不同土壤磷素的森林立地并推广磷营养高效的马尾松种源.     

水曲柳落叶松根系之间的相互作用研究

 通过水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松(Larix gmelinii)两个树种苗木纯栽和混栽试验,在温室条件下研究两树种根系之间的相互作用。结果表明,水曲柳与落叶松混栽使水曲柳细根和粗根生物量比纯栽分别增加47％和46％,叶和茎生物量分别增加30％和48％,同时改变了水曲柳地下部分与地上部分比率,促进了水曲柳细根和叶协调生长。而混栽的落叶松细根和粗根生物量比纯栽分别减少19％和35％左右,叶和茎生物量减少22％和34％,但是落叶松地下部分和地上部分各生物量组分变化不存在显著差异。混栽改变了水曲柳根系的空间分布和根系的形态,导致根系密度和根长度分别增加47％和34％,有利于水曲柳吸收较多的养分和水分,提高其竞争效率。落叶松起到改变土壤环境作用。     

中亚热带几种典型森林土壤养分含量分析及综合评价

分析及综合评价不同森林植被对土壤养分因子的影响,对揭示森林植被与土壤养分的相互关系,全面衡量森林土壤养分水平具有重要的意义。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)纯林、木荷(Schima superb)纯林、木荷+楠木(Phoebe ahenre)混交林、木荷+杉木混交林、青冈栎(Cyclobalanopsis glauca)天然次生林、毛竹(Phyllostachys edulis)林6种森林类型为研究对象,在分析不同森林类型土壤养分特征状况差异的基础上,采用结构方程模型确定土壤养分因子权重,对其土壤养分水平进行综合评价。结果表明:(1)6种森林类型0-60 cm土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷的含量分别为8.24-28.17 g/kg、0.67-1.31 g/kg、44.88-89.31 mg/kg和1.24-6.50mg/kg,其含量最高的都是青冈栎天然次生林,土壤有机质和碱解氮含量最低的是毛竹林,土壤全氮和有效磷的含量最低的分别为杉木纯林和木荷纯林,0-60 cm土壤全磷和速效钾的含量分别为0.15-0.21 g/kg和35.54-54.32mg/kg,其含量最高的都是木荷+楠木混交林,含量最低的分别为木荷纯林和毛竹林;(2)土壤有机质、全氮、全磷和有效磷的含量在6种森林类型中都一致表现出随土层加深而逐渐减小的规律,而碱解氮和速效钾含量在土壤垂直剖面的变化却因森林类型而异,没呈现出具体的变化规律;(3)栎类天然次生林的土壤养分等级综合评分值为3.47,评价等级属于中上水平,杉木纯林、木荷纯林、木荷+楠木混交林、木荷+杉木混交林的土壤养分等级综合评分值分别为2.45、2.76、2.83、2.68,评价等级均属于中下水平,而毛竹林的土壤养分等级综合评分值仅为1.95,评价等级属于土壤养分缺乏。     

杉木和木荷种子萌发及幼苗生长对光梯度的响应

光是影响种子萌发和幼苗生长的关键因素.为理解不同树种种子萌发及幼苗生长对光梯度变化的响应机制,本文研究了不同光照强度(分别为自然光强的100%、60%、40%、15%和5%)对杉木和木荷种子萌发及幼苗生长的影响,探讨了两树种种子萌发和幼苗生长对光照响应的差异性.结果表明: 光照强度对两树种的种子萌发和幼苗生长均具有显著影响. 随着光照强度的减弱, 杉木种子萌发率增大,萌发指数增大,木荷种子萌发率和萌发指数则先增大后减小,在40%光照强度下达到最大值.两树种幼苗存活率在全光照(100%光照)下均为0,在5%～60%光照处理下则随着光照强度的减弱而显著降低.两树种幼苗根长、地径和株高对光梯度变化的响应趋势一致,随着光照强度的减弱,根长显著减小,地径和株高则先增大后减小,在5%光照强度下达到最小.随着光照强度的减弱,杉木幼苗根、茎、叶及总生物量降低,木荷幼苗生物量积累在15%～60%光照强度下较高, 5%光照强度下最小,且相同光照强度下,木荷幼苗各部分生物量均大于杉木.两树种幼苗应对低光环境时,表现出较大的茎和叶的生物量分配比,而根生物量比和根冠比降低.表明杉木苗期生长不耐阴,需要相对较强的光照,而木荷苗期具有较强的耐阴性,对弱光环境的适应性更强,能够在郁闭的林冠下定植和正常生长.     

生物质炭添加对杉木人工林土壤原有有机碳矿化的影响

通过培养试验,利用¹³C标记技术研究不同热解温度制备的生物质炭添加对杉木人工林土壤原有有机碳矿化的影响,为生物质资源有效利用和亚热带人工林固碳管理提供科学依据.生物质炭制备材料分别为木荷(阔叶树种)和杉木(针叶树种)凋落物,培养温度为25 ℃,时间为112 d.结果表明: 在整个培养阶段,与对照土壤相比,不同生物质炭添加对土壤原有有机碳矿化的影响均呈现先促进后抑制的规律,具体表现为杉木生物质炭处理仅在培养0～3 d表现为显著促进作用,在7～112 d均呈现为显著抑制作用,而木荷生物质炭处理则在培养0～14 d表现为促进作用,在28～112 d均表现为显著的抑制作用.培养结束时,3种杉木生物质炭(350、550和750 ℃)处理均显著抑制了土壤原有有机碳矿化,2种木荷生物质炭(350和550 ℃)处理也表现为显著的抑制作用.木荷生物质炭和杉木生物质炭的分解率介于0.8%～2.8%,随着热解温度的升高,生物质炭的分解率呈下降趋势,且同一热解温度下木荷生物质炭的分解率显著高于杉木生物质炭.上述结果表明,原材料和制备温度是生物质炭影响土壤原有有机碳矿化和生物质炭分解的重要因素.     

不同生长阶段杉木人工林土壤C∶N∶P化学计量特征与养分动态

在福建省白砂国有林场选取幼龄林(5年)、中幼龄林(8年)、近熟林(21年)、成熟林(27年)和过熟林(40年)5个生长阶段的杉木人工林,测定不同土层(0～10、10～20、20～40 cm)土壤总碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、全钙(Ca)、全镁(Mg)含量以及C∶N∶P化学计量比,探究杉木人工林土壤碳氮磷(C∶N∶P)化学计量特征与养分随林龄的变化规律。结果表明: 随着林分发育,TC、TN未发生显著变化,土壤C∶N保持不变。随着林分发育,0～20 cm土层土壤TP含量呈增加-降低-增加的变化趋势,其中在杉木成熟林达到最低,C∶P和N∶P最大,而20～40 cm土层土壤TP在各个林龄之间无显著变化。Ca、Mg含量在所有土层均在杉木成熟林达到最低。土壤TC与C∶P、N∶P、C∶N均呈显著正相关,TP与C∶P、N∶P呈显著负相关,土壤TP含量是调控土壤C∶P和N∶P的关键因子。杉木人工林发育到成熟期受到P的限制,为保证人工林正常发育,可在杉木速生阶段施加P肥,促进养分良性循环。适当提高杉木林的轮伐期可能会有利于土壤养分的恢复与保持。     

大气CO2浓度和温度升高对木荷和杉木幼苗土壤卤代烃含量的影响

大气CO2浓度增加和温度升高引起的全球变化对土壤生态系统的生物地球化学过程产生了重要影响.挥发性卤代烃(VOXs)的合成与释放是土壤参与全球物质循环与能量流动的重要途径.本研究以南亚热带乔木幼苗木荷和杉木为对象,设置对照(CK)、CO2浓度升高(EC)、增温(ET)以及两者同时升高(EC+ET)4个处理,运用开顶箱及吹...     

亚热带米老排和杉木细根分解过程中养分与微生物群落组成的变化

对福建南平峡阳林场19年生米老排和杉木人工林的细根进行为期12个月的分解试验,研究不同树种分解过程中养分和微生物群落组成的动态变化,为理解亚热带不同人工林树种地下养分循环过程提供科学依据.结果表明: 米老排细根养分磷(P)、钾(K)初始含量显著高于杉木.分解过程中,两个树种细根P、K含量均显著降低,而细根氮(N)含量显著增加,且杉木细根N含量变化滞后于米老排.在分解过程中,杉木细根镁(Mg)含量无显著变化;米老排细根Mg含量变化显著,且在分解8个月时显著小于杉木.在分解过程中,真菌与细菌比值均显著表现为先升高后降低,且分解12个月时米老排细根真菌/细菌显著高于杉木.冗余分析表明,N(解释37.2%)、K(解释14.5%)含量和C/N(解释14.8%)是影响杉木细根分解过程中微生物群落组成变化的主要养分因子,而Mg(解释35.9%)和K(解释17.6%)含量则是米老排细根分解时影响微生物群落组成的主要养分因子.研究表明,在不同树种中,除了N之外,Mg等其他养分元素也可能是影响根系分解的重要因子.     

凋落叶多样性对杉木幼苗生长及吸收15N标记硫铵的影响

利用¹⁵N硫铵研究了凋落叶多样性对杉木幼苗生长及养分吸收的影响.结果表明,凋落叶多样性的增加有利于盆栽杉木幼苗的生长.杉木、火力楠、红栲和刺楸4种凋落叶混合处理后,杉木幼苗的生长量最大;杉木、火力楠、刺楸3种凋落叶混合处理后的杉木幼苗生长量次之,其它依次为杉木、火力楠、红栲3种凋落叶混合处理>杉木和刺楸凋落叶处理>杉木和红栲凋落叶处理>对照>杉木和火力楠2种凋落叶混合处理>杉木凋落叶处理.就杉木幼苗对硫铵氮的吸收率而言,不作任何处理的杉木幼苗吸收率最高,其次为杉木、火力楠、红栲和刺楸4种凋落叶混合处理,其它依次为杉木、火力楠、刺楸3种凋落叶混合处理和杉木、火力楠、红栲3种凋落叶混合处理>杉木和刺楸凋落叶处理>杉木和红栲凋落叶处理>杉木和火力楠2种凋落叶混合处理>杉木凋落叶处理.另外,用凋落叶处理后,土壤中硫铵氮的残留量比不作凋落叶处理的土壤多,硫铵氮的总回收量也比不作凋落叶处理的土壤大幅增加,而且凋落叶多样性的增加也会增加硫铵氮的残留量.     

隔离降水对杉木幼苗细根生物量和功能特征的影响

在福建三明陈大国有采育场杉木幼苗小区,采用土钻法和内生长环法,以非隔离降水为对照,对隔离降水50%处理一年的杉木幼苗细根生物量和形态、化学计量学、比根呼吸、非结构性碳水化合物等功能特征进行研究.结果表明: 与对照相比,隔离降水处理0～1 mm细根生物量显著降低,1～2 mm细根生物量差异不显著;隔离降水导致细根在形态上发生了适应性变化,0～1 mm和1～2 mm细根比根长分别增加21.1%和30.5%,0～1 mm细根组织密度显著降低,而比表面积显著增加.隔离降水导致细根氮的富集,但限制了对磷的吸收,氮磷比升高,导致营养失衡;隔离降水没有显著改变细根比根呼吸和非结构性碳水化合物含量,但导致1～2 mm细根可溶性糖、糖淀比显著降低,淀粉含量增加33.3%,表明其通过增加非结构性碳水化合物贮存比例以应对降水减少.     

中亚热带同质园不同树种氮磷重吸收及化学计量特征

于2019年8月研究中亚热带同质园11个树种叶片的比叶面积、氮(N)和磷(P)养分重吸收和化学计量特征,分析其养分利用策略。结果表明: 常绿阔叶树种(香叶、香樟、木荷、米槠、醉香含笑和杜英)和常绿针叶树种(杉木和马尾松)成熟叶和衰老叶的比叶面积、N和P含量普遍低于落叶阔叶树种(枫香、无患子和鹅掌楸),而成熟叶片C∶N和C∶P则表现为常绿阔叶树种和常绿针叶树种高于落叶阔叶树种。除米槠外,同质园其他树种N∶P均小于14。相对于其他树种,基于单位质量与单位面积计算的无患子N和P重吸收率均高于50%,马尾松、杉木和香樟P重吸收率也高于50%,而醉香含笑N和P重吸收率最低,仅为15%～30%。成熟叶比叶面积与N和P含量呈显著正相关,而与C∶N和C∶P呈显著负相关。在同质园中,米槠和香叶等常绿阔叶树种与马尾松等常绿针叶树种属于缓慢投资-收益型树种,其通过降低叶片比叶面积以及N、P含量,减少养分损失,从而实现较高的N、P重吸收程度与利用效率。然而,无患子等落叶阔叶树种属于快速投资-收益型树种,N和P利用效率相对较低。此外,同质园树种多受N限制,却不具有较高的N重吸收率,而唯一受P限制的米槠也不具有高P重吸收率。这些结果深入认识了中亚热带不同类型树种的N和P养分利用特点,可为区域造林实践提供科学依据。     

基于MaxEnt模型预测气候变化下杉木在中国的潜在地理分布

为研究杉木在中国的分布特征及其对气候变化的响应模式,本研究基于现有分布记录,应用最大熵(MaxEnt)模型和地理信息系统方法,结合气候、地形等环境要素,预测杉木在当前和未来气候变化下的潜在适生区。结果表明: 影响杉木分布的最主要因素是年平均降水量,在当前气候下,杉木适生区合计面积328万km²,占全国陆地总面积的34.5%,低、中和高适生区分别占18.3%、29.7%与52.0%。在未来气候情景下,杉木生长的适宜性在我国总体上呈上升趋势,适生区面积随气候变化增大,且明显向北扩张,南方湿润亚热带地区形成集中连片高适生区。模型经受试者工作特征曲线检验,训练集平均受试者工作特征曲线下面积为0.91,可信度高。