东灵山不同林型五角枫叶性状异速生长关系随发育阶段的变化

分析植物叶片性状种内水平的异速生长关系有助于加深理解生长发育过程中叶片的资源利用模式.分析了东灵山3个主要林型(白桦林、胡桃楸林、辽东栎林)中五角枫成树、幼树、幼苗的叶面积、叶体积、叶含水量与叶干重之间的异速生长关系.结果表明:成树叶面积增长速度小于叶干重的增长速度,幼树、幼苗叶面积与叶干重保持同速增长;成树、幼树叶干重与叶体积保持同速增长,幼苗叶体积的增长速度超过了干重的增长速度;成树叶含水量的增长速度小于叶干重的增长速度,幼树、幼苗两性状间保持等速增长.叶含水量与叶干重的异速生长指数在不同的林型间有显著差异,白桦林叶含水量的增长速度小于叶干重的增长速度,其余两个林型均为等速增长趋势.这些结果揭示了不同发育阶段五角枫资源利用方式的转变.随叶干重的增加,成树将更多的叶生物量投资于同化和支持结构;幼树则保持对光合面积和光合同化结构的稳步投资;而幼苗主要投资于叶面积的增大.叶含水量与叶干重的异速曲线在不同林型间的差异说明叶片代谢活性相较于其他叶性状可塑性更高.     

不同种源油松幼苗的光合色素和非结构性碳水化合物对模拟氮沉降的短期响应

以不同种源(内蒙NM、北京BJ和山西SX)的3年生油松幼苗为研究对象,研究不同种源油松幼苗的光合色素以及非结构性碳水化合物(NSC)对氮沉降增加的短期响应。实验中设置5个氮处理:CK(0 kg hm-2a-1)、N1(15 kg hm-2a-1)、N2(25 kg hm-2a-1)、N3(50 kg hm-2a-1)、N4(150 kg hm-2a-1)。研究结果表明:(1)不同生长季,3个种源油松幼苗的光合色素对氮沉降增加的响应存在差异,但是只有BJ种源油松幼苗的叶绿素含量在生长季中期受到了氮沉降增加的显著促进作用,并在N4水平下达到最大值。(2)氮沉降的增加促进了3个种源油松幼苗NSC的转移和消耗,在生长季初期和中期,随着氮沉降水平的升高,3个种源油松幼苗的可溶性糖(SS)含量、淀粉(ST)含量以及总非结构性碳水化物(TNC)含量呈不同程度的降低。生长季末期,3个种源油松幼苗的SS和TNC明显积累。N4水平抑制了NM种源油松幼苗SS和BJ种源油松幼苗ST的累积,促进了NM种源油松幼苗ST含量和BJ种源油松幼苗SS含量的提高。氮沉降的增加显著抑制了SX种源油松幼苗NSC的积累,延长了幼苗的生长期,推迟了幼苗进入休眠的时间。     

氮添加对山西太岳山天然油松林主要植物叶片性状的影响

为探讨植物性状对大气氮沉降的响应与适应机制, 该文以中国特有的、在北方温性针叶林中广泛分布的天然油松(Pinus tabuliformis)林为研究对象, 在2009-2013年开展了氮添加对植物叶片性状影响的野外控制试验, 4个氮添加浓度分别为0 kg·hm^-2·a^-1 (CK)、50 kg·hm^-2·a^-1 (低氮)、100 kg·hm^-2·a^-1 (中氮)和150 kg·hm^-2·a^-1 (高氮)。试验过程中分别测定了油松、蒙古栎(Quercus mongolica)、茶条槭(Acer ginnala)、毛榛(Corylus mandshurica)、沙梾(Cornus bretschneideri)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、金银忍冬(Lonicera maackii)、羊须草(Carex callitrichos)、龙常草(Diarrhena mandshurica)、大火草(Anemone tomentosa)和玉竹(Polygonatum odoratum)等11种主要植物的9种叶片性状, 包括叶厚度(LT)、比叶面积(SLA)、干物质含量(LDMC)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)等。结果表明: 1)在氮添加影响下, 玉竹等个别物种的LT和SLA、绣线菊等部分物种的叶面积(LA)和LDMC差异显著, 上述所有物种的LNC与大多数物种的叶绿素含量(CC)、LPC显著增加, 油松等9种植物叶片N:P发生显著变化, 不同年龄、不同类型的植物叶片对氮添加的响应不同。2)叶性状之间普遍存在显著相关性, 如SLA与LNC和LPC极显著正相关, LT与LNC和LPC极显著负相关, 且相关性随氮添加强度变化。3) 11种植物的叶片特征空间分布规律与叶经济谱的描述一致, 氮添加使植物在特征空间中的位置向叶片薄、生长快、叶寿命短的“快速投资-收益型”一端发生移动; 在垂直方向上, 阔叶乔木、灌木及草本的位置与针叶乔木的移动方向相反。当环境改变时, 植物会改变生存策略, 调整资源分配, 从而保证物种间相对位置和群落整体结构的稳定性。叶经济谱的形成不依赖于环境的变化, 而是植物一种固有的属性。     

亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林叶片热值比较研究

植物干重热值(GCV)是衡量植物生命活动及组成成分的重要指标之一,反映了植物光合作用中固定太阳辐射的能力。利用氧弹量热仪测定了亚热带和暖温带两个典型森林生态系统常见的276种常见植物叶片的干重热值,探讨了亚热带和暖温带植物热值分布特征,以及不同生活型、乔木类型间植物热值的变化规律。实验结果发现:亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林叶片热值的平均值分别为17.83 k J/g(n=191)和17.21k J/g(n=85),整体表现为亚热带植物暖温带植物。不同地带性植被的植物叶片热值在不同生活型间表现出相似的规律,其中亚热带常绿阔叶林表现为:乔木(19.09 k J/g)灌木(17.87 k J/g)草本(16.65 k J/g);暖温带落叶阔叶林表现为:乔木(18.41 k J/g)灌木(17.94 k J/g)草本(16.53 k J/g);不同乔木类型间均呈现常绿乔木落叶乔木、针叶乔木阔叶乔木的趋势。落叶阔叶乔木表现为亚热带暖温带,而常绿针叶乔木则呈现亚热带暖温带的趋势。此外,我们对于两个分布区域内的4种针叶树种叶片热值进行了比较,发现华北落叶松(19.32 k J/g,暖温带)杉木(19.40 k J/g,亚热带)马尾松(19.82 k J/g,亚热带)油松(20.95 k J/g,暖温带)。亚热带常绿阔叶林和暖温带落叶阔叶林植物热值的特征及其变化规律,为森林生态系统的能量流动提供了理论基础。     

氮添加对天然油松林油松不同器官N-P分配策略的影响

作为植物重要器官,叶、茎、根对环境变化的响应策略一直是生态学研究的重要课题。然而,植物不同器官的氮-磷(Nitrogen-Phosphorus)分配策略对氮沉降的响应规律仍不清楚。为了揭示不同器官的养分对氮添加的响应规律,本研究以山西太岳山天然油松林为研究对象,设置4个人工氮添加水平,分别为对照(CK, 0 kg hm^-2 a^-1)、低氮(LN, 50 kg hm^-2 a^-1)、中氮(MN, 100 kg hm^-2 a^-1)和高氮(HN, 150 kg hm^-2 a^-1),模拟氮沉降对油松不同器官N-P分配策略的影响。实验结果表明:1)随着氮添加浓度的增加,茎N含量显著降低(P<0.05),根N含量显著增加(P<0.05);茎P含量在低氮条件下与其他氮添加水平相比显著降低(P<0.05);叶N∶P在低氮条件下与其他氮添加水平相比显著增加(P<0.05),茎N∶P在高氮条件下与其他氮添加水平...     

森林生态系统性状的空间格局与影响因素研究进展——基于中国东部样带的整合分析

性状(Trait)或功能性状(Functional trait)是植物、动物和微生物等对外界环境长期适应和进化后所呈现出来的可量度的特征,也是人们认识自然、利用或改造自然的重要途径和技术手段。近几十年来,科学家对植物、动物和微生物功能性状的研究取得了令人瞩目的成就,尤其在物种水平的植物叶片和根性状的研究领域;然而,自然生态系统是复杂的,植物、动物和微生物自身的多种性状间及其不同生物间性状的相互作用是广泛存在的,因此需要跨学科、系统性、集成式地调查和研究。以中国东部南北样带(NSTEC)森林生态系统为对象开展了植物、微生物和土壤性状的综合测定;基于其核心的研究结论并适当整合NSTEC前期的相关研究成果,希望能给性状研究提供新的调查模式和分析思路。沿NSTEC从热带雨林到寒温带针叶林3700km样带选取了9个地带性森林生态系统,在群落结构调查基础上对群落内所有植物种类(总计1177物种)开展了系统性的性状测定(叶-枝-干-根多元素含量,叶片形态性状-气孔性状-解剖性状-叶绿素含量-多元素含量-非结构性碳水化合物、细根形态性状-解剖性状-多元素含量等),测定了土壤微生物群落结构、酶活性、土壤有机质结构与组成、土壤碳氮周转及其温度敏感性等参数。基于上述数据,不仅按传统途径系统性地探讨了植物、微生物和土壤多种性状的纬度变异规律与影响因素;还从不同角度探讨了"如何科学地将器官水平测定性状推导至天然森林群落水平"科学难题,并从多个性状角度建立了自然森林生态系统中性状与功能的定量关系。在此基础上提出"性状网络"和"生态系统性状"概念,以其更好地用于揭示自然界复杂的森林生态系统,为验证和发展生态学理论、探讨多种性状间协同(权衡)的生态系统生产力优化机制提供重要的数据支撑。希望通过解决性状尺度拓展的技术难题,未来将传统性状研究拓展至群落或生态系统水平,并与高速发展的宏观观测手段(遥感观测、通量观测、模型模拟)有机结合,使性状研究更好地服务于区域乃至全球性的生态环境问题。     

油松叶功能性状分布特征及其控制因素

植物叶功能性状能够直接或间接反应植物对环境的适应策略,这种适应策略会间接影响植物的生长、繁殖和生存。目前已有大量关于植物叶功能性状与环境间关系的研究,但这些研究多使用性状平均值代替物种,忽略了性状的种内变化。油松是我国重要的造林树种,对我国陆地生态系统起着重要的作用,研究其叶功能性状与环境的关系有助于更好的的理解种内功能性状与环境间的关系。于2014年6—9月对辽宁、内蒙、北京、山西、陕西、宁夏、青海等地天然油松进行采样并对其重要的8个叶功能性状的分布特征及主控环境因子进行了研究,结果表明:1)油松各叶性状值存在较大的种内变异系数(4.82%—25.85%),除1年生叶碳含量(LCC)油松各叶功能性状值在不同研究地点间差异显著(P0.05);2)油松叶长(LL)、叶厚(LT)、比叶面积(SLA)、气孔密度(SD)、叶氮含量(LNC)存在较弱的经度格局,LT、SD、LNC存在较弱的纬度格局(0.05R~20.3),水热条件的变化以及较大的局部效应是造成这种格局的可能原因;3)控制油松各叶性状分布的主要环境因子各不相同,其中LL主要受到年平均降水量和海拔高度的影响;LT主要受到年均温和土壤体积含水率的影响;SLA主要受到年平均降水量和土壤氮含量的影响;叶干物质含量(LDMC)主要受到水因子的影响;SD主要受到海拔高度的影响;LNC主要受到海拔和水因子的影响;叶磷含量(LPC)主要受到土壤磷含量的影响。     

中国温带典型森林植物比叶面积的空间格局及其影响因素

比叶面积(SLA)能够反映植物自身生长对策、对光能的捕获能力、对外界环境变化的适应和对可利用资源的分配策略,对植物的生境适应状况和群落的自然演替程度也起到重要的指示作用。为了深入了解温带森林植物SLA随空间变化的变异特征及其影响因素,跨越1200 km选取中国东北部12个典型温带森林(寒温带兴安落叶松林、温带红松针阔混交林和暖温带落叶阔叶栎林),通过对样地内物种进行系统性的调查,分析了植物SLA在空间上的变化规律及环境因素的影响效应。结果显示：中国温带森林植物SLA范围为2.02—99.65 m~2/kg(均值为34.18 m~2/kg),其中乔木SLA范围为2.02—58.74 m~2/kg(均值为21.32 m~2/kg),灌木SLA范围为2.88—99.65 m~2/kg(均值为31.60 m~2/kg),草本SLA范围为4.66—98.53 m~2/kg(均值为38.75 m~2/kg)。SLA在不同森林类型之间差异显著,具体表现为：温带红松针阔混交林>暖温带落叶阔叶栎林>寒温带兴安落叶松林。SLA受到气候因素和土壤因素的影响,其中随着年均降水、土壤碳氮含量的增加显...     

温带针阔混交林叶片性状随树冠垂直高度的变化规律

自然界中,森林植物叶片的生长随树冠高度呈现明显的垂直分布现象;然而,有关叶片性状随着树冠垂直高度增加的变化规律仍不清楚。为了更好地揭示植物叶片对光环境变化的适应策略以及对资源的利用能力,有必要深入探讨叶片性状与冠层高度的定量关系及其内在调控机制。以中国广泛分布的温带针阔混交林为对象,选取8种主要树种为研究对象(白桦、蒙古栎、水曲柳、大青杨、色木槭、千金榆、核桃楸和红松),通过测定这些物种9个冠层高度的叶片比叶面积(SLA)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片氮含量(N)、叶片磷含量(P)、氮磷比(N∶P)和叶绿素含量(Chl)等属性,探讨了针阔混交林叶片性状的差异以及各性状之间的相关关系,进而揭示叶片性状随树冠垂直高度的变化规律。实验结果表明:1)温带针阔混交林内优势树种的部分叶片性状在不同冠层高度之间差异显著。2)随着树冠垂直高度的增加,SLA、LDMC、N、P、N∶P和Chl呈现不同的变化趋势。其中,阔叶树种SLA随着树冠垂直高度的增加而减小;所有树种的LDMC随着树冠垂直高度的增加而增加;不同树种的N、P、N∶P和Chl随着树冠垂直高度的变化规律存在差异。3)对于温带针阔混交林冠层中,SLA与N、P、N∶P均存在显著的正相关关系,高SLA伴随着高的N、P、N∶P,表明植物通过SLA与N、P等性状的协同来提高叶片的光合作用(或对光热资源的利用效率)。本研究通过定量分析探讨温带针阔混交林叶片性状随冠层高度的变化规律,一定程度地揭示了树木对光、热和水资源竞争的适应机制,以及植物叶片的资源利用和分配策略,不仅拓展了传统性状研究的范畴,其相关研究结论也有助于树木生长模型的构建和优化。     

植物群落物种共存机制的研究进展

物种共存是由进化、历史及生态尺度上的过程决定的.现存的理论从不同的尺度探讨了植物群落物种共存的可能机制,本文阐述了其中几种重要的理论.种库理论在进化和历史尺度上解释了植物物种共存的形成原因.在生态尺度上,虽然传统的生态位理论受到质疑,但是更新生态位理论和资源比率/异质性假说越来越受到重视;竞争共存理论认为具有相似竞争能力或能够避免竞争排斥的植物物种可以共存.在非平衡条件下,生物和非生物因素对植物物种共存也有显著影响,它们一方面作用于竞争优势种,使竞争优势向稀有种转移,另一方面可以创造生境时空异质性,为生态位分化提供机会.生态漂变学说认为群落中物种的组成不断变化,物种的共存和分布由随机因素决定.这些植物群落物种共存理论各有所长,互相补充.应用现代科学技术进行研究,结果必将促进人们对植物物种共存问题的深刻理解.