兴安落叶松对环境变化的物候驯化和光合能力适应

兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)作为欧亚北方森林的优势树种,在全球变化和区域碳平衡研究中具有重要作用,但其物候和光合能力在环境变化下的响应是一种表型驯化还是基因调控下的适应还不清楚。于2009—2011年生长季内在帽儿山森林生态系统研究站(45°24'N,127°40'E)测定了6个来自不同气候条件(纬度:48—52°N,年均温:-2.3—2.6℃)下的兴安落叶松种源在同质园内的32年生树木的叶片物候(4—10月)和光合能力季节动态(5—9月)。结果表明:6个种源的树木叶片的展叶和落叶起始日期均无显著差异,均在4月下旬展叶、在9月下旬开始落叶,2009年、2010年和2011年的生长季天数分别波动在150—153 d、145—147 d和148—151 d之间。6个种源树木叶片展叶起始日期和春季展叶前0℃积温均显著负相关,而落叶起始日期和秋季均温均显著正相关(P0.05)。这表现出物候对环境变化的表型驯化效应。最大净光合速率(Pmax)的季节动态具有明显的种源差异。来自于较高纬度的塔河、根河、中央站种源的Pmax仅在生长季初期(5—6月)明显低于其各自的年均值,而在其他生长阶段则在年均值以上;来自较低纬度的鹤北和乌伊岭种源的Pmax仅在生长盛期(8月)明显高于其各自年均值,而在其他阶段则处于年均值以下。6个种源树木Pmax和生长季均温均显著正相关(P0.01),且来自较高纬度的中央站、根河、三站种源树木Pmax随温度升高的增幅程度明显高于其他种源树木。在每个生长阶段Pmax均存在显著的种源差异(P0.05),并且差异趋势随生长季进程而有所不同:中央站种源在每个生长阶段都具有最高的Pmax,而根河、塔河、乌伊岭分别在生长季初期(5—6月)、中期(7月)和盛期(8月)、后期(9月)具有最小Pmax。这些光合能力的差异是基因调控下的树木对种源原地气候条件长期适应的结果。兴安落叶松的物候可塑性和光合能力遗传适应性对其能够在广阔多样的生境中生存和繁衍具有重要意义。     

基于空间变异性的树冠非结构性碳含量估算：以胡桃楸和春榆为例

以胡桃楸和春榆为例,采用枝解析法测定不同基径枝条的非结构性碳水化合物（NSC）浓度的变异,进而估算并评价不同取样方法对树冠NSC含量估算的误差.结果表明： 器官对两种树种树冠NSC浓度的影响显著,叶、新枝、老枝和死枝的可溶性糖与淀粉的总和（TNC）的平均浓度分别为17.6%、12.6%、5.7%和2.9%.叶和新枝的NSC浓度随枝基径、枝龄、枝长和枝相对高度的变异多不显著,但老枝的NSC浓度随枝基径、枝龄和枝长增大而降低,而随枝相对高度增加而增加,其中枝基径是老枝NSC浓度的最佳预测变量（R²在0.87~0.95）.两树种叶、新枝和老枝平均TNC含量分别占其树冠TNC含量的28%、2%和70%.分析树冠枝NSC的空间变异性对树冠NSC含量估算误差的影响发现,采用新枝和直径约3 cm老枝枝段的NSC浓度估算冠层NSC含量是较简易而精确的方法.     

ESA第82届年会在新墨西哥举行

ＥＳＡ第８２届年会在新墨西哥举行由美国生态学会（ＥＳＡ）主办,自然保护（ＴＮＣ）协办的ＥＳＡ第８２届年会,于１９９７年８月９日～１４日在美国南部古城新墨西哥州阿尔伯克基市的会议中心举行。本次会议的内容包括五部分：第一,会议的中心议题是：变化着的环境自...     

碳供给与碳利用对树木生长的限制机制

树木生长固碳过程使森林生态系统成为减缓大气CO₂浓度升高的一个巨大而持续的碳汇。根据树木可利用碳的状况, 限制树木生长的机制可分为碳供给限制和碳利用限制。许多环境因子交互作用, 共同影响树木的碳供给与碳利用, 因而很难量化碳供给和碳利用活动及其对环境变化敏感性对树木生长的影响。因此, 从碳供给与碳利用角度揭示环境变化对树木生长影响的生理机制, 对于预测全球变化背景下树木生长及森林碳汇功能至关重要。为此, 该文介绍了树木生长碳供给与碳利用限制争议的相关背景; 从碳供给与碳利用角度探讨了叶损失、干旱和低温等胁迫条件限制树木生长的生理机制; 提出该领域今后应优先研究的3个问题: (1)探索非结构性碳水化合物(NSC)储存形成的调控机制, 确定什么情况下以及多大程度上树木通过主动降低生长而将光合产物优先分配给NSC储存; (2)加强碳利用活动研究, 系统测定光合产物在其碳利用组分的分配(特别是根系及其共生微生物活动); (3)开展树木碳代谢、矿质营养与水分生理的互作研究, 充分认识树木碳、水和养分耦合关系及对树木生长的影响。     

三种温带树种叶片呼吸的时间动态及其影响因子

为认知叶片呼吸(RL)的季节变化格局及其影响因子,以东北东部山区3个主要树种(红松Pinus koraiensis、樟子松P.sylvestris var.mongolica和白桦Betula platyphylla)为对象,采用红外气体分析法在2011年生长季(常绿树4月至10月;落叶树6月至9月)测定了自然条件下叶片气体交换及其相关生理特征的季节变化,探索了RL与空气温度(Tair)和相关叶片特征之间的关系.结果表明:红松和樟子松基于叶面积的RL(RL-area)表现为生长季初期和末期较大,而白桦RL-area则随生长季进程而逐渐减小.在生长季中,RL-area与叶片总光合之比的时间动态明显.红松、樟子松RL-area与Tair关系显著,而白桦RL-area与Tair关系不显著;但3种树种基于叶质量的RL(RL-mass)与Tair均呈显著的指数函数关系.叶片特征(包括可溶性糖、淀粉、氮、比叶面积等参数)也有明显的季节变化.影响RL的叶片特征参数因树种而异,其中可溶性糖浓度对3种树种的RL均有显著影响.可见,RL的季节变化格局受树木的生长节律、温度和叶片特征的联合控制.     

两种温带落叶阔叶林降雨再分配格局及其影响因子

林冠对降雨的再分配是森林生态系统的重要生态水文过程,影响着生态系统生物地球化学循环。于2012年5—10月连续测定帽儿山森林生态站的两种温带天然次生林型——蒙古栎林和杂木林的林外降雨、穿透雨及树干径流,旨在量化其降雨再分配过程及其影响因素。结果表明:蒙古栎林的平均穿透雨、树干径流、林冠截留分别占同期林外降雨的76%、7%和17%;杂木林分别占85%、5%和10%。根据模型估算,当降雨量分别超过1.0mm和0.7mm时蒙古栎和杂木林开始出现穿透雨;当降雨量超过3.0mm开始出现树干径流。当降雨量超过5.6mm,树干径流体积会随着树木胸径的增加而显著增加;而当降雨量低于5.6mm则出现相反趋势。穿透雨、树干径流及林冠截留的绝对量均随降雨量的增大而显著增加,但其占降雨量的比例却表现出不同的变化趋势。穿透雨量的空间变异随降雨量和降雨强度的增大显著减小。两种林型的降雨再分配格局因受降雨量、降雨强度等降雨特征和林冠结构的影响而产生差异。     

东北东部14个温带树种树干呼吸的种内种间变异

采用红外气体分析仪—局部通量测定法于2009年6 — 10月原位测定了东北东部山区14个温带森林主要组成树种的树干表面CO2通量（RW）,旨在量化种内和种间RW的差异,探索RW随树木直径和季节的变化规律,为深入理解温带森林生态系统碳循环过程、构建和校验其模型提供基础数据。测定的树种包括：散孔材阔叶树（白桦、枫桦、山杨、紫椴、五角槭）、环孔材和半环孔材阔叶树（春榆、黄菠萝、胡桃楸、蒙古栎、水曲柳）、针叶树（兴安落叶松、红松、红皮云杉、樟子松）。结果表明：树种、月份及其交互作用均显著地影响RW（P < 0.001）。测定期间平均RW波动在1.32（黄菠萝）— 3.12 μmol CO2?m-2?s-1（兴安落叶松）之间,其中环孔材和半环孔材阔叶树的平均RW高于散孔材阔叶树,而针叶树的平均RW变异较大。各个树种RW的平均值均呈单峰型季节变化模式,其中7月份最高、10月份最低。RW种内的绝对变异（标准误,SE）波动在0.11 — 0.29 μmol CO2?m-2?s-1之间,相对变异（变异系数,CV）波动在61%（红皮云杉）— 89%（白桦）之间。各个树种的RW均有随胸径（DBH）增大而增加的趋势,但两者之间的回归模型及其决定系数因树种而异。除了春榆和水曲柳之外（P > 0.05）,其它树种的RW与DBH之间的回归关系显著（P < 0.05）,表明DBH可作为某些树种RW预测和上推的一个简便实用的指标。这些结果强调了在树干呼吸能力的比较和上推估测时应充分考虑其种内种间差异的重要性。     

帽儿山温带落叶阔叶林净生态系统碳交换的日变化及光响应特征

光合有效辐射(PAR)是影响白天净生态系统碳交换(NEE)变化的主要环境因子,但坡面地形水平测量的PAR与超声风速仪倾斜校正后的NEE坐标系统并不匹配。本研究以平均坡度9°、坡向296°的帽儿山温带落叶阔叶林为例,研究2016年生长季(5—9月)NEE的日变化规律及其驱动因子,评估水平和坡面平行辐射表测量PAR在光响应参数估计以及其他驱动因子对NEE解释方面的差异。结果表明: 生长季各月NEE日变化均呈上、下午不对称的单峰曲线,NEE日出约2.5 h后变为负值(净碳吸收),在12:00左右达到峰值,日落前2 h再次接近零。日吸收峰7月最大,5月最小。从整个生长季来看,坡面平行与水平测量PAR的时滞和差异导致通过水平辐射表测得的PAR值拟合得到的光合量子效率(α)和白天呼吸速率(R_d)分别增大13.3%和11.5%,最大光合效率(A_max)降低7.7%;上午与下午的NEE光响应曲线不对称,下午的R_d和A_max均大于上午。光响应参数还受天气条件影响,多云A_max大于晴天,但α和R_d大多小于晴天。但逐月来看,水平测量辐射的A_max和R_d普遍低于倾斜测量辐射的值,尤其是多云下午的A_max。辐射表安装方式还影响空气温度(T_a)与饱和水汽压差(VPD)对NEE的解释,除9月T_a外,基于坡面平行辐射表的全天NEE残差与T_a和VPD的相关性(r为0.082～0.219和0.162～0.282)高于基于水平辐射表的NEE残差(r为0.013～0.197和0.098～0.224)。本研究表明,倾斜地形水平测量PAR可对NEE的环境解释带来明显误差,这对山地植被辐射测量方法以及陆地生态系统碳通量的科学解释具有重要意义。     

移栽自不同纬度的落叶松（Larix gmelinii Rupr.）林的春季土壤呼吸

以往的土壤呼吸(RS)研究大多集中于生长季,而对非生长季RS的认知甚少.常见于中高纬度地区的春季土壤冻融交替是影响陆地生态系统碳循环的关键事件,是RS年内变化格局的转折期.但是春季冻融交替期间RS的动态规律及其机理过程尚缺乏了解.研究以我国北方森林的优势类型--兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)林为对象,在其自然分布区内,将地处4个纬度(处理)的8年生兴安落叶松林生态系统整体移至其分布区的南缘,以模拟气候暖化对RS及其组分的影响.在春季土壤冻融交替时期,采用红外气体分析法和根系排除法测定了移栽自不同纬度的落叶松林的RS和异养呼吸(RH)及其相关的环境因子.研究结果表明:RS与温度的耦联关系随土壤解冻进程而变化.在解冻初期和中期,RS的日进程与温度解耦联,但在土壤完全解冻后却强烈地依赖于土壤温度.从整个土壤解冻过程看,4个处理的RS和RH与土壤温度和含水量相关极显著(R2 = 0.569～0.743,P < 0.001).解冻的初期和中期的RS基本上来自RH组分,土壤根际呼吸(RR)到4月底才出现.RS和RH均受到实验处理、解冻时期及其交互作用的显著影响.RS和RH的平均值随着解冻的进程而增大,而且RS与RH之间的差异也随之增大.RS波动在0.50～3.30 μmolCO2 m-2s-1之间;而RH则波动在0.52～3.04 μmolCO2 m-2s-1之间.在相同气候条件下,4个处理RS有随着纬度的增加而增加的趋势,而且RS对土壤温度的响应程度也随纬度增加而增加.研究结果意味着土壤解冻期间来自纬度较高的兴安落叶松林的RS对气候变暖方案的响应可能更为强烈.     

兴安落叶松(Larix gmelinii)光合能力及相关因子的种源差异

为认识我国北方森林的优势树种--兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)光合作用对环境变化的响应和适应特征,在其自然分布区内选择地理和气候差异显著的6个种源,采集种子并播植于其分布区南界的均一立地条件下26a后,测定针叶的光合能力及其相关因子,比较种源间差异及其随月份和冠层位置的变化.结果表明:最大净光合速率(Pmax)、表观光量子效率(AQY)、比叶重(LMA)和单位叶面积氮含量(Na)的种源差异显著(p<0.05),变化幅度分别为6.10～8.78 μmol CO2 · m-2 · s-1、0.0325～0.0427 μmol CO2 ·μmol-1photons、85.1～114.3 g · m-2和1.72～2.26 g · m-2.但是光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(Rd)和单位面积叶绿素含量(Chla)的种源差异不显著,平均值分别为61.2 μmol photons · m-2 · s-1、1093 μmol photons · m-2 · s-1、2.34 μmol CO2 · m-2 · s-1和0.12 g · m-2. Pmax、Chla、Na和LMA两两之间均呈极显著正相关(p<0.001).随树冠从下往上升高,Pmax、LCP、Na和LMA呈逐渐增高的趋势,这种垂直变化格局受种源的显著影响.除AQY之外,种源对光合能力及其相关因子的月份变化格局没有显著影响,多表现为7月低-8月高-9月低的变化格局.研究展示的兴安落叶松针叶的光合能力及其一些相关因子的种源间差异可能是其光合机构对种源地环境条件长期生理适应的结果.