宝天曼地区栓皮栎林恢复过程中高等植物物种多样性变化

对宝天曼地区不同恢复阶段栓皮栎林的高等植物物种多样性特征进行了初步分析。结果表明,各层物种丰富度和多样性指数在不同恢复阶段栓皮栎林表现出草本层＞灌木层＞乔木层的趋势。乔木层物种丰富度和多样性指数基本上随恢复时间的增加而增加;灌木层在未破坏的栓皮栎林内较低,而在其他恢复阶段的栓皮栎林内基本相同;草本层在恢复５年、１５年和２５年的栓皮栎林中较高,而在恢复４５年和未破坏的栓皮栎林内较低。乔木层物种均匀度指数在未破坏的栓皮栎林中较高,在恢复２５年的栓皮栎林中较低;灌木层在恢复４５年的栓皮栎林中较高,在恢复１５年的栓皮栎林较低;草本层在恢复５年的栓皮栎林中较高,在恢复１５年的栓皮栎林中较低。不同恢复阶段栓皮栎林各层次间的物种多样性差异大多不显著,只有乔木层和草本层及灌木层和草本层之间的物种丰富度指数有显著差异。不同恢复阶段栓皮栎林在乔木层物种多样性特征上的差异最大,在灌木层物种多样性特征上有一定差异,在草本层物种多样性特征上没有明显的差异。     

华北低丘山区栓皮栎人工林冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素

采用离轴积分腔输出光谱技术测定华北低丘山区栓皮栎人工林冠层上缘(11 m)和下部(6 m)大气CO2浓度和δ13C值,在小时尺度上分析冠层CO2浓度和δ13C变化及其影响因素.结果表明:冠层CO2浓度呈先高后低再升高的日变化趋势,而δ13C值没有明显一致的日变化规律.白天大气不稳定状态出现的频率为70.2%,在光合作用和林内湍流的共同作用下,栓皮栎冠层下部CO2浓度高于冠层上缘约1.70μmol·mol-1,而δ13C值低于冠层上缘约0.81‰.晚上大气稳定状态出现的频率为76.2%,湍流弱,冠层叶片呼出的CO2不易流动,导致冠层下部CO2浓度高于上缘约1.24μmol·mol-1,δ13C值低于冠层上缘约0.58‰.白天和晚上冠层上下缘的CO2浓度差值与δ13C差值均呈显著的相关关系.逐步回归分析表明,白天太阳辐射和相对湿度是影响冠层CO2浓度和δ13C值差异的主要环境因子,晚上温度显著影响冠层下部与上缘δ13C值的变化,这些环境因子通过增强或减弱光合和呼吸作用来影响冠层大气中CO2浓度和δ13C值的变化.     

不同生境栓皮栎天然更新幼苗植冠构型分析

栓皮栎存在于秦岭南坡的多种林分中,生活在不同生境中的个体往往形成不同的树冠形态和构型特征。为了说明不同生境条件下栓皮栎幼苗的植冠构型变化,采用典型抽样法,对秦岭南坡3种生境中(林冠下、林隙、林缘)的栓皮栎天然更新幼苗的侧枝、叶片特征及其空间分布进行了调查分析,结果表明:3种不同生境中栓皮栎幼苗植冠形态发生了明显的可塑性变化,(1)林冠下的幼苗明显为开阔型树冠,林隙和林缘处的幼苗树冠相对紧密;(2)幼苗的1级侧枝密度与分枝角度在3种生境下均差异显著(P0.05);从Ⅰ到Ⅳ层,林冠下幼苗的分枝角度在冠层内变化幅度不到5°,而林缘处幼苗的分枝角度变化高达40°;发生5个以上1级侧枝的概率以林冠下最大,为0.6;(3)从林缘、林隙到林冠下,幼苗的叶长、叶宽、单叶面积、叶面积指数逐渐降低,数量叶密度和比叶面积则逐渐增大,与其它两种生境相比,林冠下幼苗的叶片逐渐向树冠上层集中,且以更高序的侧枝为主要着生枝条;(4)林隙中栓皮栎幼苗的树高、地径明显优于林缘和林冠下,缩短了苗木进入主林层的时间,林隙对栓皮栎种群更新有利。在今后栓皮栎林的经营中,可以通过适当间伐来增加林隙数量,为森林更新和结构的优化的提供有利条件。     

干旱胁迫对栓皮栎幼苗细根的生长与生理生化指标的影响

为了揭示栓皮栎幼苗对干旱环境的适应能力,采用盆栽实验方法,设置对照、轻度、中度和重度干旱处理,研究了栓皮栎(Quercus variabilis Bl.)幼苗小细根(0.0D≤0.5mm)和大细根(0.5D≤2mm)的生长及生理生化指标对长期持续干旱胁迫的响应。结果显示:胁迫处理120d后,与对照相比,轻度胁迫促进细根数量、长度、表面积、体积和干物质量的增加,而中度和重度胁迫抑制细根生长;干旱胁迫下小细根数量和长度大于大细根,而大细根表面积、体积和干物质量显著大于小细根。干旱导致细根相对含水率、活力下降(P0.001),丙二醛(MDA)含量增加(P0.001);大细根相对含水率和活力高于小细根,但小细根中MDA含量显著高于大细根。与对照相比,轻度胁迫可以积累更多渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白),并保持更高的抗氧化酶活性(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX));中度胁迫则导致POD和APX活性的降低;而重度胁迫抑制了可溶性蛋白的积累和CAT、POD、APX活性的增加;与大细根相比,小细根渗透调节物质和抗氧化酶活性显著减少。当干旱强度超过中度胁迫时,栓皮栎幼苗细根生长和生理生化适应性降低;小细根对干旱环境的变化更敏感,寿命更短。实验中,即使在重度胁迫下也未发生根系严重脱水和幼苗死亡的现象,表明栓皮栎幼苗有较强的干旱忍受能力,适合在半干旱区植被恢复重建与造林工程中应用。     

不同种源栓皮栎幼苗水分适应及耐旱特性比较研究

在大田试验条件下系统研究了4个不同种源的栓皮栎3年生幼苗水分适应和耐旱性生理特性。在5、6、7、9月份分别测定了不同种源自然饱和亏、临界饱和亏、自然需水程度、黎明前叶水势、日最低水势以及黎明叶水势与日最低叶水势差,统计分析了不同种源、不同生长期的水分参数变化规律,并对不同种源耐旱性作出了综合评价。结果表明,综合耐旱性指数在不同种源间存在显著差异(P＜0．05)。各种源抗旱性强弱顺序为：黄龙种源＞秦岭北坡种源＞伏牛山种源＞巴山种源。     

秦巴山地栓皮栎所在群落主要乔木树种种间联结性的研究

应用方差比率法,并通过2×2列联表χ2检验法及利用Jaccard指数测定法研究了秦岭北坡和巴山北坡栓皮栎所在群落主要乔木树种的种间联结性.结果表明: 1 两地栓皮栎所在群落主要乔木种群间在总体上呈显著正关联; 2 2×2列联表的χ2检验共有9 7为秦岭北坡的种对数,下同 个种对为显著正关联,1 25 个种对为显著负关联; 3 Jaccard指数标量出了两地栓皮栎所在群落中种对间的联结程度和相伴随出现的机率,两地栓皮栎所在群落中多数乔木种群间的联结性不显著且联结程度较低; 4 种对间的正关联,主要是由于它们具有相近的生物学特性以及对生境具有相似的生态适应性所致,种对间的负关联主要是由于物种间的空间排斥,适应不同的微环境的结果; 5 两地栓皮栎所在的群落处于演替的不稳定阶段.     

种子产量对鼠类扩散栓皮栎坚果的影响

为了解林木种子产量对鼠类种子扩散行为的影响,于2008 年和2009 年,在国有济源市愚公林场调查了栓皮栎的种子雨;在每年的种子雨结束后,选择次生林生境,研究了鼠类对人工释放栓皮栎坚果的扩散,旨在探讨种子产量与种子扩散间的关系。结果表明:1)取食栓皮栎坚果的鼠类主要有大林姬鼠、社鼠和岩松鼠,2008 年的鼠类捕获率(2% )低于2009 年(10%),其差异并未达到显著性水平;2)栓皮栎的种子雨构成和产量存在年际差异,2008 年以完好种子为主且产量高于2009 年,而2009 年以败育种子为主;3)2008 年人工释放栓皮栎坚果的中位存留时间显著高于2009 年;4)2008 年鼠类对栓皮栎坚果的平均扩散距离显著低于2009 年,且两年的搬运距离几乎都集中在9 m 以内;5)2008 年鼠类对栓皮栎坚果的埋藏比例显著高于2009 年。结果提示,在种子高产年份,可能有较多的种子逃脱动物的取食,从而增加种子萌发和幼苗建成的机会,最终促进植物的更新。     

不同地理区域栓皮栎种群结构及其空间格局

利用径级法和方差/均值法对我国不同地理区域上栓皮栎种群年龄结构及其空间分布格局进行分析.结果表明: 在水平梯度上,中部、北部、南部和西部栓皮栎种群均呈倒J型分布,而东部种群呈衰退型分布.成年树在中部和南部均呈集群分布,而北部区域呈现随机分布;幼树在在北、中和西部区域均为集群分布,而在南部和东部均呈随机分布.在纬向梯度上,幼树聚集强度的纬向趋势为中>北>南,而成年树聚集强度为中>南>北,经向梯度上幼树和成年树的聚集强度均为中>西>东.在垂直梯度上,中、低海拔种群呈倒J型分布,高海拔呈现衰退型.幼树在不同海拔均呈集群分布;成年树在低海拔为随机分布,而在高海拔和中海拔均为集群分布.幼树和成年树的聚集强度均为中海拔>高海拔和低海拔.在不同地理区域上,幼树的聚集强度均高于成年树.因此,栓皮栋种群结构及其分布格局主要是由环境梯度变化及其自身生物学特性决定,证实了“中心-边缘”种群假说.     

北京土石山区水分在土壤-植物-大气连续体(SPAC)中的稳定同位素特征

氢氧稳定同位素是广泛存在于自然界水体中的环境同位素,其在不同水体中组成特征的差异可以指示水分循环过程及植物用水机制.本研究在北京山区选取了两种主要的绿化树种——常绿针叶林侧柏和落叶阔叶林栓皮栎为研究对象,通过对降水、土壤水、泉水、植物茎干水和叶片水同位素的变化特征进行分析,讨论了水分在大气-土壤-植物连续体中的运动过程.结果表明: 研究区大气降水线方程为δD=7.17δ¹⁸O+1.45(R²=0.93), 土壤蒸发线方程为δD=3.85δ¹⁸O-38.02(R²=0.76), 降水入渗补给土壤水的过程中存在一定程度的蒸发分馏.在不同季节,降水、土壤水和泉水δD和δ¹⁸O值变化规律不同;雨季,δD和δ¹⁸O平均值大小为降水>地下水>土壤水,降水和土壤水共同补充地下水;旱季,δD和δ¹⁸O值大小排序为降水> 土壤水>地下水,降水和地下水都对土壤水有贡献.侧柏和栓皮栎年内茎干水分δD和δ¹⁸O的拟合线性方程分别为δD=5.03δ¹⁸O-30.78 和δD=3.0δ¹⁸O-48.92,栓皮栎利用的土壤水分相对于侧柏更加富集,其水分来源深度更浅.栓皮栎叶片水分同位素变化特征相对于侧柏对大气微环境的反应更加敏感,且其叶片水分蒸发和同位素动力分馏程度更强,但是它们对环境条件的变化反应一致.     

秦岭锐齿栎群落数量特征的研究

对秦岭锐齿栎群落的研究结果表明,该群落乔木层可划为两个亚层,其生活型以高位芽占优势。地面芽次之,锐齿栎、华山松的胸径结构呈左偏正态分布;油松的胸径主要以小径级居多;漆树的胸径以大径级的个体占有较大的比例,属于衰退种群;板栗主要是以小径级的幼树和小树为主,处于幼龄向中龄过渡阶段;山杨处于由进展向稳定过渡阶段,属于中幼龄林,林分的胸径结构主要受锐齿栎种群的胸径变化的影响,聚类与排序结果一致,得到6个类型：鞘柄菝葜+蔷薇-栓皮栎+灰榆-锐齿栎群丛;美丽胡枝子+鞘柄菝葜-板栗-锐齿栎群丛;榛子-尖叶四照花+山杨-锐齿栎群丛;樱桃+榛子-漆树-锐齿栎群丛;榛子+蔷薇-华山松-锐齿栎群丛;箭竹-华山松+油松-锐齿栎群丛,表明锐齿栎群落在海拔分布上的连续性和群落类型分布的间断性。