荷木整树蒸腾对干湿季土壤水分的水力响应

降雨在时间上的非均匀分配导致森林土壤含水量呈现明显的干、湿季变化,并可能在干季形成水分胁迫,引起植物蒸腾变化。在监测环境因子的同时,利用Granier热消散探针连续监测荷木(Schima superba)的树干液流,以液流密度值计算整树蒸腾,并结合水力导度与叶片/土壤的水势差,探讨环境因子和水力导度对荷木整树蒸腾的协同控制。结果表明,华南地区的季节性降雨形成的干、湿季并未引起荷木蒸腾在季节上的显著差异,但对产生蒸腾的水力生理产生了显著影响。荷木蒸腾在干、湿季均与主要驱动环境因子(光合有效辐射PAR和水汽压亏缺VPD)呈显著正相关。在水热充足的湿季,荷木蒸腾主要受气孔导度调节;在干季,当空气水汽压亏缺达2.132 MPa时,水力导度与气孔导度协同控制蒸腾。整树水力导度对整树蒸腾的水力补偿出现在15:00—17:00,平均补偿值为0.08 g/s。利用蒸腾的估测值与实测值之间的差值量化荷木的水力补偿效应,是对水力导度与气孔导度协同控制树木蒸腾机理的深入探索。研究结果对于掌握季节性降雨不均背景下华南地区主要造林树种需水和耗水规律,有效发挥森林保水功能具有重要意义。     

干旱和臭氧浓度升高对元宝枫早生和晚生叶片色素和脱落酸含量的影响

臭氧和干旱是威胁我国北方城市植物生长的两大重要因素。于2012年利用开顶式气室,通过设置4个处理(AW-大气环境和水分充足;AW+60-大气增加60 nL/L臭氧+水分充足;AD-大气+干旱处理;AD+60-大气增加60 nL/L臭氧+干旱处理),开展了大气臭氧浓度升高(以下简称"臭氧")和干旱对元宝枫秋季变色期主要色素含量及脱落酸(ABA)含量的影响研究。结果表明:(1)早生叶在臭氧处理后,总叶绿素和类胡萝卜素分别下降了21%和29.6%、花青苷和类黄酮相对含量显著升高了34.1%和7.3%、脱落酸含量增加了19.8%。干旱处理后,早生叶总叶绿素显著下降了18.7%、花青苷和类黄酮相对含量分别显著升高了37%和7.4%、脱落酸含量显著升高了13%。叶片的上述生理变化将会导致叶片提前变红、叶片早衰和提前脱落。(2)晚生叶在干旱处理后总叶绿素含量减少了18.8%,脱落酸含量增加了33.4%,臭氧以及与干旱共同处理未对晚生叶产生显著影响。(3)臭氧和干旱共同处理后,早生叶总叶绿素含量、花青苷和叶片脱落酸含量存在显著交互作用,交互作用缓解了叶片总叶绿素的下降和花青苷的上升,但未缓解叶片脱落酸含量的增加。综上,早生叶和晚生叶对臭氧和干旱处理的响应不同,早生叶对臭氧处理响应大于晚生叶,而晚生叶对干旱更敏感。臭氧和干旱处理均加速了叶片衰老,二者共同处理后叶片脱落风险增加。     

臭氧浓度升高对香樟叶片光合色素及抗过氧化的影响及其氮素响应

为阐明氮(N)沉降条件下我国亚热带典型常绿树种香樟(Cinnamomum camphora)的臭氧(O3)胁迫响应特征,以1年生幼苗为试验对象,采用开顶气室(OTC)进行模拟研究。O3处理设大气O3(AA)、大气O3+60 nmol/mol(AA+60)、大气O3+120nmol/mol(AA+120)3个水平;N素以硝酸铵(NH4NO3)溶液形式施加,施N量设0(N0)、30(N30)、60(N60)(kg.hm-.2a-1)3个水平。主要考察了叶片膜质过氧化、光合色素、胞质抗坏血酸含量及总抗氧化能力的胁迫响应特征。结果表明:一个生长季(2009年5月15日—2009年9月10日)高浓度O3处理导致试验幼苗叶肉细胞膜脂过氧化程度显著加剧,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量显著降低;N素施加显著提高了叶绿素含量,但未改变细胞膜脂过氧化水平。叶片总抗氧化能力在AA+120处理下显著提高,但未受N施加影响。还原型抗坏血酸含量在N0处理下随O3浓度升高而降低;在N30及N60处理下随O3浓度升高而增高。施N可通过提高叶片抗坏血酸含量来增强香樟对O3升高的适应能力。研究结论可为O3与N复合污染下,我国亚热带地区典型常绿树种的保护提供科学参考。     

中国人口分布的自然成因

中国多样化的自然环境造就了人口分布的区域差异性,明晰人口分布格局与自然环境的相互关系对于增进对人地关系的理解,实现人口、资源、环境的可持续管理具有重要作用.本文以人口密度为指标,采用洛伦兹曲线与空间统计相结合的方法,分析了中国人口分布状况,并探讨了自然因素组合对人口分布的影响以及人口分布与年均温度、年均降水量、干燥度、净初级生产力、地表粗糙度、距海岸线距离等16个指标的相互关系.结果表明: 中国人口分布集聚现象显著,东、中、西部地区分别以高、中、低人口密度为主,空间上呈现出明显的正空间关联特征;人口密度与河网密度、年均温度、年均降水量、净初级生产力、≥5 ℃积温、降水量变异、相对湿度、温暖指数呈极显著的正相关关系,与相对高差、平均高程、日照时数、地表粗糙度、距海岸线距离呈显著负相关;气候因子(年均温度、温暖指数、降水量变异、净初级生产力)、地形因子(地表粗糙度、相对高差)和水系因子(河网密度)为影响人口分布的主要自然因素.建议加强对东部高人口密度区的生态环境监控,避免因人口增长导致生态环境退化;同时,强调对中西部生态环境脆弱地区的生态环境保育,增强这些地区的人口承载能力,减缓东部地区高人口密度的生态环境压力.     

华南丘陵植被恢复先锋树种木荷与马占相思的水分利用

利用Granier测定系统,对华南丘陵植被恢复先锋树种马占相思和木荷的树干液流分别进行4 a(2004—2007年)和5 a(2008—2012年)监测,比较不同龄级两树种的蒸腾量及其季节变化.结果表明: 马占相思和木荷的年蒸腾量均随树龄增加而增大,木荷蒸腾量的增加速度更快.木荷平均整树年蒸腾量为7014.76 kg,比马占相思(3704.97 kg)高;马占相思蒸腾量的季节变异(511.46～1802.17 kg)比木荷(1346.48～2349.35 kg)大.蒸腾速率(E_h)与光合有效辐射(PAR)、水汽压亏缺(VPD)的标准回归系数随土壤湿度的增加而增大,表明土壤水分的增加提高了植物对环境响应的敏感度.偏相关分析表明,土壤湿度的季节变异是导致两树种蒸腾量季节变化的最主要因素.木荷和马占相思的最适土壤湿度分别为0.22～0.40和0.29～0.30(V/V),表明与外来树种马占相思相比,乡土树种木荷对水分胁迫有更好的适应及调节能力.     

华南地区常见树种导管特征与树干液流的关系

为探讨树木结构与功能的关系,对华南地区常见8种树木边材的导管特征进行观察,并利用Granier热扩散探针法测量干、湿季树干的液流密度,分析导管特征与树干液流的关系。结果表明,除红锥(Castanopsis hystrix)有两种导管外,大叶相思(Acacia auriculaeformis)、荷木(Schima superba)、火力楠(Michelia macclurei)、藜蒴(C.fissa)、马占相思(A.mangium)、柠檬桉(Eucalyptus citriodora)、尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)的导管类型单一。导管特征在种间存在明显差异,且导管长度、密度和孔径之间存在明显相关性,它们与标准化的边材面积呈现显著相关。湿季液流最大值与导管特征无明显相关性,但整树最大蒸腾速率与导管特征呈显著相关;树木的日蒸腾量与导管特征也有明显相关性。因此,树木的液流速率并不受树干的导管影响;而树干的导管孔径与边材面积间的负相关权衡机制,可以降低树种间由于导管孔径差异引起的树干的水分输送速率的差异性。     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

不同长度热消散探针测定粉单竹(Bambusa chungii)液流的差异分析和原位验证

由于竹壁较薄,测定液流时安装常规长度(20 mm)的TDP探针易穿破竹壁。与木材的热传导不同,暴露于竹腔内的部分上探针的热量以辐射形式消散,加之竹壁水分传导分子的分布不均匀,导致液流密度的测定值不准确。因此,不少学者主张选用较短的探针,然而,对于改短探针的应用缺乏必要的户外原位验证。本文分析自制的5、8和10 mm的TDP探针原位测定粉单竹液流的适用性和理论依据。结果表明:新建立的液流密度公式与Granier原始经验公式的参数α值的差异较大,主要原因是竹腔的储热效应导致上探针周围温度偏高,竹秆水分含量较低,热消散系数(h0)较小,上探针周围的热量囤积致使上下探针的温差较大;此外,探针的安装方式也影响液流密度的测定结果,是导致相同长度探针测定粉单竹液流密度值明显差别的重要因子。本文通过分析探针周围介质的h0的变化,较合理地解释了这些差异的原因。     

木荷树干夜间水分补充的季节动态及其与树形特征和叶片生物量的关系

利用热消散探针(TDP)法对位于中国科学院华南植物园的木荷(Schima superba)人工纯林的15株样树进行了树干液流监测, 并结合光合有效辐射(PAR)和土壤含水量的测定, 探讨了不同季节的夜间水分补充量与树形特征和叶片生物量的关系。结果表明: 1)夜间液流活动时间与PAR同步, 但其结束时间不受PAR影响; 春、夏季夜间液流明显比秋冬季活跃。2)春、夏、秋季的夜间水分补充量与样树的胸径、冠幅、边材面积、叶片生物量呈极显著线性关系, 与树高仅在春季呈显著线性关系。3)春、夏季的夜间水分补充量主要受样树冠幅影响, 成正相关; 秋季主要受胸径影响, 成正相关; 冬季仅受树高影响。该试验说明木荷夜间水分补充与树形特征、叶片生物量关系密切, 但起主要作用的树形特征和具体关系具有季节差别。     

不同树高对荷木液流密度、整树蒸腾量和时滞的效应

人工林面积不断增大,这不仅能解决由于森林砍伐引起的一系列社会问题,而且还对解决水土保持、二氧化碳减排等环境问题起到重要作用。了解人工林的生长特性和蒸腾效率,对植被生长、恢复和管理有着重要意义。为此,该研究连续监测了华南地区12棵不同高度荷木人工林的液流密度,对样树以高度划分等级,采取错位相关法分析不同高度等级胸高处液流与冠层蒸腾的时滞效应。结果表明:气候环境相同时,所有样树胸高处液流日格型相似;荷木林蒸腾量优势木中间木劣势木,所有树木湿季月蒸腾量大于干季月蒸腾量;不同高度等级之间时滞差异显著,劣势木时滞50min,优势木和中间木时滞20min;所有样树干湿季时滞差异不显著,同一高度级两季节时滞差少于10min。这些说明:在干季华南地区土壤水分仍然相对较充足,植物输水阻力没有受到土壤水分降低和长距离水分传导的影响;中间木和优势木时滞短,水力阻力小,蒸腾量大并占据着林段的有利资源;劣势木长势低矮,时滞长,导管阻力大,蒸腾量少,光合作用需要的水热资源少,所以回馈根部的营养物质少,不均衡的营养循环使得林段分化愈明显,劣势木将逐渐从林段中被淘汰。该文指出在荷木人工林生长后期,对于长势低矮,生命力极弱的劣势木应定期砍伐,这样能增加优势木和中间木对光照及水分等有利资源的分配,提高林分质量,增加林地生产力。