川西亚高山人工林碳氮分配格局及其随凋落叶分解的释放规律

对四川西部亚高山地区连香树、糙皮桦、云南松和云杉4种主要人工林生态系统的生物量、土壤及林木器官C、N含量进行了测定.结果表明：林木体内C的分布与器官年龄的关系不明显,而N和C/N的分布与年龄的关系较为密切.幼嫩器官中的N含量大于老化器官,老化器官中的C/N比值大于幼嫩器官,且针叶林地枯落叶中的C/N比值大于阔叶林地.C、N在土壤表层具有明显的富集作用,在整个人工林生态系统(包括林木、枯落物和土壤0～40 cm)中的积累量分别达 176.75～228.05 t·hm^-2和 11.06～16.54 t·hm^-2,在土壤-枯落物分室和林木分室中的分配比例为C （1.9～3.3）∶1,N （15.6～41.5）∶1,且针叶林的“C汇”功能大于阔叶林.阔叶林地的凋落叶分解速率一般大于针叶林地,周转期分别为2.2～3.7 a和3.9～4.2a;在凋落叶分解过程中,C在所有林地均呈超速释出态势,周转期为1.9～3.4 a;N在连香树和糙皮桦林地呈超速释出态势,周转期为1.9～3.2 a,在云南松和云杉林地呈慢速释出态势,周转期为6.7～8.5 a.     

去叶对水曲柳苗木根系非结构性碳水化合物分配的影响

全球气候变化有促进食叶害虫爆发的趋势.叶片被食会导致光合产物的生产降低,进一步影响非结构性碳水化合物(NSC)在树木体内的储存和分配.本研究以水曲柳2年生苗木根系为研究对象,通过40%去叶处理,于6-10月对根系取样,研究地上碳(C)供应不足条件下主根、粗根和1～5级细根NSC及其组分的分配格局.结果表明: 对照和去叶处理根系NSC浓度及其组分浓度均具有明显的季节动态;与对照相比,去叶处理苗木主根和粗根NSC浓度分别降低3.8%和30.7%,而1～5级细根NSC浓度增加1.2%～23.5%,这主要受淀粉浓度变化的影响;去叶处理苗木主根和粗根可溶性糖浓度增加7.1%和62.3%,而1～5级根可溶性糖浓度显著降低2.7%～42.8%;去叶对苗木根系可溶性糖和淀粉浓度的不同影响,导致二者的比值在主根和粗根中增加,而在1～5级细根中降低.去叶引起光合产物的生产减少,导致水曲柳苗木主根和粗根中淀粉活化后流向细根并以淀粉的形式储存,这可能有利于提高细根对冬季低温胁迫的抵抗力.     

红松和水曲柳叶生态化学计量及养分重吸收特征的地理变异

以我国东北地区4个纬度针叶树种红松和阔叶树种水曲柳为对象,研究两树种成熟叶碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征和养分重吸收率及其相关性,分析气候和土壤因子对叶化学计量特征及养分重吸收率的影响。结果表明：叶化学计量特征的地理变异存在种间差异,随着纬度的升高,水曲柳叶C、N含量显著增加;水曲柳C∶N、红松N∶P均与纬度呈显著负相关,而水曲柳N∶P与纬度呈显著正相关。红松磷重吸收率与纬度呈显著正相关。相关分析表明,红松和水曲柳叶的生态化学计量特征主要受到气候因子(年均温和降水量)的影响,而养分重吸收率仅受少数土壤因子(pH和全氮)的影响。主成分分析表明,红松和水曲柳磷重吸收率与N∶P均呈显著负相关,与P含量呈显著正相关;氮重吸收率仅在红松中与P含量呈显著正相关,与N∶P呈显著负相关。水曲柳相比红松更倾向于具有快速投资-收益型特征。     

去叶对水曲柳和落叶松苗木当年生长及细根动态的影响

叶片被取食会导致树木生长发育和生理代谢发生显著的变化。目前对细根动态如何对叶片损失做出响应的了解仍然有限。以生物量分配和高生长策略不同的水曲柳(Fraxinus mandschurica)和落叶松(Larix gmelinii)苗木为研究对象, 进行了不同强度的人为去叶处理(叶面积去除0% (对照)、40%和80%), 采用微根管技术对细根(直径≤2 mm)生产和死亡的季节动态进行了定量观测, 同期测定了地上部分(苗高和地径)的生长。结果表明: 1)去叶降低了两树种苗高(统计上均不显著)和地径的生长, 但是对苗高生长的影响小于地径。随着去叶强度的提高, 苗木地上生长受到的影响加大, 生长季末期水曲柳苗高比对照降低3.3%-12.1%, 地径降低5.7%-23.1%; 而落叶松苗高和地径降低相对较少(< 12%)。2)去叶显著地减少了水曲柳和落叶松细根现存量(p< 0.001), 其相对增长量((去叶后现存量高峰-去叶当日现存量)/去叶当日现存量)随着去叶强度的加大而降低。3)与对照相比, 去叶后两树种细根生产量显著减少(p< 0.05), 而细根死亡量在不同处理间没有显著差异。综合来看, 去叶对水曲柳地上部分(特别是地径)生长影响较大, 而对落叶松地下部分(主要是新根)生长影响较大。研究结果为理解冠层碳供应对根系动态影响的种间差异及其机制提供了必要的理论依据。     

樟子松人工林细根寿命估计及影响因子研究

细根寿命的估计是了解细根生产和死亡的关键, 对了解陆地生态系统碳分配格局和养分循环具有重要意义。该研究采用微根管(minirhizotron)技术, 以23年生樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)人工林为研究对象, 对细根生长和死亡过程进行了连续两年的观测。细根寿命的估计采用Kaplan-Meier方法, 计算细根的平均寿命(mean longevity)、中值寿命(median longevity)和累积存活率(cumulative survival rate), 用对数秩检验(log-rank test)比较单一因素, 包括细根直径、根序、出生季节和土层以及菌根侵染对细根寿命的影响。采用Cox比例风险回归分析方法, 同时分析上述因素对细根存活的影响程度。结果表明, 樟子松细根的生产和死亡具有明显的季节性, 春末和夏季(6月和7月)为生产高峰; 而死亡高峰出现在夏末至秋末, 以及冬季。樟子松细根的平均和中值寿命分别为(322 ± 10)天和(310 ± 15)天, 对数秩检验表明, 仅考虑单一因子时, 细根直径、根序、出生季节和土层以及菌根侵染均对细根寿命有显著影响。Cox回归分析表明, 菌根侵染、细根直径和土层是影响樟子松细根寿命的重要因子。细根直径每增加1 mm, 细根死亡危险率就降低99%, 即相当于寿命延长99%; 细根出生土层每增加1 cm, 其寿命延长5%; 而菌根侵染后, 会导致细根死亡危险率增加175%; 但根序和出生季节的影响不显著。这些发现证实: 林木细根寿命受到内在与外在因素的共同控制, 而多变量回归分析的方法有助于我们全面揭示细根寿命变异的潜在机制。     

施氮肥对落叶松和水曲柳人工林土壤动物群落的影响

土壤动物对环境变化反应敏感, 全球变化导致土壤氮(N)有效性增加将影响土壤动物群落结构和功能。本文以落叶松(Larix gmelinii)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林为研究对象, 通过施肥处理, 在不同季节和土层取样, 研究土壤N有效性增加对土壤动物的数量、类群数和不同功能团的影响。结果表明: (1) 施肥影响两林分土壤动物密度, 导致当年密度增加, 翌年则下降, 这种先增加后降低的趋势在不同土层中均表现出来; (2) 施肥增加了两林分土壤动物类群数, 其中落叶松林分从34类增加到43类, 水曲柳林分从43类增加到48类; (3) 施肥改变了两林分不同食性土壤动物的密度, 腐食性土壤动物数量降低、植食性数量增加、捕食性数量变化不明显。这些结果说明: 土壤N有效性增加显著影响两林分土壤动物群落结构, 可能改变地下碳分配格局和养分循环过程。     

采伐干扰对帽儿山地区天然次生林土壤表层温度空间异质性的影响

研究了不同强度采伐干扰对土壤表层（3～5 cm）温度空间异质性和空间格局的影响.在帽儿山地区天然次生林内,设置3块不同强度采伐干扰处理样地: A（对照）、B（按基面积的50%随机采伐）和C（皆伐）,分别布设不同空间距离 (0.5～56 m)的取样点160、154和154个,比较了干扰以后2年内春季和夏季（共4次）土壤表层温度的空间异质性和空间格局特征.结果表明,森林采伐后,土壤表层平均温度显著增加（相差0.6～4.2 ℃,P＜0.001）,与干扰强度存在一定程度正相关,温度波动范围加大.采伐干扰导致土壤表层温度空间异质性程度和变异尺度增加,并随干扰强度加大而增大,小尺度上的空间异质性也出现增加现象,但土壤温度空间变异尺度主要体现在＜20 m范围内,空间异质性组成受干扰影响较小.经Kriging法对土壤表层温度空间格局模拟,发现采伐干扰样地土壤表层温度的空间格局强度较对照林地大,温度等值线密集,其差异春季比夏季明显.采伐干扰样地的年际间相同季节土壤表层温度格局较相似,而对照样地则呈较均匀的分布格局.     

树木不同着生位置1级根的形态、解剖结构和氮含量

树木根系中1级根在养分和水分吸收方面发挥着重要作用。研究1级根的形态结构与功能的联系,对了解1级根的生理功能和寿命,以及森林生态系统碳和养分的循环具有重要的理论意义。但是,1级根在根系统中,因着生的位置不同,可能表现出不同的生理生态功能。该研究以胡桃楸(Juglans mandshurica)、黄波罗(Phellodendron amurense)和水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林根系的1级根为研究对象,研究了不同着生位置的1级根的形态、解剖结构和组织化学特征。将1级根按着生位置的不同分成3类:Ar类根为2级根上的1级根;Br类根为2级–4级根的根尖;Cr类根为3级–5级根上的1级根。结果表明:不同着生位置的1级根,形态、解剖结构和组织化学方面都具有高度的异质性。3类1级根中,Ar类根数量多、根长较短、直径细,N含量高,皮层比例高、维根比低,主要由二原型原生木质部的根组成;Br类和Cr类根数量较少、单根较长、直径粗,N含量低,皮层比例低、维根比高,主要由多原型原生木质部的根组成。研究结果对了解不同着生位置的1级根的吸收功能和寿命具有重要的理论意义。     

2004—2008年落叶松人工林细根生产和死亡的季节动态

2004—2008年,采用微根管(minirhizotron)技术,对落叶松人工林细根生产和死亡进行连续动态观测,同时测定了温度(大气温度和土壤10 cm温度)和水分(降雨量和土壤10 cm深处含水量)的变化,研究细根生产、死亡的动态及其与温度和水分的关系.结果表明：落叶松细根年根长生产量在0.20～0.78 mm·cm^-2,死亡量在0.26～0.72 mm·cm^-2;2004—2006年细根年根长平均生产量(0.67 mm·cm^-2)和死亡量(0.59 mm·cm^-2)均高于2007—2008年细根年根长平均生产量和死亡量(0.37和0.39 mm·cm^-2);在生长季内（5—10月）,落叶松春末至夏季(6—7月) 的细根生产量占全年产量的51%～68%,秋末(10月)仅占全年的1%～4%;而夏末(8月)和秋季(9—10月)细根死亡量占全年的59%～70%,早春(5月)占全年的1%～5%.相关分析表明,大气温度变化可以解释细根生产量66%的变异,而土壤10 cm深处温度解释24%,降雨量解释27%.细根的死亡量与土壤10 cm深处温度呈指数正相关.