小五台山青杨雌雄植株树轮生长特性及其对气候变化的响应差异

近年来逆境导致植物雌雄幼苗的生长出现差异被许多控制实验所证实,而有关气候变化对雌雄异株植物成树生长的潜在影响尚未引起人们广泛的关注。为进一步揭示气候变化对雌雄植株树木径向和密度生长的不同影响,该文通过树轮生态学的研究方法,选择小五台山天然青杨(Populus cathayana)种群为研究对象,对青杨雌雄植株近30年(1982–2011)的树轮生长特性及其与气候的相关性进行了分析。结果显示:1)在近30年当地气温不断升高的气候条件下,雌株的年轮最大密度和晚材平均密度均高于雄株(p0.05),但雌雄植株的径向生长无显著差异;2)雌雄植株年轮最大密度和宽度差值年表的变化趋势具有一致性,但在年轮最大密度差值年表的变化上雄株波动幅度大于雌株;3)青杨雌雄植株年轮密度差值年表对温度响应的月份明显不同。雌株年轮最大密度与当年8月的月平均最高气温显著正相关,而雄株年轮最大密度与当年1月和4月的气温负相关;4)生长季前的气候变化对青杨雌雄植株的径向生长均有明显的限制作用。此外,当年6月的高温对于早材生长的限制作用特别明显。上述结果表明,雌雄异株植物在树木年轮生长方面对全球气候变暖可能具有不同的响应机制,雌株比雄株更侧重于密度生长。     

桂林会仙喀斯特湿地芦苇群落土壤养分及微生物活性

为探讨桂林会仙喀斯特湿地芦苇植物群落土壤养分垂直变化趋势和微生物活性特征,测定0~80 cm剖面土壤碳、氮、磷含量,微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)以及基础呼吸(BR)、呼吸势(PR)、微生物熵(qMB)和代谢熵(qCO_2)等微生物活性指标,分析土壤养分含量与微生物活性特征的相关性。结果表明:(1)土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、全氮(TN)、有机氮(Org-N)均随着土壤深度的增加而减少,土壤速效氮(AN)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、全磷(TP)、速效磷(AP)、有机磷(Org-P)和无机磷(Inorg-P)含量在下层土壤中有所波动;SOC占TC含量比例较高,Org-N在TN中所占比例较大,Inorg-P含量略高于Org-P含量;(2)MBC、MBN、MBP主要集中在0~30 cm土层,且随剖面深度的增加,三者均逐渐降低,且土壤MBC与SOC、MBN与TN、MBP与TP均呈极显著正相关关系(P0.01);(3)BR和PR均随土壤深度的增加而显著降低,而qMB随着土层深度的增加先升高再降低,qCO_2的垂直变化整体呈下降趋势,但在中间土层间有所波动;(4)会仙喀斯特湿地芦苇群落土壤养分和微生物活性各指标之间均呈极显著正相关关系,土壤微生物活性特征是反映会仙喀斯特湿地土壤质量状况的重要指标。     

会仙喀斯特湿地三种典型植物叶片碳同位素(δ13C)特征及其指示意义

为探讨会仙喀斯特湿地不同生长环境下植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)、稳定碳同位素(δ~(13)C)特征及其生态学指示意义,该文以挺水植物芦苇、浮水植物水葫芦和沉水植物金鱼藻为研究对象,分析了三种典型不同生活型植物叶片的δ~(13)C特征及种间和微生境的差异,并基于植物碳同位素与碳酸酐酶显著正相关的二端元模型,估算了植物利用光合作用固定的碳酸氢根离子(HCO3-)的碳量。结果表明:(1)三种植物叶片δ~(13)C的变化范围为-28.47‰～-21.69‰,平均值为-24.83‰,不同生活型植物间δ~(13)C存在差异,金鱼藻水葫芦芦苇。(2)植物δ~(13)C值与叶片C、N和P元素含量间呈显著正相关,与C/N、C/P和N/P呈显著负相关关系,与底泥的有机质、速效氮、总氮、速效磷和总磷含量呈显著正相关。(3)会仙喀斯特湿地三种不同生活型植物叶片N/P平均值为10.34,表现出植物受N、P共同影响的特征。(4)δ~(13)C的变化特征,揭示了三种水生植物可能通过增加磷利用效率来促进低水分利用率环境下的碳的合成,通过提高植物水分利用效率的策略来代偿较低的氮素利用效率。(5)芦苇光合作用固定HCO3-碳量为159.60 t·a~(-1)·km~(-2),水葫芦为10.80 t·a~(-1)·km~(-2),金鱼藻为9.24 t·a~(-1)·km~(-2),平均值为59.88 t·a~(-1)·km~(-2)。会仙喀斯特湿地植物的不同生活型、光合作用途径和生长微环境,是影响叶片δ~(13)C变化的主要因素。     

液流径向变化对尾巨桉单株日蒸腾量估算的影响

采用Granier热扩散方法(TDP)测定了尾巨桉2个径向深度(0～2和2～4 cm)的液流速率,探讨液流径向变化对树木蒸腾估算产生的影响、不同个体大小的估算误差以及估算误差与光合有效辐射(PAR)和水汽压亏缺(VPD)的关系.结果表明: 尾巨桉的日蒸腾量在单点径向深度0～2 cm条件下估算值最大,两点综合估算值次之,单点径向深度2～4 cm最小,单点径向0～2 cm和径向2～4 cm所得的日蒸腾量分别较两点综合估算值高估了32.9%和低估了58.7%;用单点径向0～2 cm估算蒸腾量时所产生的误差随胸径的递减而减少,胸径为17.7、12.9和9.8 cm的树木产生的估算误差分别为51.7%、33.0%、18.0%,而单点径向2～4 cm所产生的估算误差则没有明显的径级差异;PAR和VPD都与单点径向0～2 cm估算误差有较好的正相关性,相比较VPD而言,PAR与单点径向0～2 cm估算误差的相关性更好.相比传统的仅用单一深度液流速率估算单株蒸腾耗水量的方法,两点估算方法一定程度上提高了日蒸腾量计算的精度,为尾巨桉人工林森林耗水量估算提供了可靠依据.     

湿地土壤硫组分特征及其影响因素的研究进展

硫是湿地中重要的生命元素, 硫对环境变化极为敏感, 在生源要素生物地球化学循环中扮演着重要角色。硫的价态多样, 形式复杂, 湿地垦殖使土地利用方式等发生显著改变, 进而影响到土壤硫组分的变化。垦殖背景下, 目前对湿地硫组分及其微生物驱动机制的研究尚不够深入。硫稳定同位素技术(δ34S)逐渐地被应用到硫生物地球化学循环过程的研究中, 可以探究硫素的来源。硫氧化菌(Sulfate oxidizing bacteria, SOB)和硫酸盐还原菌(Sulfate reduction bacteria, SRB)是硫组分形态转化的主要驱动者, 在湿地硫循环中发挥着重要的作用。土壤芳基硫酸酯酶是参与土壤硫循环的重要酶类, 是反映湿地土壤质量的一个重要生物学指标。该研究主要从湿地土壤硫组分的分布特征、影响因素、硫同位素来源示踪和微生物驱动机制4个方面, 综述了湿地土壤硫组分影响因素的研究动态。最后, 文章总结了当前研究中存在的问题, 提出了该领域今后深入探讨的一些建议。     

桂林会仙喀斯特湿地芦苇群落土壤氮的季节变化

该研究以桂林会仙喀斯特湿地典型芦苇植物群落土壤为对象,研究了土壤氮含量的季节动态变化特征,探讨了土壤氮对水热季节变化的响应趋势。结果表明:土壤有机氮在全氮中所占比例较大,0~10 cm土层的全氮与0~10 cm和10~20 cm土层的速效氮季节变化特征一致,表现为夏季秋季春季冬季;10~20 cm和20~30 cm土层的全氮和有机氮均表现为春季夏季秋季冬季。0~10 cm土层的有机氮和10~20 cm土层的速效氮变化趋势一致,表现为秋季夏季春季冬季。各层土壤硝态氮呈现出先升高后降低的单峰曲线变化趋势,均表现为夏季春季秋季冬季,并与铵态氮0~10 cm和10~20 cm土层的季节变化趋势相一致。20~30 cm土层的铵态氮与0~10 cm和20~30 cm土层的土壤微生物量氮含量时间动态一致,均表现为春季秋季夏季冬季,10~20 cm土层的微生物量氮表现为秋季春季夏季冬季的趋势。土壤铵态氮含量明显高于硝态氮,各层土壤铵态氮含量基本呈现出不规则"M"形的双峰曲线变化。会仙喀斯特湿地典型芦苇植物群落不同土层土壤各形态氮含量的动态特征对水热变化的季节响应差异较大,不同月份之间有所不同,但均在冬季含量最低,与月均气温和月均降雨量的变化关系表现为不完全的同步趋势。土壤氮含量季节变化特征的差异主要与气温、水分条件、不同生长期芦苇吸收利用、土壤有机碳、凋落物养分的归还以及有机氮矿化等影响有关。该研究结果为桂林会仙喀斯特国家湿地公园生态功能恢复与可持续发展利用提供了科学依据。     

不同分枝数对桑树幼苗生长发育的影响

以我国常见经济林木桑树(Morus alba)为试验材料,从气体交换、形态变化和地上生物量方面研究5种分枝模式(1、2、3、4和5枝)对幼苗生长发育的影响。结果显示:(1)分枝数为1的植株的净光合速率(P n)最高,达到8.6μmol·m-2·s-1。随着分枝数增加,P n显著下降,直至分枝数达到3枝及其以上时,净光合速率保持相对稳定,为4.3μmol·m-2·s-1。而气孔导度(g s)、胞间CO2浓度(C i)和蒸腾速率(E)则不受分枝数的影响。(2)随着分枝数增加,总叶片数量、总叶面积和总枝长都显著增加,最终分别达到114.3,10481.1 cm2和457.1 cm,而平均单枝叶片数、平均单枝基径、平均单叶面积和比叶面积则显著减少。(3)随着分枝数的增加,植株的总叶生物量和总枝生物量无显著变化,但平均每枝叶干重、平均每枝枝干重和平均每枝总生物量随分枝数的增加而逐渐减少。研究结果表明了分枝数增加可能导致叶片间对光资源的竞争强度增大,引起净光合速率下降,叶片面积变小,单枝长度和生物量减小。另一方面,植株则通过生长出更多的叶片数量,以及更大的总叶片面积来尽可能地消除竞争带来的不利影响,提高对光环境资源的利用。     

桂北不同林龄桉树人工林土壤碳库管理指数和碳组分的变化特征

采用时空互代法,以广西北部低山丘陵地区不同林龄(1、2、3、4、5和8 a)桉树人工林为研究对象,探讨林龄对桉树人工林地土壤碳库管理指数的影响及其规律。结果表明:(1)随着林龄的增加,土壤有机碳总体表现为增加的趋势,1～8 a桉树土壤有机碳范围在5.79～15.57 g· kg^-1之间,随着土层的加深而降低; 0～40 cm土层土壤有机碳平均含量表现为8 a>5 a>3 a>4 a>2 a>1 a。(2)土壤非活性有机碳、碳储量随林龄和土层的变化规律与土壤有机碳基本一致。土壤活性有机碳含量大小依次表现为8 a>5 a>4 a>3 a>2 a>1 a,占土壤有机碳的比例随林龄变化无明显规律,8 a和其他林龄间均具有显著差异。(3)碳库管理指数随林龄增加整体呈上升趋势,8 a桉树人工林土壤碳组分含量及碳库管理指数均高于10 a对照马尾松林。碳库管理指数与土壤有机碳、非活性有机碳、活性有机碳、碳储量、碳库活度、全氮、容重呈极显著或显著的相关性,不同林龄和土层间碳库管理指数有差异性。适当延长桉树人工林的轮伐周期,减少人为对林地凋落物和林下植被的干扰,将有利于提高土壤的有机碳含量,进而改善土壤质量。     

桂北不同林龄桉树人工林土壤微生物数量和酶活性特征研究

为探讨桉树不同林龄土壤微生物活性的响应特征,该研究采用时空互代法,选择广西北部低山丘陵地区1～5年生桉树人工林为研究对象,分析了土壤微生物、酶活性在不同土层和季节的变化规律。结果表明:(1)土壤微生物和酶活性在土层中有明显的垂直分布特征,均随土层加深而趋于降低,且各土层间差异显著。(2)细菌、放线菌数量随季节的大小顺序为秋季>夏季>春季>冬季,真菌的变化规律为春季>夏季>秋季>冬季,而酶活性随季节变化表现为夏季、秋季活性较高,春季、冬季活性较低。(3)细菌、真菌、脲酶、过氧化氢酶随林龄增大表现出先减小后增大的趋势,放线菌则呈现先减小后增大再减小的趋势,而蔗糖酶、酸性磷酸酶随林龄的增大趋于增大。(4)林地土壤中三大类群微生物与四种土壤酶之间存在极显著正相关关系,说明土壤微生物与土壤酶活性相互影响,两者之间关系密切,共同影响土壤的质量。综上可知,不同土层土壤微生物和酶活性的季节响应特征差异较大,总体在冬季最低,主要与气温、水分条件、凋落物养分的归还等有关。不同季节、土层、林龄之间的交互作用对土壤微生物和酶活性有显著影响。     

岩溶与非岩溶区典型植物最适光合模型和光合特征研究

为探讨不同生境典型植物光合特征对主要环境因子的响应,选择EthierLivingston、Ellsworth和Sharkey等3种光合生化模型拟合我国西南岩溶与非岩溶区8种典型植物的A-Ci曲线。结果表明,用EthierLivingston模型拟合的A-Ci曲线要优于Ellsworth模型和Sharkey模型,拟合方程的决定系数(R~2)为0.98～0.99 (P0.01)。从EthierLivingston模型拟合的V_(cmax)和J_(max)来看,岩溶区和非岩溶区乡土植物间的差异不显著,但都显著低于外来速生植物尾巨桉(Eucalyptus grandis×E.urophylla)。岩溶区和非岩溶区乡土植物的光合特征参数(V_(cmax,25)和J_(max,25))均与空气温度和土壤水分含量呈显著相关(P0.05)。除非岩溶区乡土植物的J_(max,25)外,所有植物的光合特征参数与土壤水分拟合方程的R~2均低于其与环境温度的,表明环境温度对典型植物V_(cmax,25)和J_(max,25)的影响强于土壤含水量。