气候变化下栓皮栎潜在地理分布格局及其主导气候因子

栓皮栎(Quercus variabilis)是东亚天然分布最广泛的树种之一。利用最大熵(Maxent)模型对现实气候条件下栓皮栎在东亚地区的潜在分布及其分布的主导气候因子进行分析,同时结合全新世中期(6000年前)和未来气候(2050年)来模拟和预测气候变化背景下栓皮栎潜在分布格局的变化。结果表明:现实气候条件下东亚栓皮栎适生区(适宜生境和低适宜生境)面积占总研究区面积的21.88%,主要集中在东亚南部区域,在我国北起陕西中部、山西和河北南部边缘、山东,西起甘肃东部边缘、四川中东部、云南、西藏东部边缘,一直到东部沿海区域,同时在朝鲜半岛南部和日本中南部也有分布,其中适宜生境面积占研究区总面积的5.69%,主要集中在秦岭山脉、大巴山脉、伏牛山、云南的云贵高原、罗霄山脉、南岭山脉、武夷山和台湾岛;气候变化情景下,栓皮栎的适生区分布面积变化较小,但其适宜生境的分布范围却发生了较大的变化,随着全球气候的波动性变化,适宜生境分布范围逐渐向西部秦岭山脉、大巴山脉、四川、重庆和云贵高原等区域集中,并使该分布中心的适宜生境面积逐渐扩大;影响栓皮栎分布的主要气候因子为最冷月的最低气温(Bio6)、最冷季平均气温(Bio11)和年降水量(Bio12),三者的贡献率分别为48.6%、21.4%和14.2%。     

山合欢树干液流的季节变化

于2011-2012年干湿季典型月份,应用热扩散式探针法(TDP)对元谋干热河谷乡土树种山合欢进行了树干液流连续监测,并对周围气象要素、土壤水分等进行同步测定,结果表明:(1)山合欢树干液流存在明显“昼高夜低”的变化规律;(2)在湿季不同天气条件下,山合欢树干液流速率存在明显差异,晴天液流均值、峰值约为阴天2.8和2.4倍,雨天的7.5和7.8倍,3种天气中液流启动时间晴天比阴天早约3h,比雨天早约4h;(3)在晴天,山合欢南边液流速率均明显高于北边;而雨天或者无阳光时,南北方位液流速率基本相同;(4)比较山合欢干、湿季典型晴天树干液流峰值、均值、启动时间以及液流通量可知,湿季液流启动时间均早于干季1.5h左右,液流高峰时间段长于干季,峰值和均值约为干季的1.9和2.3倍;湿季液流通量明显高于干季,约为干季的2.3倍.(5)山合欢液流速率与光合辐射强度、大气温度、水汽压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度则呈极显著负相关(P＜0.001),气象因子与山合欢树干液流流速的相关性大小依次为:光合有效辐射＞水汽压亏缺＞大气温度＞相对湿度＞风速.     

北京平谷地区次生林栓皮栎枝叶挥发性物质组分分析及对机械损伤的响应

分析栓皮栎枝叶挥发性物质的组成成分以及对机械损伤的响应。本文通过气质联用（GC/MS）方法比较分析了北京平谷地区天然次生林林栓皮栎枝叶机械损伤前、后挥发性气体VOCs主要成分和相对含量。（1）栓皮栎枝叶中的挥发性物质有酯类、烷烃类、萜烯类、芳香烃类、醛酮类、醇类、烯烃类以及其他含氮、氯、硫等物质等8大类,其中酯类和烷烃类含量最多,约占总物质含量的30.32%~41.60%和30.02%~33.14%;（2）虽然机械损伤前、后挥发性物质的组分和含量均有所变化,但是每一类物质主要成分基本保持一致,其中主要成分有酞酸二丁酯、2-甲基-1-己醇、2,6,10-三甲基十四烷、3-亚甲基-1,1-二甲基-2-乙烯基环己烷、十四烷、十九烷、油酸酰胺、壬醛、癸醛等;（3）机械损伤随栓皮栎枝叶挥发性物质成分及含量均产生了不同程度的影响。机械损伤后总挥发物含量均有明显的增加,其中明显增加的组分有：萘、d-柠檬烯、（Z）-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯、4-己烯-1-醇乙酸酯、酞酸二丁酯、乙酸己酯、苯甲酸丁酯、3-亚甲基-1,1-二甲基-2-乙烯基环己烷等化合物。栓皮栎枝叶8大类挥发性物质中酯类和烷烃类含量最多;机械损伤后,萘、d-柠檬烯、4-己烯-1-醇乙酸酯、酞酸二丁酯等物质均有明显的增加,这些物质对昆虫具有一定的驱避作用,这可能是栓皮栎的一种化学防御策略来响应和免受外界虫食等胁迫的侵害。另外,机械损伤后许多组分也发生了不同程度或是小幅度的变化,其变化机理和生态功能尚未知晓,有待进一步研究。     

不同生境对栓皮栎幼苗光合生理特性的影响

以栓皮栎天然分布的北界(北京,NP)、中心(陕西,CP)和南界(云南,SP)3个种源的实生苗为试验材料,通过在北缘(北京)和南缘(云南)的交互移植试验,探讨不同种源幼苗光合生理性状的差异及其来源。结果表明:(1)各种源在北缘生境下的潜在最大净光合速率(Pmax)、光饱和点(LSP)、羧化效率(CE)、光呼吸速率(Rp)、光化学猝灭系数(PQ)均显著高于南缘生境(P0.05);(2)南界种源(SP)则具有更高的CE、Rp、PSⅡ原初光能转换效率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)(SPCPNP);北界种源(NP)具有更高的非光化学猝灭系数(NPQ)(NPCPSP);(3)生境和种源的交互作用对最大羧化速率(A_(max))和LSP影响显著,Amax在南北缘生境下均以当地种源的最高;而LSP在北缘生境下以中心种源(CP)最高,在南缘生境下以北界种源(NP)最高。不同生境对表观量子效率(AQY)、CO2补偿点(CCP)、暗呼吸速率(Rd)以及叶绿素荧光参数如F_v/F_m、F_v/F_o以及NPQ影响不显著,其中AQY和Rd不受生境变化及其与种源的交互影响,这可能与栓皮栎自身遗传因素有关;(4)生长表现方面,栓皮栎幼苗在南、北不同生境下生长表现出明显差异,各种源在北缘生境下生长状况均明显优于南缘生境,且均以南界种源(SP)生长优势明显。     

元谋干热河谷20年生人工恢复植被生物量分配与空间结构特征

采用分层收获法,对元谋干热河谷20年生赤桉、新银合欢纯林及其混交林的生物量分配与空间结构进行对比研究.结果表明:混交林林分生物量(82.99t·hm-2)介于赤桉纯林(60.64t·hm-2)与新银合欢纯林(127.79t·hm-2)之间;混交林内赤桉单株平均生物量(44.32kg)较其纯林(29.58kg)提高了49.8%.新银合欢纯林的枝叶生物量分配比例(25.4%)显著高于赤桉纯林(8.9%),且地上部生物量分配比例(78.0%)显著高于赤桉纯林(73.4%).新银合欢纯林及混交林中新银合欢的根系主要分布于0～40cm土层,赤桉纯林及混交林中赤桉的根系则主要分布于0～80cm和0～60cm土层.混交林中新银合欢的侧根(中根、小根和细根)分配比例均高于其纯林,而赤桉则相反.新银合欢的引入在一定程度上可促进赤桉生长,尤其是增加其地上部生物量及表层土壤(0～20cm)中的侧根生物量,对该地区的水土保持具有重要意义.     

氮磷添加对栓皮栎不同地理种源幼苗温度耐性的影响

通过氮磷添加控制试验,对湖南城步(CB) 、湖北秭归(ZG)、河南内乡(NX)、河北临城(LC)和北京平谷(PG)5个种源的栓皮栎1年生幼苗的叶片温度耐性指标(耐寒性、耐热性及耐温范围)及相关生理指标(叶片养分浓度、非结构性碳水化合物及其组分和养分利用效率)进行测定,研究养分对植物种内不同地理种源的温度耐性影响.结果表明:不同种源的栓皮栎养分吸收与氮磷利用效率对氮磷添加存在显著差异但地理趋势不明显.PG在N、P及其二者复合添加的情况下均具有较高的氮磷利用效率,NX则在不同处理下磷利用效率均处于最低水平,CB在磷添加的情况下对磷的利用效率最高.与对照相比,养分(N、P或NP)添加能明显增加PG和LC的耐寒性,但N添加降低了NX的耐寒性.同时,养分添加在一定程度上增加了ZG、NX和LC的耐热性.耐温范围与耐寒性相反,表现为养分添加降低了PG和LC的温度耐受范围, 而增加了NX的温度耐受范围.偏相关分析表明,耐寒性与叶片可溶性糖浓度呈显著正相关;耐热性与叶片P呈显著负相关,与N/P呈显著正相关;叶片耐温范围与叶片物质浓度无显著相关性.因此,不同地理种源对养分利用程度及其效率可能与源生地土壤环境条件有关,表现出一定的局域适应特征,从而增加了温度耐性对养分响应的复杂程度.     

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.