Effects of long-term flooding on respiratory metabolism of Taxodium ‘Zhongshansha 118’ seedlings

Aims Taxodium ‘Zhongshansha’ had a strong submergence tolerance, but the biological mechanism is not clearly defined. The respiratory metabolism for the tolerance of Taxodium ‘Zhongshansha 118’ ((Taxodium distichum × Taxodium mucronatum) × Taxodium mucronatum) to long-term flooding was investigated through the measuring and analyzing the changes in root starch and soluble sugar as well as the contents of anaerobic respiration enzymes, including lactic dehydrogenase (LDH), ethanol dehydrogenase (ADH) and pyruvate decarboxylase (PDC)), in the ‘Zhongshansha 118’ seedling. The biomass and activities of the seedling roots were also measured and analyzed.Methods 24 1-year Taxodium ‘Zhongshansha 118’ seedlings were randomly and equally divided into four groups and each group experienced one of four different levels of flooding (i.e., no flooding, waterlogging, partial submergence, deep submergence) from August 8 to November 8, 2014.Important findings The results showed that the contents of the anaerobic respiration enzymes in the seedling roots and leaves are increasing with the levels of severity of flooding, which indicated the roots and leaves adapt to long-term flooding by reinforcing their anaerobic respiration and activities of ADH that were higher than LDH for roots and leaves used in alcoholic fermentation mainly. The activities of anaerobic respiration enzymes in leaves were higher than that in roots, while leaves were more sensitive to flooding. The starch and soluble sugar in roots and leaves had similar trend with anaerobic respiration enzymes. However, roots starch was higher than leaves where soluble sugar was lower than roots. The higher content of starch were the important reason of strong submergence tolerance, and we consider the strategy to fit into long-term flooding is patience type. The paper demonstrate Taxodium ‘Zhongshansha 118’ have the physiological and the morphological properties to adapt to long-term flooding, including aerial root and basal part of stem expanded and the outer wall of the root lignified to protect the roots from flooding.     

大兴安岭兴安落叶松(Larix gmelinii)天然林分级木转换特征

通过调查样地,作树干解析,分析了不同结构兴安落叶松天然林分级木（优势木、平均木和被压木）转换特征。研究表明：（1）不同结构的兴安落叶松天然林分级木转换年龄、方向和转换率均不同。兴安落叶松分级木转换率29.4%。分级木中,优势木、平均木和被压木转换率分别35.3%、41.2%、11.8%。分级木转换中,优势木与平均木相互转换比例较高,优势木转平均木占83.3%,平均木转优势木占85.7%;优势木向被压木转换比例仅为16.7%;被压木不能转换成优势木,只能转换成平均木,被压木中无转换占88.2%,在森林经营和抚育采伐中应考虑伐除这些被压木。（2）在林分年龄36～65a范围内,随着林分年龄增大,其转换率呈增加趋势。林分年龄30～39a、50～59a和60～69a时,其转换率分别0、33.3%和46.7%。（3）随着林分密度增加,分级木转换率呈增高趋势。当林分密度小于2500株.hm^-2时,主要于优势木与平均木间转换。当林分密度大于2500株.hm^-2时,才出现其它分级木与被压木相互转换现象。（4）不同林型分级木转换率和转换方向不同。草类-落叶松和杜香-落叶松林分级木转换率分别50%和9.5%。（5）不同水平格局林分分级木转换率不同。聚集分布和随机分布时,其转换率分别61.1%和13.3%。     

基于MODIS NDVI的长江中游区域植被动态及与气候因子的关系

基于1999-2015年的MODIS NDVI时间序列遥感数据，应用趋势分析、变异系数、重标极差分析和偏相关分析等方法，分析了长江中游的植被时空变化特征及其与气象因子的关系。结果表明，长江中游地区NDVI均值总体上呈上升趋势（从0.72增加到0.80）。从空间分布来看，NDVI低值区域（0.1-0.5）占1.40%，高值区域（>0.7）占87.15%；NDVI空间格局呈"西高东低、北高南低"的分布特征，低值区域表现为以三省省会城市为中心向外辐射。Hurst指数显示，研究区大部分区域（60.54%）的NDVI变化趋势具有不确定性，持续性改善区域（34.78%）主要分布在西部山地区，持续性退化区域（3.26%）主要分布在人类活动频繁的较发达城市区域。在年际尺度上，研究区NDVI与各气象因子关系均不显著；月际尺度上，NDVI与降水、相对湿度和日照时数显著相关，降水和日照时数有明显的时滞性。区域内NDVI动态趋势以不确定性发展为主，城市群周边NDVI呈现持续退化的区域应该引起关注。     

丛枝菌根真菌(Glomus intraradices)对铜污染土壤上玉米生长的影响

盆栽试验研究了不同土壤施Cu水平(0、50、200 mg/kg)下,接种不同来源的两个丛枝菌根真菌Glomus intraradices菌株对玉米生长、Cu、P以及微量元素Fe、Mn、Zn吸收的影响.结果表明:接种菌根真菌显著提高了玉米的生物量,增加了玉米植株P浓度和吸收量;随着施Cu水平提高,各处理根系Cu浓度显著增加.各施Cu水平下玉米根系Cu浓度远远高于地上部分Cu浓度,同一施Cu水平下接种处理根系Cu浓度要显著高于对照;尤其在200 mg/kg施Cu水平下,接种处理根系Cu浓度大约是地上部分的45～58倍,对照根系Cu浓度大约是地上部分的12倍.总体上,试验条件下两个菌株对玉米的接种效应没有明显差异.试验表明丛枝菌根对重金属Cu有较强的固持作用,这可能是菌根减轻宿主植物Cu毒害的一个重要机制.     

北京山区侧柏-荆条系统水分来源对降雨事件的响应

分析了北京鹫峰山区侧柏、荆条枝条水及其潜在水分来源的氢氧同位素特征,运用IsoSource模型解析侧柏、荆条系统水分利用来源的季节变化及其对降雨事件的响应.结果表明:旱季初期(4月)研究区0～20 cm土层富集土壤水¹⁸O值,20 cm以下该值则随着土层深度增加逐渐减小,侧柏主要利用前2～3 d降雨补充的0～30 cm层土壤水;旱季末期(6月)侧柏和荆条分别利用当天雨水补充的0～10和10～30 cm层土壤水;雨季(7月)侧柏利用前期降水补给的0～40 cm层土壤水(59.3%)和近期降水(12.5%),荆条则利用近期降雨供给的0～30 cm层土壤水;侧柏的土壤水分来源逐月加深,至生长季末(11月)其主要利用60～80 cm层土壤水(前2～3 d降雨补给),而荆条枝条水δ¹⁸O值远离各水分来源δ¹⁸O值.两物种对水分的竞争压力小,适应本区域气候特征,尤其在应对特大暴雨等极端天气时,植物系统垂直分布的水分来源能够有效分流洪峰,减小暴雨瞬时破坏力.     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

北京市平原区土壤有机碳垂直分布特征

研究土壤有机碳垂直分布特征规律对精确测算土壤有机碳储量具有重要意义。通过野外调查实地挖取北京市平原区40个典型土壤剖面共169个样品数据,研究土壤有机碳垂直分布特征。结果表明:1)北京市平原区0—150 cm土壤平均有机碳含量为(5.98±2.62) g/kg,垂直分布上,随剖面深度增加土壤有机碳含量逐渐降低,且在浅层(≤60 cm)下降速度显著快于深层(60 cm); 2)各发生层次不同土壤质地的有机碳含量差异整体上均表现为粉粒及黏粒含量比例越高,即质地越黏重,土壤有机碳含量越高; 3)不同土体构型的平均土壤有机碳含量大小关系为通体砂通体壤上壤下黏夹黏,通体砂型土壤有机碳含量垂直变化相对平缓,上壤下黏型土壤有机碳含量在垂直方向呈"降-升-降"趋势,通体壤及夹黏型则均呈先快速下降后缓慢下降趋势; 4)耕地和园地土壤平均有机碳含量高于荒草地,耕地在整个剖面中土壤有机碳含量均居于三种土地利用类型之首,耕地和园地的土壤有机碳含量在0—20 cm和40—60 cm之间下降速度高达40.10%和55.92%,剖面深度超过60 cm后下降速度显著放缓,受人类活动直接影响相对较少的荒草地在垂直方向上变化相对平缓。     

青藏铁路西格段沿线不同植被恢复模式的生态效益

在青藏铁路沿线进行植被恢复不仅可以促进沙质土壤理化性质的改善,同时植物的防风固沙功能对铁路的安全运营起到了重要作用,具有显著的生态和经济效益。通过对青藏铁路西格段沿线5种不同类型恢复模式下土壤及植被的调查,分析不同恢复措施对林下植物多样性以及土壤理化性质的影响。结果表明:人工林恢复模式的地上生物量和生产力因林龄和林分配置不同而不同,小叶杨(Populus simonii)-柽柳(Tamatix chinensis)林生产力最高(1.92 t·hm-2·a-1),其次为柽柳纯林(1.87 t·hm-2·a-1);各模式均增加了林下植物的多样性,其中:沙棘(Hippophaer hamnoides)-柠条(Caragana korshinskii)林内有6科8属8种植物,柽柳纯林有7科9属10种,但不同模式下优势种不同。5种恢复模式均提高了土壤水分含量;人工灌木林在改善土壤碱化程度上比乔木林效果更好:沙棘-柠条林和柽柳纯林表层(0～20 cm)土壤pH分别降低了1.05和0.75; 5种恢复模式均提高了土壤有机质含量,并且表现出由表层向深层逐渐减小的"表聚"现象,柽柳纯林土壤有机质增加最为明显:表层含量达12 g·kg-1,比恢复前增加了近1倍。这一研究结果为青藏铁路沿线的沙漠化防治和植被恢复中恢复模式的选择提供了理论依据。     

污泥与园林废弃物混合堆肥对波斯菊生长及重金属积累的影响

随着城镇人口增加和城市化的快速发展,每天产生大量的污泥和园林废弃物,而厌氧消化的污泥与园林废弃物的混合堆肥产品应用于林地土壤改良,是城市废弃物循环利用的一种经济有效的方式。本研究在北京平原造林区开展试验,探讨混合堆肥对波斯菊的生长及对重金属元素吸收的影响。结果表明:施用堆肥对土壤全氮和有机质含量无显著影响; Cu、Zn、Cd三种重金属元素在土壤中主要以残渣态的形态存在;施用堆肥提高了土壤Cu、Zn含量,但Zn总量未超过土壤环境质量标准(GB 15618—2018)中的土壤污染风险筛选值300 mg·kg-1,Cu在施肥量较高时超过土壤污染风险筛选值100 mg·kg-1;土壤背景值中Cd含量已经高于土壤污染风险管制值4.0 mg·kg-1,施用堆肥对Cd含量的影响无明显规律;波斯菊株高、生物量和花数均随着堆肥施用量的增加而增加;波斯菊对重金属元素的富集性表现为CuCdZn。本研究表明,北京平原造林区的人工林生态系统可以忍受一定浓度的污泥和园林废弃物混合堆肥,并利用其中的营养物质,提高土壤肥力,促进植物生长。     

湖北省九华山林场不同树种配置杉阔混交林林分空间结构特征分析

以三种(杉木+少量栎类、杉木+栎类+光皮桦、杉木+栎类+光皮桦+马尾松)不同树种配置的杉阔混交林为研究对象,计算了角尺度、大小比数、混交度三个林分空间结构指标,全面分析了湖北省九华山林场不同树种配置杉阔混交防护林林分空间结构特征,结果表明:优势树种主要有杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.)、栎类(Quercus L.)及光皮桦(Betula luminifera)三种,并有少量马尾松(Pinus massoniana)散生于林内,生长优势也较弱。不同树种配置所呈现的林分空间结构也不相同。树种配置Ⅰ(杉木+少量栎类)的角尺度平均值为0.42,大小比数平均值为0.31,混交度平均值为0.18,林木空间分布格局和生长优势度均较好,但混交程度较弱,近乎杉木纯林,对应的生物多样性也会较小。树种配置Ⅱ(杉木+栎类+光皮桦)的角尺度平均值为0.5,大小比数平均值0.32,混交度平均数0.48,空间分布格局整体呈现随机分布;林木主要处于亚优势生长状态,混交度以中度-强度混交为主;而树种配置Ⅲ(杉木+栎类+光皮桦+马尾松)的角尺度平均值为0.58,大小比数平均值0.51,混交度平均数0.54,林木空间格局呈现聚集分布,生长优势水平中庸,为中度混交。全面分析林分空间结构,可以明确林分空间结构中存在的不合理情况,为合理择伐以及近自然经营提供科学依据,使该地区的杉阔混交林的多种功能得到可持续发挥。