凉水自然保护区红松树轮年表建立及特征年分析

以小兴安岭凉水自然保护区红松为样本,运用树木年轮学分析方法,建立了红松树轮宽度年表,并运用相关分析、单年分析探讨了其与该地区气温、降水等气候因子的关系。结果表明,小兴安岭凉水红松生长受气温和降水共同影响,且主要受生长季前冬末春初(2~4月)低温及生长季气温和降水限制:红松年表与上年6、7月份和当年2、4月份均温呈显著正相关,同时其与月最高温和最低温呈现出与月均温相关性相似的趋势,表明红松生长受生长季前及生长季气温影响较大。仅有6月份均温和最高温与红松年表呈现明显的负相关关系,当年3、6月份降水对红松生长产生明显的正影响,说明红松除受生长季气温影响外,还受6月土壤含水率的影响。6月份过高温度加速土壤蒸发、植物蒸腾,与7月相比6月份降雨明显偏少,无法弥补土壤水分损失,致使树木生长受水分胁迫从而形成窄轮。对红松生长最大年(2009年)和最小年(1921年)的单年分析也进一步验证了上述相关分析的结果。我们的发现说明,小兴安岭凉水地区红松树木生长主要受生长季及生长季前气温和降水综合影响,并受6月土壤含水率限制。     

兴安落叶松针叶解剖结构变化及其光合能力对气候变化的适应性

叶片易受环境因子影响,其形态解剖结构特征不但与叶片的生理功能密切相关,而且反映树木对环境变化的响应和适应。叶片结构的改变势必会改变树木的生理功能。同一树种长期生长在异质环境条件下,经过自然选择和适应,会在形态和生理特性等方面产生变异,形成特定的地理种群。另外,母体所经受的环境胁迫也会影响到其子代的生长、发育和生理等特征。因此,了解植物叶片形态结构对环境变化的响应与适应是探索植物对环境变化的响应适应机制的基础。兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)是我国北方森林的优势树种,主要分布在我国东北地区,但日益加剧的气候变化可能会改变其现有的分布区。为了区分叶片对气候变化的可塑性和适应性,本研究采用同质园法比较测定了6个不同气候条件下的兴安落叶松种源的32年生树木的针叶解剖结构和光合生理相关因子,利用石蜡切片方法分析了针叶的解剖结构特征、光合能力（Pmax-a）、水分利用效率（WUE）之间的关系及其对气候变化的适应性。结果表明：表皮细胞厚度、叶肉细胞厚度、传输组织厚度、维管束厚度、内皮层厚度以及叶片总厚度均存在显著的种源间差异（P < 0.05）。叶肉细胞厚度与Pmax-a、气孔导度和WUE之间均存在显著的正相关关系（P < 0.05）。叶肉细胞厚度、表皮细胞厚度、叶片总厚度以及叶肉细胞厚度和表皮细胞厚度在叶片总厚度中所占比例均与种源地的干燥度指数（即年蒸发量与年降水量之比）呈正线性关系。这些结果说明：不同种源兴安落叶松针叶解剖结构因对种源原地气候条件的长期适应而产生显著的差异,从而引起其针叶光合作用、水分利用等生理功能发生相应的变化,从而有利于该树种在气候变化的情景下得以生存和繁衍。     

黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制

刺槐是黄土高原广泛栽植的水土保持树种,然而人工刺槐林的树木个体生长衰退已经成为该区域开展植被恢复建设、实现森林可持续经营所面临的重大生态环境问题之一.目前人工刺槐林生长衰退的定义、界定标准、量化指标尚未形成统一标准.探讨刺槐生长衰退的机理不仅是植被恢复的理论基础,也是退耕还林还草工程持续开展的直接需求,具有实际价值和研究意义.通过汇集相关研究文献,综合国际和黄土高原关于森林生长衰退、死亡率增加的研究,从生态学(气候变化、土壤干化、群落结构失调、森林经营管理不当)和树木生理学(水力学故障、碳饥饿、遗传及分子调节)两个角度概述了黄土高原人工刺槐林生长衰退的机制以及取得的研究进展.最后提出黄土高原人工刺槐林生长衰退研究的不足,并对未来研究进行展望.     

叶序对复叶植物小叶性状变异及内在联系的影响

为了解复叶内小叶性状随叶序的分布格局,以小兴安岭3种具有对生叶序的复叶植物水曲柳、黄菠萝和胡桃楸为研究对象,通过测定复叶内不同叶序位置小叶的叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度(栅)、海绵组织厚度(海)、栅海比以及碳、氮、磷含量,探讨小叶性状随叶序的变异规律及叶序对小叶性状间内在联系的影响。结果表明：3种树小叶的叶面积、叶干物质含量、海绵组织厚度、栅海比随叶序的变化规律主要分为3种：增加、减小、先增加后减小;叶厚、比叶面积、栅栏组织厚度随叶序无明显变化;碳、氮、磷含量随叶序以无明显变化为主。3种树的复叶内部,叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比的变异系数和可塑性指数变化范围分别为6.1%～28.6%和0.14～0.70。叶序对小叶性状间的双变量相关关系产生显著影响,小叶干物质含量与比叶面积在水曲柳和胡桃楸不同叶序位置呈现负相关,氮含量与磷含量在水曲柳和黄菠萝不同叶序位置呈现正相关。胡桃楸的一、二级小叶(离叶柄基部最远端为一级小叶)表现为保守策略,七、八级小叶表现为获取策略,而水曲柳和黄菠萝不同叶序位置的小叶未表现出明显不同的生态策略。     

小兴安岭阔叶红松林地表甲虫Metacommunity格局

Metacommunity理论框架为理解生物群落的时空格局及其构建机制提供了一个强有力的方法。然而,少有研究揭示土壤动物metacommunity的格局及其构建机制,小尺度空间的研究更是少见。于2015年分别在凉水和丰林小兴安岭典型阔叶红松林长期动态监测样地内,通过空间直观定位调查监测的方法获得地表甲虫群落,揭示小尺度空间(300 m)地表甲虫metacommunity的格局,并进一步分析地形、土壤因子与这种metacommunity格局的相关性。结果表明:镶嵌型(nestedness)和随机型(random)是小尺度空间地表甲虫metacommunity的常见格局。地表甲虫的metacommunity格局具有类群依赖性,步行虫科和葬甲科多形成镶嵌型格局,而隐翅虫科则仅形成随机型格局。地表甲虫metacommunity格局具有季节波动性,在相对温暖的季节易形成显著的镶嵌型格局,而在相对寒冷的季节多为随机型格局。凉水和丰林地表甲虫的metacommunity格局没有明显差异。地形和土壤因子对地表甲虫metacommunity格局有重要的影响,该影响过程相对复杂,依类群和时间而异。本实验表明镶嵌型和随机型是小尺度空间小兴安岭典型阔叶红松林地表甲虫的常见格局,地形、土壤因子对这些格局的形成有重要的影响。     

基于根部年轮与导管特征的黄土高原苜蓿生长衰退分析

紫花苜蓿作为黄土高原退耕还林还草工程的重要人工草本物种,对控制水土流失、植被固碳和生态环境改善等方面都发挥着重要生态作用;但是苜蓿草地在黄土高原普遍出现生长不可持续的特征,在第6年左右植被出现明显生长衰退现象。本研究在黄土高原4个降水梯度(280、400、500 mm和550 mm)的地点采集紫花苜蓿和自然对照草本物种:委陵菜的根部年轮样品,并分析了紫花苜蓿与委陵菜的年轮宽度和导管大小随年龄的变化趋势特征及与气候要素的相关关系。研究结果表明:在气候暖干化环境下,紫花苜蓿和委陵菜的年轮宽度随年龄增加都有不断下降的趋势,且在降水量偏低样点下降更为显著,这是由于植株在降水量偏低地点易遭受严重水分胁迫,以致无法满足生长所需的水分而造成根部生长速率明显减缓。紫花苜蓿根部导管大小随年龄增加均有明显下降趋势,在降水量偏低的样点下降趋势更加显著;这表明水分胁迫随年龄增加逐渐加剧,紫花苜蓿导管大小逐年下降以致不能满足自身生长的水分需求,植被生长呈衰退趋势,且在降雨偏低地区,苜蓿生长衰退出现时间较早。自然草本委陵菜根部导管大小随年龄增加均有明显上升趋势且在降水量偏低样点上升趋势更显著,这表明委陵菜通过增大根部导管大小、增加输水能力来满足随年龄增加不断上升的水分需求,这也说明委陵菜导管结构特征较好的适应了黄土高原干旱半干旱环境,生长处于可持续发展状态。     

长白山原始针叶林沼泽湿地生态系统碳储量

采用年轮分析及相对生长方程法与碳/氮分析仪测定法,测定温带长白山沿湿地过渡带环境梯度依次分布的5种典型原始沼泽类型(草丛沼泽-C、灌丛沼泽-G、落叶松泥炭藓沼泽-LN、落叶松藓类沼泽-LX和落叶松苔草沼泽-LT)生态系统碳储量(植被和土壤)、植被净初级生产力与年净固碳量,定量评价温带森林湿地固碳能力及其长期碳汇作用,并揭示其沿过渡带水分环境梯度的空间分异规律。结果表明:①5种天然沼泽类型的植被碳储量(3.18±1.70)—(112.2±18.3) tC/hm~2沿过渡带环境梯度总体上呈递增趋势,针叶林沼泽显著高于C和G 12.2—34.3倍,G高于C 0.6倍,且LX和LT显著高于LN 0.3—0.6倍;②土壤碳储量(296.3±42.2)—(824.50±50.79) tC/hm~2沿过渡带环境梯度总体上呈递减趋势,C显著高于G和针叶林沼泽30.8%—178.3%(P0.05),G显著高于针叶林沼泽38.7%—112.8%,且LN和LT显著高于LX 32.8%—53.4%;③生态系统碳储量(408.42±57.53)—(827.52±50.96) tC/hm~2沿过渡带环境梯度总体上也呈递减趋势,C显著高于G和针叶林沼泽30.2%—102.7%,G显著高于针叶林沼泽21.5%—55.6%,且LN和LT显著高于LX 18.8%—28.0%;④5种沼泽类型的植被净初级生产力与年净固碳量分布在(5.74±0.08)—(10.98±1.67) t hm~(-2) a~(-1)和(2.44±0.03)—(5.17±0.83)tC hm~(-2) a~(-1),其中,LX和LT的植被净初级生产力显著高于C、G和LN 61.2%—91.3%和34.5%—59.6%;而在植被年净固碳量方面,3种针叶林沼泽类型均显著高于C和G 28.7%—111.9%和19.4%—96.6%。故长白山5种天然沼泽类型的植被净初级生产力与年净固碳量沿湿地过渡带环境梯度总体上呈现出阶梯式递增趋势,且仅有LX和LT达到了中国陆地植被及全球陆地植被平均固碳水平。因此,温带长白山沼草丛沼泽和灌丛沼泽长期碳汇作用强于森林沼泽,湿地碳汇管理实践中应重视草丛沼泽和灌丛沼泽的保护与恢复。     

锡林浩特多年生草本根部导管性状与植株生态策略的相关特征

干旱半干旱区植物的木质部输水系统对维持植物生长发育有重要作用。以中国干旱半干旱区的草本植物为研究对象,旨在探究草本物种根系导管解剖结构与植物生长之间的关系。用石蜡切片法,将在锡林浩特草原采集的草本物种的主根样品制作成切片,得到固定面积内导管解剖结构参量(导管数量、导管分数、平均导管面积、平均水力传导率和水力直径),然后用逐步回归法和Pearson相关分析各导管解剖性状与植物生长特征(年龄、生长速率和平均高度)之间的关系。结果发现(1)生长速率与导管数量(R=-0.494,P<0.01)和导管分数(R=-0.255,P<0.05)显著负相关,与平均导管面积(R=0.274,P<0.05)、平均水力传导率(R=0.263,P<0.05)和水力直径(R=0.245,P<0.05)显著正相关,表明生长快的草本具有大而少的导管,需要较高的水分传输能力,而生长慢的草本具有小而多的导管,水力安全性较高;(2)植株的高度与导管数量(R=-0.354,P<0.01)显著负相关,与平均导管面积(R=0.293,P<0.05)、平均水力传导率(R=0.289,P&l...     

基于辅助环境变量的土壤有机碳空间插值——以黄土丘陵区小流域为例

利用普通克里格法(OK)、反距离加权法(IDW)、径向基函数法(RBF)、基于土地利用类型修正的普通克里格法(OK_LU)4种插值方法,对黄土丘陵羊圈沟小流域的土壤有机碳含量进行空间插值。预测结果的准确性通过Pearson相关系数(R),平均绝对误差(MAE),均方根误差(RMSE),准确度(AC)来评价。研究结果表明:(1)在前3种常规空间插值方法中,OK对刻画区域土壤有机碳的空间分布趋势效果最佳,其预测MAE值和RMSE值均为最小,Pearson相关系数(R)和准确度(AC)最大,说明其预测结果的准确性最好、预测的极端误差也最小;其次为RBF;IDW预测的效果最差。(2)OK_LU在空间特征表达方面能够更好地反映复杂地形区的局部变异,其插值结果的精度相比OK有一定程度的提高,其平均绝对误差(MAE)从0.900%降到了0.567%,均方根误差(RMSE)从1.101%降到了0.777%,Pearson相关系数(R)从0.4026提高到0.5589,准确度(AC)从0.9081提高到0.9505。综合比较,在黄土丘陵地区,OK_LU能使插值结果的精度有较大提高,是土壤有机碳空间制图的有效途径。