环境因子对常绿阔叶树种脱耦联系数及冠层气孔导度估算的影响

精确模拟冠层气孔导度(G_S)对于评估区域蒸散具有重要意义。该研究选择两种常见的人工阔叶树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla, 外来种)和木荷(Schima superba, 本地种)作为研究对象, 利用K?stner法和修订的Penman-Monteith公式计算冠层平均气孔导度(分别定义为G_S1和G_S2)。研究还分析了环境因子对冠层脱耦联系数(Ω)的影响, 并用其来评价两种方法模拟的冠层气孔导度的合理性。结果表明, 两个树种冠层气孔导度均与气象条件耦合较好(尾叶桉: Ω = 0.10 ± 0.03, 木荷: Ω = 0.17 ± 0.03)。主成分分析显示, 光合有效辐射(PAR)以及水汽压亏缺(D)显著影响Ω的大小, 而风速(u)的影响较小。单因素分析则发现各环境因子与Ω之间的相关性并不显著。边界线分析表明D和PAR的增加使得Ω最终趋向于一个与树种有关的稳定值(木荷≈ 0.20, 尾叶桉≈ 0.05), 而Ω随u的增加呈幂指数下降。与木荷相比, 尾叶桉具有更高的气孔导度(尾叶桉和木荷的G_S2年平均值分别为(33.42 ± 9.37) mmol·m ^-2·s ^-1和(23.40 ± 2.03) mmol·m ^-2·s ^-1), 并且尾叶桉和木荷的G_S1与G_S2的线性拟合斜率分别为0.92 (R ² ≈ 0.70)和0.98 (R ² ≈ 0.76) , 表明G_S1比G_S2高估了冠层气孔导度。另外, G_S1和G_S2对水汽压亏缺的敏感性与参比气孔导度(G_Siref, D = 1 kPa时的气孔导度)的比值Pi与Ω紧密相关。根据统计, 尾叶桉和木荷的G_S1估计值在Ω = 0.05-0.15 (83.1%的数据)和0.10-0.20 (47.8%的数据)之间时是相对可靠的。     

华南地区常见树种导管特征与树干液流的关系

为探讨树木结构与功能的关系,对华南地区常见8种树木边材的导管特征进行观察,并利用Granier热扩散探针法测量干、湿季树干的液流密度,分析导管特征与树干液流的关系。结果表明,除红锥(Castanopsis hystrix)有两种导管外,大叶相思(Acacia auriculaeformis)、荷木(Schima superba)、火力楠(Michelia macclurei)、藜蒴(C.fissa)、马占相思(A.mangium)、柠檬桉(Eucalyptus citriodora)、尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)的导管类型单一。导管特征在种间存在明显差异,且导管长度、密度和孔径之间存在明显相关性,它们与标准化的边材面积呈现显著相关。湿季液流最大值与导管特征无明显相关性,但整树最大蒸腾速率与导管特征呈显著相关;树木的日蒸腾量与导管特征也有明显相关性。因此,树木的液流速率并不受树干的导管影响;而树干的导管孔径与边材面积间的负相关权衡机制,可以降低树种间由于导管孔径差异引起的树干的水分输送速率的差异性。     

华南丘陵植被恢复先锋树种木荷与马占相思的水分利用

利用Granier测定系统,对华南丘陵植被恢复先锋树种马占相思和木荷的树干液流分别进行4 a(2004—2007年)和5 a(2008—2012年)监测,比较不同龄级两树种的蒸腾量及其季节变化.结果表明: 马占相思和木荷的年蒸腾量均随树龄增加而增大,木荷蒸腾量的增加速度更快.木荷平均整树年蒸腾量为7014.76 kg,比马占相思(3704.97 kg)高;马占相思蒸腾量的季节变异(511.46～1802.17 kg)比木荷(1346.48～2349.35 kg)大.蒸腾速率(E_h)与光合有效辐射(PAR)、水汽压亏缺(VPD)的标准回归系数随土壤湿度的增加而增大,表明土壤水分的增加提高了植物对环境响应的敏感度.偏相关分析表明,土壤湿度的季节变异是导致两树种蒸腾量季节变化的最主要因素.木荷和马占相思的最适土壤湿度分别为0.22～0.40和0.29～0.30(V/V),表明与外来树种马占相思相比,乡土树种木荷对水分胁迫有更好的适应及调节能力.     

亚热带常绿阔叶林散孔材和环孔材树种导管及叶片功能性状的比较

植物导管结构特征对其自身的生存策略具有重要影响, 但目前对于亚热带常绿阔叶林树种这方面的认识仍然不足。为了研究这一地区的植物导管特征与叶片功能性状之间的关系, 该研究选择广东石门台自然保护区亚热带森林中两种优势种桂林栲(Castanopsis chinensis)和木荷(Schima superba), 通过比较旱季(10月至次年3月)两树种的导管形态特征、叶片形态特征、叶片生理特征来研究环孔材树种和散孔材树种的功能性状差异。用独立样本t检验对两个树种的这些性状进行差异性分析。结果表明: 1)木荷(散孔)导管密度显著高于桂林栲(环孔), 而桂林栲导管的直径远大于木荷导管的直径。2)木荷叶片含水量(LWC)、叶绿素a/b值显著大于桂林栲, 而气孔密度和比叶面积则显著低于桂林栲, 两者气孔导度和光合速率并没有显著差异。以上结果表明, 在亚热带森林中, 环孔材树种桂林栲在温度高湿度低的干旱条件下, 能够通过增加叶片比叶面积维持较高的光合能力, 而另一方面, 其叶片对干旱胁迫的耐受性较弱, 而散孔材木荷则具有较好的光能转化能力和干旱耐受能力, 这种差异性在降水格局变化逐渐加深的背景下, 可能会引起森林群落结构发生分化。     

模拟降雨格局变化对亚热带地区两树种液流特征的影响

在全球变化的影响下, 中国亚热带地区近几十年降水格局发生了急剧变化。这种变化对亚热带常绿阔叶林植物的生长和森林水分平衡的影响尚不清楚。为此, 该研究从植物整树蒸腾角度出发, 通过在天然次生林中进行人工隔除降雨模拟降水格局变化, 研究降水变化对植物水分利用的影响。试验于2012年9月至2014年12月在广东鹤山森林生态系统国家野外科学观测研究站内的常绿阔叶林内进行, 通过林下搭建遮雨棚, 截留干季(10月至次年3月)的降雨, 并在湿季(次年4至9月)等量返还到样地中, 在保证总降水量不变的前提下模拟干季更干、湿季更湿(DD)的降雨格局变化。在此期间对样地内的木荷(Schima superba)与火力楠(Michelia macclurei)树干液流特征进行连续监测。运用独立样本t检验对对照组(AC)两个树种间的平均最大液流通量密度(¯J_S)差异性进行分析, 并将DD处理下两个树种的¯J_S与AC进行对比, 来检验隔除降雨对森林蒸腾的效应。结果表明: 当光合有效辐射(PAR)大于1 100 μmol·m ^-2·s ^-1时, 对照样地火力楠和木荷的¯J_S分别为(49.5 ± 1.7)和(43.6 ± 2.0) mL∙m ^-2∙s ^-1, 且前者表现出对光合有效辐射(PAR)更强的敏感性。截留降雨处理开始后(2012-10), 两个树种DD与AC处理的¯J_S比值(DD:AC)均先减小后增加, 其中木荷的比值从处理前的0.74下降到了第1次截留降雨处理期(2012-10至2013-03)的0.68, 增加到了第2次截留降雨处理期(2013-10至2014-03)的0.93以及第3次截留降雨处理期(2014-10至2014-11)的1.04; 火力楠则从处理前的1.00下降到了第1次截留降雨处理期的0.94, 在第2次截留降雨处理期增长到1.06, 变化幅度小于木荷。此外, 在第3次截留降雨处理期, 木荷在相同的水汽压亏缺及PAR下能够保持更高的¯J_S。这些结果表明, 短期干旱事件会促使森林蒸腾急剧下降, 然而在长期干旱下, 植物会通过提高¯J_S来弥补干旱带来的损失, 而木荷由于具有较大的¯J_S可塑性, 从而使其在干旱条件下维持更高的水分传输速率。     

不同城市化梯度下木荷(Schima superba)功能性状差异

城市化过程会引起周边环境要素的改变,而这种变化是否会对植物功能性状产生影响目前尚不清楚。选择我国亚热带常绿阔叶林优势树种木荷（Schima superba Gardn.et Champ.）为研究对象,分别在杭州市中心（HZ）、郊区（FY）及偏远地区（JD）3个位置采集阴生和阳生枝条样品进行植物枝条功能性状测定,并对各功能性状在3个区域间的差异性以及阴生阳生枝条功能性状间的差异性进行双因素方差分析（Two-way ANOVA）和多重比较（Tukey法）,对所有区域的功能性状与环境气象因子进行相关分析。结果表明,从JD到HZ,阳生枝条水力结构性状枝条密度（ρ）,叶片比叶面积（SLA）及叶枝比（A_L∶A_S）逐渐降低,而边材导水率（K_S）则逐渐增加。而阴生枝条除了A_L∶A_S不受影响以外,其他水力结构性状也存在相同的变化趋势。在叶片气体交换能力上,阳生枝条叶片最大净光合速率（A_n）,蒸腾速率（E_l）以及气孔导度（g_s）均从JD到HZ逐渐增加,其中HZ的阳生枝条E_l是JD的2.8倍,而水分利用效率（WUE）以及¹³C同位素丰度（δ¹³C）则逐渐降低。阴生枝条除了A_n不存在显著差异以外（P > 0.05）,其他与阳生枝条也具有相同的变化趋势。此外,阳生和阴生枝条的对比结果表明,除了WUE和δ¹³C,两者的各功能性状均存在显著差异,并且阳生枝条对于城市化的环境效应的敏感性更高。植物水力结构性状和叶片气体交换功能性状之间存在显著相关性（P<0.05）,尤其是K_S与叶片气体交换能力（A_n,E_l）。而3个区域温度（T_a）和水汽压亏缺（VPD）的变化对植物水力结构性状的影响较大。这些结果表明,城市化会导致植物的生存策略向高气体交换能力-低水力安全阈值转变。