模拟氮沉降对杉木幼苗细根的生理生态影响

细根对氮沉降的生理生态响应将显著影响森林生态系统的生产力和碳吸存。为了揭示氮沉降对杉木细根的生理生态影响,对一年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗进行了模拟氮沉降试验,并测定施氮1年后杉木幼苗细根生物量、细根形态学特征(比根长、比表面积)、元素化学计量学指标(C、N、P、C/N、C/P、N/P)、细根代谢特征(细根比呼吸速率、非结构性碳水化合物)。结果表明:(1)杉木细根生物量随氮添加水平的升高而显著降低,尤其是0—1 mm细根生物量;细根比根长和比表面积随氮添加水平升高而显著增大。(2)氮添加后杉木细根C含量、C/N、C/P显著降低,高氮添加导致1—2 mm细根N含量和N/P显著升高,而低氮添加导致1—2 mm细根P含量显著升高、N/P显著降低,而0—1 mm细根的N、P含量则保持相对稳定。(3)氮添加后杉木细根比呼吸速率无显著变化,细根可溶性糖含量随氮添加增加而显著增加,而淀粉含量和NSC显著降低。综合以上结果表明:氮添加后用于细根形态构建的碳分配减少,这可能会减少土壤中有机碳的保留,0—1 mm细根的形态更易发生变化,但是其内部N、P养分含量相对更稳定以维持生理活动,细根NSC对氮添加的响应表明施氮可能导致细根受光合产物的限制。     

隔离降水对杉木幼树细根生理特征的影响

为揭示亚热带地区杉木(Cunninghamialanceolata)对干旱的响应机制,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站,对隔离降水环境下杉木幼树细根生理特征进行研究。结果表明,隔离降水处理的土壤湿度显著下降(P<0.05),但杉木细根超氧阴离子自由基、丙二醛含量变化不显著(P>0.05),表明其细根保持着低水平的膜脂氧化损伤;脯氨酸和谷胱甘肽含量较对照显著增加(P<0.05),并且过氧化氢含量也显著增加(P<0.05),意味着杉木受到一定程度的干旱胁迫并且进行自我调节;长期降水隔离导致的过氧化氢积累一定程度上促使谷胱甘肽显著提高,二者呈极显著正相关(P<0.01);内源激素中细胞分裂素、吲哚乙酸含量显著下降,与杉木生长调控未表现出明显相关性;超氧化物歧化酶活性较对照显著下降21.5%,过氧化物酶活性较对照显著提高16.7%,但抗氧化酶系统对杉木细根的水分缺失适应调控无显著影响。因此,50%降水减少条件下杉木能通过其细根的渗透物质和内源激素等非酶促物质进行综合调节,以有效适应土壤湿度的显著降低。     

增温及隔离降水对杉木幼树细根生物量、形态及养分特征的影响

为揭示全球变暖和降水格局改变对我国中亚热带地区森林生态系统地下生态过程的影响,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站内开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼树土壤增温和隔离降水双因子试验,研究增温和隔离降水在夏季对杉木幼树细根生物量、形态及养分特征的影响。结果表明,增温(+5℃,W)、隔离降水(–50%,P)和增温+隔离降水(WP)处理的细根总生物量分别比对照(CT)显著降低35.7%、51.7%和59.1%,P和WP处理的细根总生物量分别比W处理显著降低24.9%和36.4%;W、P和WP处理的0~1 mm细根比根长(specific root length,SRL)比对照均显著增加,而0~1和1~2 mm细根比表面积(specific root area,SRA)均无显著变化;与对照相比,W处理的细根N含量、C/N和δ¹⁵N均无显著变化,P处理的细根N含量和C/N分别显著增加和下降,WP处理的细根N含量和δ¹⁵N显著增加,而C/N显著降低。因此,未来在全球变暖和降水减少的双重环境胁迫下,调整表层细根形态特征可能不是杉木幼树的主要应对策略;而相较于温度升高,降水减少可能是影响杉木幼树细根生物量及表层化学元素分配的主要环境因子。     

土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木幼苗细根生产的影响

为了揭示我国最重要的人工林树种杉木对全球变暖和降水格局改变的地下响应及其适应性,在福建省三明市陈大国有林场开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温和隔离降水双因子试验,包括对照(CK)、土壤增温5℃(W)、隔离降水50%(P)和土壤增温+隔离降水(WP)4个处理,用微根管法探讨试验1a期间土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木幼苗细根生产量(以细根出生数量表征)的影响。双因素方差分析发现,土壤增温和隔离降水对细根总出生数量没有影响,但两者的交互作用则极显著。与CK相比,W细根总出生数量显著增加,而WP处理细根总出生数量则显著低于W处理和P处理。土壤增温、隔离降水与季节的重复测量方差分析发现,土壤增温×季节、隔离降水×季节对细根出生数量均有显著影响;与CK相比,W处理春季细根出生数量显著增加,P处理秋季细根出生数量显著增加,而WP处理夏季和冬季细根出生数量显著下降。土壤增温、隔离降水与径级的三因素方差分析表明,土壤增温×隔离降水×径级存在显著影响;0—1 mm径级细根出生数量W处理显著高于CK,但WP处理则显著低于W处理和P处理。土壤增温、隔离降水与土层的3因素方差分析表明,土壤增温、隔离降水与土层之间不存在显著的交互作用;仅在20—40 cm土层发现P处理细根出生数量显著高于CK。研究结果表明,土壤增温和隔离降水对杉木幼苗细根生产的影响存在显著的交互作用,这种交互作用还因不同的季节和径级而异。     

土壤增温对杉木幼苗细根生理生态性质的影响

为了揭示我国最重要人工林树种杉木对全球变暖的地下响应及其适应性,通过在福建省三明市陈大国有林场设置杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温实验(增温+5℃和不增温两个处理,各5个重复),用土钻法和内生长环法探讨土壤增温约1年后的杉木幼苗细根生物量和形态特征(比根长,SRL;比表面积,SRA),化学计量学特征(C、N、P)和代谢特征(包括呼吸和非结构性碳水化合物,NSC)的变化。结果表明:1)与对照相比,土壤增温处理0—1 mm细根生物量显著下降,1—2 mm细根生物量没有变化,细根形态亦未有显著变化;2)土壤增温处理细根N浓度显著增加,细根P浓度没有显著变化,细根C/N显著降低而N/P显著增加;3)土壤增温处理细根呼吸没有出现驯化现象,细根NSC显著下降。可见,土壤增温改变了杉木细根生物量分配格局,并引起一定的营养失衡和代谢失衡现象,从而对杉木生长和生产力产生影响。     

土壤增温对杉木幼苗细根呼吸和非结构性碳的影响

在福建省三明市陈大国有林场开展杉木幼苗土壤增温试验,采用内生长环法研究土壤增温(+5℃)对杉木幼苗细根比呼吸速率和非结构性碳的影响,分析杉木人工林对全球变暖的地下响应及其适应性.结果表明:增温第二年,土壤增温引起细根组织内非结构性碳水化合物(NSC)的较大变化,1月增温处理0~1 mm细根NSC和淀粉浓度下降,1~2 mm细根可溶性糖和NSC浓度下降;7月增温处理0~1 mm细根NSC、可溶性糖和淀粉浓度提高,使1~2mm细根淀粉浓度增加.增温第3年,土壤增温对细根NSC无显著影响.增温处理使0~1 mm细根比根呼吸速率在增温第二年7月增加,而在第三年7月下降;与0~1 mm细根相比,增温处理对1~2 mm细根比呼吸速率没有显著影响.细根呼吸对增温的响应与增温持续时间有关,随增温时间的延长,细根呼吸产生部分驯化,同时能够使细根NSC浓度保持稳定.     

土壤增温对杉木幼苗细根生长量及形态特征的影响

为了揭示杉木人工林对全球变暖的地下响应,在福建省三明市陈大国有林场开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温试验,采用内生长环法探讨增温实验开始后第2年(2015年1月、7月取样)和第3年(2016年1月、7月取样)杉木幼苗细根生长量和形态特征(比根长,SRL;比表面积,SRA;组织密度,RTD)的变化。结果表明:(1)随着苗木的生长,土壤增温对细根生长量的影响趋势是先抑制,再无显著影响,最后促进。(2)土壤增温对细根形态特征的影响在不同取样时间有差异:土壤增温对7月份(夏季)取样的细根SRL或SRA有显著促进作用,对1月份(冬季)取样的细根SRL、SRA均无显著影响。(3)土壤增温对第二、第三次取样的1—2 mm细根RTD有促进作用。表明土壤增温对杉木幼苗细根生长量的影响与苗木生长阶段有关;同时苗木可通过细根形态的调整(增大SRL和RTD)以适应土壤增温引起的土壤资源变化和环境胁迫,维持自身的生长。     

桢楠种源幼苗细根形态和生物量研究

为了解桢楠(Phoebe zhennan)不同种源细根形态和生物量分配的差异,采用全根调查的方法,对桢楠自然分布区13个种源2.5年生幼苗的细根形态和生物量进行了研究。结果表明,桢楠种源间各级细根的平均直径、总根长和表面积差异显著,在种源内细根的平均直径随根序的增加而增加,但根序间总根长和表面积差异规律不明显。根序生物量分配随根序增加而增加,1~4级根生物量分配分别为6.33%、14.47%、25.03%和54.17%。通过综合评价,以HT、LF、ES和WC种源的根系最优,具有较高的生长潜力。     

模拟氮沉降对杉木幼苗细根化学计量学特征的影响

为了揭示全球氮(N)沉降对杉木人工林细根碳(C)、N、磷(P)元素组成的影响,在福建三明陈大国有林场开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗模拟N沉降试验,设置了对照(CK)、低N(LN,40 kg N hm~(-2)a~(-1))、高N(HN,80 kg N hm~(-2)a~(-1))3个处理,每个处理5个重复。采用内生长环法通过2年4次取样探讨N沉降对细根C、N、P化学计量学的影响。结果显示:(1) N添加在2015年降低细根C浓度,此后低N处理无影响,高N添加在2016年增加了细根C浓度;高N添加提高了细根(特别是0—1 mm细根) N浓度,但低N添加则无显著影响,甚至在2016年7月显著降低细根N浓度; N添加在2015年对细根P浓度无显著影响,但在2016年导致细根(特别是0—1 mm细根) P浓度降低。(2)低N添加在2016年显著提高细根的C∶N比,而高N添加则在2015年1月显著降低细根的C∶N比;低N添加对细根N∶P比没有显著影响,而高N添加则在大部分取样时间里显著增加了细根N∶P比。(3)不同处理细根C浓度、C∶N比均随着时间的增加呈增加趋势,而细根N浓度和N∶P比呈降低趋势。本研究表明,N添加对杉木细根化学计量学特征的影响因不同N添加水平而异,并受苗木生长的稀释效应所调节。     

土壤和大气增温对杉木幼树细根生物量和叶片性状的影响

为揭示不同增温方式对杉木幼树细根生物量和叶片性状的影响,设置土壤增温(电缆增温4℃,不增温)×大气增温(开顶箱被动式增温,不增温)双因子实验,对杉木幼树细根生物量和叶片性状进行研究.结果表明:大气增温、土壤和大气同时增温使杉木细根总生物量显著减少,土壤增温后细根总生物量无显著变化;大气增温、土壤增温、土壤和大气同时增温...     

基于GIS和USLE的伊犁河谷土壤侵蚀敏感性评价

伊犁河谷是新疆重要的农牧业生产基地,水土流失是该地区最为严重的生态环境问题之一。本文以通用土壤流失方程USLE为计算模型,借助Arc GIS空间分析功能,选取降雨、植被、土壤、地形因子,并对方程中的可变因子降雨、植被进行季节区分,对伊犁河谷土壤侵蚀敏感性进行综合评价。受可变因子的影响,研究区土壤侵蚀敏感性在季节尺度上差异显著,主要表现为:伊犁河谷土壤侵蚀春季最敏感,秋季次之,夏季土壤侵蚀以轻度敏感为主;土壤侵蚀高敏感地区所占面积随季节推进逐渐缩减,春季、夏季、秋季,所占面积比例分别为32.2%、6.1%、6.0%;空间上,土壤侵蚀轻度敏感地区主要分布在河谷盆地及平原地区,中度、高度敏感地区集中分布在山前坡地,以及海拔1500 m以上、坡度20°左右的山区;在可变因子中,植被因子对土壤侵蚀敏感性的影响程度大于降雨因子。     

杉木幼苗和伴生植物细根对土壤增温的生理生态响应

为揭示全球变暖背景下杉木人工林幼苗与其伴生的其它植物间的对土壤养分的竞争关系和适应性,本研究采用埋设加热电缆进行土壤增温(+5℃)技术,在福建省三明市陈大国有采育场内建立杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗试验小区,包括对照(NW)与增温(WNW)处理(均不除草)。采用内生长环法与土钻法相结合,测定增温对杉木幼苗及伴生的其他植物(主要为山油麻Helicteres angustifolia、东南野桐Mallotus lianus)等细根生物量、呼吸、形态、及根组织氮浓度的短期影响。结果表明,(1)增温显著降低了杉木1mm细根生物量,而显著增加了其他植物1mm细根生物量。增温显著提高了其他植物1mm细根的氮浓度,显著降低了其比根长(SRL)和比表面积(SRA);同时降低了比根呼吸(参比温度18℃,SRR_(18)),表明细根呼吸对增温产生了驯化现象。而增温对杉木细根的氮浓度没有显著影响,却显著提高了1mm细根比表面积;同时增温对杉木SRR_(18)没有显著影响,表明杉木细根呼吸没有产生驯化现象。(2)SRR_(18)与比根长间的关系受到增温的显著影响,但树种以及增温×树种的交互作用没有显著影响,表明杉木和其他植物细根竞争能力与维持成本间的平衡关系均受到增温的共同影响。综上结果显示,相较于杉木,伴生的其他植物在增温环境中对地下资源的竞争具有更强的优势,能通过增加细根生物量迅速抢夺吸收因增温而加速矿化的土壤养分,同时通过生理和形态的调整,减少根系单位质量的维持成本,从而提高其对全球变暖的适应性;而杉木在增温条件下面临其他植物的强烈竞争,细根生物量降低,处于不利地位,为了满足生长所需,需增大比根长和比根表面积,且因细根呼吸没有产生驯化现象,从而增加了细根单位质量的维持成本,说明杉木对全球变暖的适应性低于其他植物。该研究结果对于全球变暖下杉木人工林的管理具有重要意义。     

亚热带杉木人工林土壤胞外酶活性对隔离降雨的季节响应

土壤酶在养分矿化过程中起着至关重要的作用,是预测土壤向植物提供养分能力的特殊传感器。土壤酶的催化、生产和降解速率受水分调节,而全球气候变暖所引起的降水减少将对中亚热带地区森林生态系统造成深刻影响,但是关于中亚热带杉木人工林土壤酶活性对降水变化响应的研究还是相对匮乏。通过隔离降雨模拟实验减少50%的降水,探究干湿两季中亚热带杉木人工林表层土壤的理化性质、胞外酶活性和有效养分对降水减少的响应。研究的胞外酶有:参与碳循环的β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、酚氧化酶(PHO)、过氧化物酶(PEO)。冗余分析结果显示:干季时的土壤酶活性主要是受土壤含水量、硝态氮和可溶性有机碳(DOC)的影响,湿季则主要受微生物量碳、DOC和铵态氮的影响。湿季的土壤酶活性总体大于干季的土壤酶活性。除了干季的酚氧化酶外,无论干季或是湿季,几乎所有土壤酶活性在降水减少后均有所提高,其中βG活性变化最为显著。这可能是因为中亚热带地区降水丰富,尽管进行了隔离降雨处理,但水分仍然未达到限制水平;也可能是酶活性对降水减少这种不利的环境变化做出的响应或适应策略。本研究也为未来气候变化降水减少下对预测碳循环和养分循环提供了一定的科学依据。     

大气和土壤增温对杉木幼苗叶片功能性状的影响

为了探讨杉木幼苗叶片功能性状对全球气候变暖的响应与适应机制,在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点,设置大气增温(开顶箱被动增温,不增温)×土壤增温(电缆增温4℃,不增温)双因子试验,对杉木幼苗叶片生理代谢、形态属性、化学计量学特征等功能性状进行为期1年的研究。结果表明,虽然土壤增温和大气增温对4月和7月的叶片净光合作用速率和水分利用效率没有显著影响,但土壤增温对11月的叶片净光合作用速率有显著促进作用,而大气增温和土壤增温对11月的水分利用效率有显著促进作用。大气增温显著增加比叶面积和叶含水率,并降低叶厚度;而土壤增温则对其均没有显著影响。土壤增温、大气增温均显著增加杉木叶氮浓度,但只有同时大气增温和土壤增温处理才显著提高叶磷浓度。研究结论表明,从叶功能性状角度看,同时大气增温和土壤增温可能更有利于促进杉木幼苗生长。