鼎湖山锥栗粗木质残体的分解和元素动态

选取锥栗(Castanopsischinensis)粗木质残体(coarsewoodydebris,CWD)的3个径级(径级1-3分别为5-10cm,10-20cm和20-30cm),并且将每个径级的锥栗粗木质残体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5个分解阶段。通过测定锥栗粗木质残体3个径级的Ⅰ-Ⅲ阶段的7种化学元素(C、N、P、K、Ca、Na、Mg)的浓度和CWD密度变化来研究其分解过程中的元素动态、分解速率及其分解过程中基质质量的变化。到分解阶段Ⅲ时,3个径级的重量与原来相比分别损失了36%、48%和43%。元素N、P、Mg、Ca、Na的浓度升高。元素N的累积可能和锥栗粗木质残体中寄生着固氮细菌和真菌有关。元素P、Mg、Ca、Na的浓度升高则可能是由于这4个元素因淋溶流失的速度小于锥栗粗木质残体质量的损失速度,造成元素积聚,元素C、K的浓度降低。N/P比值是较好的分解指示指标。虽然存在元素的净释放,但是由于C和其它主要元素的释放速率较慢,因而锥栗粗木质残体是森林中重要的C库和长期的元素来源。     

不同坡位水曲柳木质部解剖特征及其与气候关系

随着气候变暖,东北地区暖干化加剧。为了解干旱胁迫对小兴安岭地区不同坡位水曲柳径向生长的影响,采用木材解剖学方法,分析了水曲柳木质部解剖特征对不同坡位水分变化的响应。结果表明: 上、下坡位水曲柳木质部解剖参数整体上变化趋势一致,导管数量呈线性分布,最大导管面积和总导管面积总体上呈对数分布,平均导管面积总体上呈偏正态分布。不同坡位多个解剖参数均存在显著差异,下坡位导管数量、导管面积总体上大于上坡位。大部分解剖参数与日积温呈显著正相关,但存在一定差异,上坡位水曲柳总导管面积与日均温呈正相关,导管数量、总导管面积与相对湿度呈正相关,相关性均大于下坡位。上坡位最小导管面积与日积温和相对湿度呈显著负相关;而下坡位,总导管面积与相对湿度呈显著正相关。气候暖干化会导致水曲柳导管面积和导管数量相对减少,但基本上不影响导管分布状况,上、下坡位导管分布基本一致。目前,气候暖干化未限制而是促进了水曲柳的径向生长。     

偃松次生木质部的结构及其对环境的适应

用光学显微镜,偏振光显微镜和扫描电镜野生与栽培偃松的次生木质部结构,研究表明,茎与要支条生长轮均呈现偏心生长、心;边材区明显,管胞具螺纹裂隙及径裂隙及径列条,胞间具明显的胞间隙。射线管胞分布于射线边缘或中间,或只由射线管胞组成低射线。横生树脂道位于纺锤形射线中,纵生树脂道的数目与生长轮宽度有负的相关性,交叉场纹孔式窗格状。野生的矮化偃松,表现出一定的应压木特征。     

中国亚热带山地植被垂直带分布对气候季节性的响应

根据植被研究的文献,收集了中国亚热带地区(23°-34°N)具有亚热带常绿阔叶林基带的49个山地的地理位置、气候因子、植被垂直带分布等数据;计算了不同山地基带的温度和降水季节性(分别以月平均温度和降水量的变异系数表示),以及气候季节性强度指数(以月平均温度和降水量的变异系数的乘积表示);最后分析了季节性强度与植被垂直带分布的关系。结果显示,中国亚热带地区北纬25°以南的所有山体缺少落叶阔叶林带,而北纬32°以北的则一定具有落叶林带;在中间地带,具有落叶阔叶林带的山体比例随纬度上升而上升。温度的季节性强度和气候季节性强度随纬度上升而增加,但降水的季节性强度与纬度没有显著关系。非参数相关分析表明,中国亚热带山地植被垂直带落叶阔叶林缺失与否与气候要素的季节性强度显著相关,即随山体的温度季节性强度和气候季节性强度的增加,山体拥有落叶阔叶林带的可能性增加。这种纬度梯度上的山体植被垂直分布格局(落叶阔叶林带存在与否)的变化与叶片水平上碳平衡模型的预测一致。     

锥栗不同树体结构对光的响应

为探讨锥栗树体结构与光能利用的关系,从而为栗园标准化管理及优质丰产栽培提供科学依据,以8年生华栗4号锥栗为试材,研究了锥栗不同树体结构的相对光照强度、光合作用及叶绿素荧光参数,阐述了不同树体结构对锥栗光合性能及产量的响应。研究结果表明:(1)3种锥栗树形(开心形、小冠疏层形及自然圆头形)树体的净光合速率日变化(P_n)呈双峰曲线型峰值均出现在10:00,次峰值均在14:00,其中以开心形树体10:00的P_n最大为9.97μmol m~(-2)s~(-1);(2)锥栗不同树体结构的光合参数差异显著,开心形锥栗树体叶片的最大光合速率和光饱和点显著高于其他处理,而光补偿点和暗呼吸速率显著低于小冠疏层形和对照处理,表明开心形树体的光合性能较强;(3)叶绿素荧光参数显示开心形锥栗树体电子传递速率(ETR)显著高于其它两种树形及对照;(4)锥栗不同树体结构光合性状与产量的相关分析表明单株产量与P_n、蒸腾速率(G_s)、PSⅡ潜在光化学效率(F_v/F_0)、ETR及叶绿素含量呈极显著正相关。综上,开心形锥栗树体在光能利用效率方面优于自然圆头形和小冠疏层形有利于锥栗增产。     

锥栗外生菌根际细菌对难溶性无机磷风化作用及其耦联碳酸盐形成研究

【目的】外生菌根真菌在菌根际塑造特异的细菌群落是从土壤中活化和获取不溶性矿质元素的一个重要途径。本研究旨在探究锥栗外生菌根际解磷细菌的组成及其解磷特性。【方法】通过溶磷圈法从锥栗菌根际分离解磷细菌,并运用16S rRNA基因测序进行菌株鉴定,采用液体发酵方式比较分析解磷菌对磷酸三钙和磷灰石的降解能力,利用扫描电镜和X射线衍射仪对风化降解产物微观形貌和晶体结构进行分析。【结果】分离获得5株高效解磷菌,经16S rRNA基因测序和比对分析,LSCh1、LSCh2和LSCh5菌株被鉴定为拉塔伯克霍尔德菌(Burkholderia lata),LSCh3和LSCh4被鉴定为副伯克霍尔德菌属(Paraburkholderia sp.)。解磷实验结果表明不同菌株对磷酸三钙的降解能力依次为LSCh3 (556.94 mg/L)＞LSCh2 (206.91 mg/L)＞LSCh1 (170.83 mg/L)＞LSCh5 (55.16 mg/L)＞ LSCh4 (14.21 mg/L),对磷灰石的降解能力依次为LSCh2 (51.33 mg/L)＞LSCh1 (43.51 mg/L)＞LSCh3 (40.99 mg/L)＞LSCh5 (1.11 mg/L)＞LSCh4 (1.00 mg/L)。【结论】LSCh3菌株不仅对磷酸三钙和磷灰石都具有较好的降解能力,而且能够诱导碳酸盐的形成。该菌株是一株具有重要潜在应用价值的植物促生菌,可用于促进植物磷营养和改善土壤质量。     

大小龄红松木质部解剖特征的年龄效应及其对气候变化的响应差异

树龄是影响树木生长的最重要因素之一。在气候变暖背景下,利用树干木质部解剖特征,分析不同树龄生长-气候关系,对准确评估树木对气候变化的响应和适应策略、预测气候变化下的森林动态至关重要。利用木材解剖学方法,比较了小兴安岭溪水地区针阔混交林内大、小龄红松(Pinus koraiensis)木质部解剖特征及其对气候变化的响应异同。结果表明:大龄红松主要管胞特征值随年龄增加而呈上升趋势,但小龄红松的变化趋势并不明显,两者均在1840-1890年和1980-2010年间出现剧烈的波动。大、小年龄红松部分管胞特征与气候因子的关系具有一致性,管胞数量和理论导水率分别与月最高温度负相关和正相关;总管胞面积(负相关)、理论导水率(正相关)、平均水力直径(正相关)与月最低温度的关系一致;理论导水率与月总降水正相关;管胞占比、平均管胞面积、理论导水率、平均水力直径均与平均相对湿度正相关,且大龄红松相关性更强。大、小年龄红松管胞特征与气候因子的关系的不一致表现在,大龄红松管胞占比、平均管胞面积、总管胞面积和平均水力直径与月最高温度正相关,而这些关系在小龄红松则表现为负相关。大龄红松管胞数量与7-9月最低温度正相关,而在小龄红松表现为显著负相关;大、小龄红松除理论导水率外其他管胞特征与降水关系基本相反,其中管胞数量的相关性更强;大龄红松与7月、9月、年总降水量显著正相关,而小龄红松与6月和年总降水显著负相关;与月平均相对湿度的相关关系大龄红松表现为正相关或不显著,而小龄红松呈负相关关系。温度是限制大、小龄红松管胞特征生长的主要气候因子,降水的影响相对较弱,平均相对湿度对大小龄红松的影响差异不大。近几十年,小兴安岭地区气候暖干化趋势逐渐增强,这种暖干化会造成大、小龄红松生长的响应差异。若气候持续变暖或加剧,小龄红松会出现严重生长衰退。     

胡杨木质部水分传导对盐胁迫的响应与适应

解析植物木质部导水率对逆境的响应和适应对促进植物抗逆性机理研究和受损植被恢复具有重要意义。该文以荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 系统分析了胡杨幼株根、茎、叶水分传输通道对不同浓度盐胁迫的响应和适应。结果表明: (1)胡杨幼株根系对盐胁迫的敏感性高于茎和叶, 盐胁迫下根系生长和根尖数显著受到抑制, 根木质部易于发生栓塞, 导水率明显降低。(2)胡杨幼株茎木质部导水率对盐胁迫的响应依盐浓度而定, 轻度(0.05 mol·L^-1 NaCl)和中度(0.15 mol·L^-1 NaCl)盐胁迫下, 胡杨可以通过协调导管输水的有效性和安全性来调节木质部的导水率, 维持植物正常生长; 重度(0.30 mol·L^-1 NaCl)盐胁迫下, 胡杨茎木质部导管输水有效性和安全性均明显降低, 木质部导水率显著下降, 并伴随叶片气孔导度的显著降低, 从而严重抑制了胡杨的光合和生长。     

锥栗自然居群遗传多样性的ISSR分析

采用20条ISSR分子标记对栗属中国特有种-锥栗(Castanea henryi)的16个自然居群进行了遗传多样性与遗传关系分析。在449份试材上共扩增得到379个位点,其中多态性位点378个,多态性位点百分率(PPL)达99.74%,平均期望杂合度(He)为0.2950,Shannon信息指数(I)为0.4522;居群水平遗传多样性为46.09%,且不同居群遗传多样性水平有较大差异,16个自然居群中以湘西居群的遗传多样性水平最高(PPL=53.30%,He=0.1861,I=0.2781),其次为靖州、庆元、昭通及都江堰居群,南平居群最低(PPL=36.94%,He=0.1202,I=0.1817)。Nei’s遗传多样性和AMOVA分析表明,居群间产生了较大的遗传分化(Gst=0.4466),锥栗自然居群内的遗传变异稍占优势(52.51%)。UPGMA聚类分析将16个锥栗居群分为2大类5亚类。湘西地区可能是锥栗的次生分布中心和现代遗传多样性分布中心,是锥栗研究的资源中心,也是最有价值的基因库,需要重点保护。     

黑龙江省玉米气候生产力演变及其对气候变化的响应

在气候变化背景下,深入揭示玉米气候生产力的变化趋势及其空间差异、明晰玉米气候资源利用规律,可为黑龙江省农业生产宏观决策提供科学依据.基于黑龙江省72个气象站1981—2014年的气象资料和对应的产量资料,采用逐步订正、空间插值、线性趋势分析等方法,研究玉米的光合、光温、气候生产力的时空变化特征、主要影响因素和增产潜力,并对未来不同气候情景下玉米气候生产力进行评估.结果表明: 研究期间,黑龙江省玉米光合、光温和气候生产力平均值分别为26558、19953和18742 kg·hm^-2;在空间分布上均表现为平原高山地低、由西南向东北逐渐减少;光合、光温、气候生产力均表现为显著增加趋势,其增幅分别为378、723和560 kg·hm^-2·(10 a)^-1,且辐射量和气温的增加对黑龙江省玉米生产具有正效应;玉米气候生产力对气候变化响应明显,松嫩平原西部因光能资源的减少导致玉米光合生产力降低,气温升高则在一定程度上弥补了光照带来的负面效应,玉米光温生产力下降趋势有所减缓,北部和东部对气候变暖的响应表现尤为明显,玉米光温生产力表现为明显上升趋势,而松嫩平原西南部及三江平原易旱区则对降水变化反映敏感;玉米实际单产与其气候生产力比率的平均值仅为24.1%,仍有75.9%的潜力有待开发;未来“暖湿型”气候对提高玉米气候生产力有利,而“冷干型”气候则不利于玉米气候生产力的提高.     

不同环境因子及破壳处理对锥栗种子萌发特性的影响

锥栗(Castanea henryi)是我国南方重要的木本粮食树种和特色果树资源,具有很高的食用及药用价值。为探明最适宜锥栗种子萌发的条件,该研究以当年采收的锥栗种子为材料,探讨了温度、光照、基质、基质含水量以及破壳处理等对锥栗种子萌发的影响,为锥栗种苗繁育提供理论基础。结果表明:(1)锥栗种子萌发的最适温度是25℃,其最终萌发率为92.67%,在其他温度条件下,锥栗种子的萌发率有所下降,但与25℃条件下的萌发率无显著差异。(2)黑暗条件可缩短锥栗种子发芽时间,明显提高种子的萌发率和发芽势,但黑暗条件下的种子胚根长度显著小于周期性光照条件下的胚根长度。(3)锥栗种子在泥炭土中的萌发率和发芽势均高于在河沙中的萌发率和发芽势,且泥炭土中种子胚根长度显著长于河沙中的种子胚根长度。(4)基质含水量对锥栗种子萌发率和发芽势无显著性影响。(5)种皮的机械阻碍是限制锥栗种子萌发的因素之一,破壳处理后,锥栗种子的发芽势和胚根长度与未破壳相比差异显著,实际生产中剪破种壳能加快种子的萌发进程。     

庐山香果树毛竹混交林空间格局研究

为了解庐山毛竹入侵对香果树的影响,采用Ripley’sK(t)函数分析香果树毛竹混交林群落空间分布格局和种间关联关系。结果表明:香果树幼树在较小的尺度上呈聚集分布,较大尺度上随机分布直至均匀分布;香果树成年树在较小的尺度上呈随机分布,较大尺度上聚集分布;毛竹在所有的研究尺度上为显著聚集分布,且随着尺度的增大,聚集强度增加。毛竹与香果树幼树在较小的尺度上没有明显关联性,在较大的尺度上呈显著负相关;毛竹与香果树成年树在一系列尺度上均表现为显著负相关。根据空间关联性分析结果,应从幼龄起对生长有香果树的森林群落进行必要的管理,伐除毛竹及一些影响较大的其它乔木树种,挖除地下竹鞭,为香果树提供良好的生长环境,进而恢复其种群的天然合理配置。否则,香果树这一珍贵的植物资源在庐山将有灭绝的危险。     

湖南大围山和八面山香果树种群的年龄结构和演替动态比较

选取湖南大围山和八面山3处典型的香果树(Emmenopterys henryi)群落,通过分析香果树种群的重要值、物种多样性、年龄结构,绘制生命表和生存曲线图,并与其他不同地区3处香果树群落进行比较,探讨不同纬度、不同立地生境对香果树种群的年龄结构和演替动态的影响。结果表明:(1)大围山上游香果树群落的优势种群为多脉榆(Ulmus castaneifolia)、香果树和青钱柳(Cyclocaryapaliuru);大围山下游香果树群落的优势种群为黄檀(Dalbergia hupeana)、香果树和油茶(Camellia oleifera);八面山香果树群落的优势种群为野核桃(Juglans cathayensis)、香果树和小叶青冈(Cyclobalanopsis myrsinifolia)。(2)大围山上游香果树群落共有维管植物60科96属118种,大围山下游香果树群落共有维管植物76科120属163种,大围山上游和下游香果树群落地理成分均表现为温带成分高于热带成分;八面山香果树群落共有维管植物61科95属108种,地理成分表明热带成分高于温带成分。(3)根据年龄结构和生存分析,香果树种群在不同的群落中所处演替阶段不同,大围山上游为衰退型种群,大围山下游为稳定型种群,八面山为增长型种群,均具有代表性。(4)经分析对比,纬度位置、岩石裸露度、郁闭度、群落内优势种群的生长状况和人为破坏程度等是影响香果树种群生长趋势的因素,建议对大围山的2个香果树群落应加强后续监测,并参照八面山的香果树种群生存状况针对岩石裸露度、郁闭度等进行适当人工干扰和管理,以保障香果树种群的健康生长。     

深挖垦复对锥栗重要农艺性状及土壤理化性质的影响

为探索锥栗林地高效的土壤管理方式,提升我国锥栗栽培管理技术水平,进而提高其产量、品质以及经济效益。该研究采用全垦和环垦两种方式对锥栗林地进行连续4年的深挖垦复,通过测定垦复前后土壤理化性质变化以及锥栗树体生长、叶片表型和生理特征、结果性状、产量及品质等重要农艺性状,统计数据并进行对比分析。结果表明:(1)深挖垦复对锥栗林地土壤理化性质改善效果显著,两种垦复方式土壤容重较垦复前降低31.21%及以上(0～30 cm处),土壤含水率、土壤孔隙度、有机质含量以及各种大量元素含量较垦复前和对照均有不同程度的增加,土壤肥力及其保水保肥能力显著增强。(2)环垦区土壤有机质含量、有效磷含量以及交换性镁含量高于全垦区,其土壤有机质含量较垦复前增加40.59%,远高于全垦增加幅度(17.76%),从土壤保肥能力的角度来看,环垦效果优于全垦。(3)土壤肥力的提升增强了其对锥栗叶片的供肥能力,使得叶片含水率、叶绿素含量以及各种矿质元素含量显著增加,从而提升其光合作用能力。(4)深挖垦复对锥栗树体生长、结实能力、产量及品质同样具有显著的提升效果,其中全垦和环垦区单位面积产量分别是对照的1.75倍和1.33倍,且栗苞总重、单果质量、出籽率、可溶性糖含量以及磷、钾元素含量显著高于对照,而空苞率显著低于对照。综上,深挖垦复是改良林地土壤和提高锥栗生产力的有效举措。     

板栗和锥栗同域居群的空间遗传结构

采用微卫星技术研究了板栗(Castanea mollissima)和锥栗(C. henryi)同域分布居群的空间遗传结构, 探讨了它们的遗传变异空间分布特征及其形成机制。结果表明,采用的7个微卫星在两物种中共扩增出173个等位基因,两物种都具有较高的遗传多样性且种间遗传分化水平较低(F_ST=0.051), 但空间自相关分析揭示板栗和锥栗在同域居群中具有不同的空间遗传结构,锥栗在100 m内有空间遗传结构,而板栗没有;同时,基于亲缘关系系数F_ij的Sp统计值也显示锥栗具有比板栗更强的空间遗传结构(板栗的Sp=0.002;锥栗的Sp=0.018)。居群遗传变异的空间结构是其传粉和种子散播及生境共同作用的结果,其中种子的近距离散播和居群密度可能是主要的因素。板栗和锥栗居群在小尺度上空间遗传结构的差异可能反映了它们种子的大小及扩散过程的差异。     

稀子蕨胞芽发育及营养器官的形态与解剖学研究

该研究采用形态观察法、石蜡切片法以及扫描电子显微镜法对稀子蕨(Monachosorum henryi)胞芽发育过程及营养器官进行观察分析,以揭示不同蕨类植物胞芽生殖在发育生物学上的异同,为进一步探讨蕨类植物胞芽发育与被子植物珠芽发育的异同等奠定基础。结果表明：(1)稀子蕨羽叶薄,由7~8层细胞组成,气孔分布于下表皮,无明显栅栏组织和海绵组织分化。(2)稀子蕨的叶轴含1束“心”形维管束,叶柄基部至中部含2束维管束;成熟根能看到明显的维管束组织,无髓。(3)稀子蕨的复羽叶发育过程可分为萌动期、卷拳期、展叶期、成熟期和衰老期;复羽叶上的胞芽发育从展叶期开始,包括胞芽原基发育期、胞芽分化期、胞芽膨大期和胞芽成熟期。(4)稀子蕨胞芽原基起源于叶轴与羽叶分叉处表皮细胞下的薄壁细胞层;胞芽原基分化出多个叶原基,整体呈指状“锚”状;胞芽成熟后掉落土壤或在母体上萌发生长出新叶。     

遮光对香果树幼苗光合特性及叶片解剖结构的影响

设置了全光照(L0)、透光率60%(L1)、透光率25%(L2)、透光率10%(L3)4种光环境,研究了不同遮光处理对香果树幼苗光合作用及叶片解剖结构的影响。结果表明:(1)遮光对香果树幼苗净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、气孔限制值(L_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸汽压亏缺(V_(pdl))均产生了显著影响。全光和L1处理下Pn和Tr日变化呈明显的双峰曲线,中午出现了明显的"午休",其余处理的变化相对缓和,双峰和"午休"现象不明显;G_s的日变化规律与Pn基本一致;C_i的日变化整体呈先期缓慢降低后期抬升的趋势,与对照相比遮光显著提高了叶片胞间CO_2浓度;Ls和V_(pdl)呈现出先升后降的弧形变化,并且遮光下L_s和V_(pdl)日均值显著低于全光照。一天中P_n和T_r的日均值大小排序为L1L0L2L3。(2)不同光环境下香果树幼苗的光合响应特征明显不同。全光下,香果树幼苗能够维持较高的净光合作用速率而未呈现明显的光抑制,表现出一定的光忍耐和喜光性。L1处理下的最大净光合速率(P_(max))、暗呼吸速率(R_d)和表观量子效率(AQY)显著增加,说明香果树对光强具有一定的可塑性,轻度遮光有利于光合效率提高;强度遮光(L2、L3)导致光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)显著降低,有利于充分利用弱光,但P_(max)、R_d明显下降,光合效率受到抑制。(3)遮光显著影响了香果树叶片的气孔分布。遮光条件下香果树叶片的气孔密度显著减小,气孔器长度、宽度与单个气孔器面积也呈现类似的变化。(4)遮光条件下香果树叶片厚度减小,上表皮增厚,下表/ST增加;维管束内单列导管数目和导管直径均有明显增大,促进了叶片水分传导运输。(5)在育苗生产中,为了适应香果树幼苗生长发育的需求,建议有效辐射强度保持在自然光强的60%以上。     

不同年龄香果树种子雨和种子库及其更新特征

对宝天曼自然保护区香果树种子雨、土壤种子库进行了观测,并进行不同微生境播种实验,研究其种子萌发及幼苗生长动态。结果表明:(1)不同龄级香果树种子雨持续时间及其高峰期有所不同,种子雨强度存在极显著差异。(2)20~50龄级香果树的种子饱满率、土壤种子库中种子密度均显著低于其他龄级,但其不同类型种子的水平和垂直分布规律一致;大约80%的香果树种子在其萌发前消失,剩余种子中以霉烂种子密度最高(9.81粒·m-2),饱满种子密度最低(1.94粒·m-2)。(3)野外育苗实验表明,不同龄级香果树所产饱满种子的萌发率及幼苗存活率差异不显著,其种子萌发率约为16.93%,但仅有3.86%的幼苗寿命超过5个月;不同微生境对香果树幼苗存活率产生显著影响,林窗是其最适宜微生境。研究认为,人工采集香果树种子,于次年4月份在原生境下播种;清理母树冠下和冠缘的地被物,增加林缘空地地被物覆盖度,以减少香果树种子的损失,改善香果树种子萌发和幼苗生长的光照条件,以利于幼苗根系的生长,促进香果树的自然更新。