山东滨海盐碱地11个造林树种叶解剖特征对土壤条件的响应

叶片作为植物与大气环境连接的重要纽带, 对逆境具有强烈的响应。基于叶性状探讨植物对环境的适应机制对盐碱地植物群落构建具有指导意义。该研究以山东省滨海盐碱地3种不同土壤条件下的11个造林树种为对象, 通过对各树种叶解剖性状的测定分析, 阐明叶片功能性状与盐碱地土壤环境的关系, 以期为盐碱地植被修复与群落构建提供科学依据。主要研究结果: (1) 11个树种的叶片厚度较大, 栅栏组织发达, 紧密排列在叶肉近轴面, 呈3-5层。各树种叶片的栅栏组织与海绵组织厚度比值(PT/ST)普遍较高但差异较大, 可指示叶解剖特征在树种间的差异性。(2)不同树种的叶解剖结构在立地环境间具有显著差异, PT/ST可作为指示指标。(3)相关分析和冗余分析表明, 树种叶片解剖结构与立地土壤条件具有密切联系。PT/ST与土壤理化性质相关程度高, 且与土壤pH以及土壤电导率(25 ℃)均呈显著正相关关系, 与土壤硝态氮含量呈显著负相关关系。叶片特征和叶脉特征可解释叶性状随环境变异约84%的信息量。综上所述,叶解剖结构与盐碱地土壤条件存在密切关系, 基于叶解剖特征可进一步分析树种对盐碱环境的适应性, 并为盐碱地植物群落构建的树种选择提供科学依据。     

山东滨海盐碱地11个造林树种叶解剖特征对土壤条件的响应

叶片作为植物与大气环境连接的重要纽带,对逆境具有强烈的响应。基于叶性状探讨植物对环境的适应机制对盐碱地植物群落构建具有指导意义。该研究以山东省滨海盐碱地3种不同土壤条件下的11个造林树种为对象,通过对各树种叶解剖性状的测定分析,阐明叶片功能性状与盐碱地土壤环境的关系,以期为盐碱地植被修复与群落构建提供科学依据。主要研究结果:(1) 11个树种的叶片厚度较大,栅栏组织发达,紧密排列在叶肉近轴面,呈3–5层。各树种叶片的栅栏组织与海绵组织厚度比值(PT/ST)普遍较高但差异较大,可指示叶解剖特征在树种间的差异性。(2)不同树种的叶解剖结构在立地环境间具有显著差异, PT/ST可作为指示指标。(3)相关分析和冗余分析表明,树种叶片解剖结构与立地土壤条件具有密切联系。PT/ST与土壤理化性质相关程度高,且与土壤p H以及土壤电导率(25℃)均呈显著正相关关系,与土壤硝态氮含量呈显著负相关关系。叶片特征和叶脉特征可解释叶性状随环境变异约84%的信息量。综上所述,叶解剖结构与盐碱地土壤条件存在密切关系,基于叶解剖特征可进一步分析树种对盐碱环境的适应性,并为盐碱地植物群落构建的树种选择提供科学依据。     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

长白山白桦山杨次生林细根形态特征和解剖结构对氮沉降的响应

根系作为植物与土壤物质交换和养分循环的桥梁,长期以来一直是生态学研究的热点。于2017年7月植物生长季,对长白山模拟11年氮(N)沉降控制试验样地的白桦(Betula platyphylla)山杨(Populus davidiana)天然次生林进行了根系采样,并利用根序法研究了根系形态特征和解剖结构对不同梯度N添加处理的响应,旨在探求两物种根系之间潜在生态联系。本试验共设置了三个N添加梯度,分别为对照(CK,0 g N m~(-2 )a~(-1))、低N处理(T_L,2.5 g N m~(-2 )a~(-1))和高N处理(T_H,5.0 g N m~(-2 )a~(-1))。研究结果如下:1)T_L显著抑制白桦和山杨前三级细根皮层厚度的生长。白桦通过增加皮层细胞直径(一级根增加了72.77%,二级根增加了53.22%,三级根增加了39.96%)但减少皮层层数来降低皮层厚度,而山杨主要通过皮层细胞直径的减少(一级根下降了40.80%,二级根下降了28.17%)来降低其皮层厚度。2)T_H显著抑制山杨前三级细根生长。主要通过增加皮层厚度(一级根增加了68.78%,二级根增加了50.81%,三级根增加了88.53%)以及降低导管横截面积来抑制吸收养分,从而达到影响生长的目的。3)白桦T_H相比于T_L细根直径呈抑制生长状态。其主要通过抑制中柱直径(一级根下降了17.61%,二级根下降了16.89%,三级根下降了20.62%)的生长来实现。以上结果表明,在同一立地条件下,白桦和山杨的细根对不同浓度N沉降的响应方式不同。     

黄柳不同级序根的解剖结构及其细根的研究

采用石蜡切片法和徒手切片法对3年生黄柳不同级序的根进行解剖结构研究,并结合直径和根序对其细根进行定义,为沙生植物细根及其碳分配等相关研究提供依据。结果表明:(1)黄柳1、2级根为初生根,4、5级根为次生根,3级根为过渡型根。(2)黄柳根的初生木质部为三原型或四原型。(3)黄柳不同级序根的形态与解剖结构存在显著差异,随着根序的增加,根直径与维管柱直径逐渐增大;低级根直径主要影响因素为维管柱直径、皮层薄壁细胞直径和皮层层数;高级根直径主要影响因素为维管柱直径。(4)定义黄柳的细根为前3级根中未形成连续木栓层且直径小于0.7mm的根。该研究明确了黄柳不同级序根的解剖结构特征,并界定了黄柳细根的范围,其研究方法对于精确估计细根在生态系统中的作用具有重要的意义。     

黄土高原丘陵沟壑区主要造林树种细根生物量分布规律研究

以2 mm 为粗、细根的划分界限, 采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6 个主要造林树种细根分布进行调查研究, 同时测定不同树种林地下的土壤含水量。结果表明: 在垂直方向上, 随着土层深度的加深, 细根生物量均呈现出减小的趋势; 在水平方向上, 油松细根生物量呈现先增大后减小的二次多项式分布, 其余5 个树种细根生物量均呈现对数分布, 并且水平根系发达, 细根主要分布在冠幅半径2-3 倍左右的范围内,表明各植被通过水平扩张来获取土壤浅层的大气降水。各造林树种样地土壤含水量由生长季初期到末期呈现降低的趋势, 土壤含水量决定着细根生物量的大小和分布。     

不同植物种植对松嫩平原盐碱地土壤理化性质与细根生长的影响

土地利用方式如何影响土壤理化性质及其作用深度一直是土壤生态学的研究热点,但是对松嫩平原退化盐碱地的相关研究匮乏。以肇东实验林场为研究对象,对8种植被类型的3个土层0~60 cm进行采样,共测定13个相关指标,结果显示：不同植被对根系密度、土壤pH、速效磷含量、土壤含水量、电导率、有机碳含量、全氮含量具有显著影响：其中前3个在不同土层的种间差异显著不同,而其余4个指标在60 cm土壤内种间差异一致。具体表现为：0~40 cm水曲柳根系密度最大,但在40~60 cm草地根系密度最大;黄檗的pH值在0~20 cm最大,但是在40~60 cm最小,而草地的pH值在20~60 cm均大于其他植物种类;速效磷含量在0~20、40~60 cm均是樟子松最小,但在20~40 cm层樟子松速效磷含量最高。草地土壤含水量26.7%,显著高于其它,是落叶松的1.8倍,其土壤电导率为503.4 μs·cm^-1,明显大于其它各植被类型;杨树、樟子松的土壤有机碳含量显著低于黄檗、榆树、草地和水曲柳;土壤全氮含量最低的樟子松和杨树仅为草地的72.3%。所有其他养分包括全磷、全钾、速效钾不同植被间没有差异。上述结果说明,与原有植被草地相比,松嫩平原盐碱化土壤造林虽然能降低盐碱化,但同时对水分消耗较大,造林各个树种对土壤养分消耗相差不大,多体现在有机碳和氮。这些发现可为今后该地区种间差异比较、土壤肥力评价、土壤养分收支平衡等研究提供指导。     

岷江上游4个栽培树种细根功能性状垂直分布的差异性

细根(直径≤2 mm)功能性状及垂直分布格局是反映植物对土壤资源吸收策略和影响森林地下生态过程的关键。本研究以岷江上游4个人工林树种连香树(Cercidiphyllum japonicum)、白桦(Betula platyphylla)、华山松(Pinus armandii)和油松(P. tabuliformis)为对象,调查不同海拔树木细根功能性状及其在不同土层间的垂直分布格局,并分析细根功能性状分布与构型之间的相关关系。结果表明:阔叶树种比针叶树种有更大的根长密度、生物量、比根长和比表面积,而直径反之; 4个树种细根集中在0～20 cm土层,根长密度和生物量在较高海拔地段均显著大于较低海拔,且均随土壤深度增加而减少,但比根长、比表面积和直径无显著的海拔差异,随土层加深也无明显的垂直变化规律;针阔树种间的细根构型差异显著,但不受海拔差异的影响,阔叶树的细根分支强度与一级根数量显著大于针叶树种;一级根数和根尖密度与比根长以及分根比与根长密度和生物量均呈显著正相关,而分叉与几个细根功能参数均呈负相关;随着土层深度增加,细根总生长量明显减少,但细根资源利用效率和策略不变; 5个细根功能性状...     

氮有效性增加对细根解剖、形态特征和菌根侵染的影响

氮(N)有效性增加对森林生态系统结构和功能有重要影响.细根作为树木地下最为活跃的组分,其对N有效性增加的响应已成为森林生态学研究的热点.本文对N有效性增加条件下细根解剖构造、形态和菌根侵染的响应趋势及潜在机制进行了综述.N有效性增加导致细根皮层厚度、皮层层数和皮层细胞直径下降,外皮层上通道细胞数量减少,而中柱和木质部横截面积,以及导管(或管胞)直径、数量和壁厚度均增加,根解剖构造的响应与植物激素浓度变化有关;N有效性增加后菌根侵染率下降,比根长(单位根干质量的长度)在外生菌根树种中普遍下降,而在内生菌根树种中增加;根直径和组织密度的变化趋势则表现出较大的种间差异.这些个体根和树种水平上的结果对于理解森林生态系统水平上的碳和养分循环具有重要意义.最后,根据目前研究中存在的不足提出了今后的研究方向与问题.     

土壤水分对黄土高原主要造林树种细根表面积季节动态的影响

在黄土丘陵沟壑区陕西省安塞县,于2007年生长季内,采用根钻法对刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)林地的细根和土壤水分进行了动态调查。结果表明:生长季内,刺槐、侧柏、油松林地0-200cm土层的土壤含水量变动较大,此土层是树木细根表面积的主要分布层,分别有82.4%(侧柏)、86.5%(刺槐)和87.5%(油松)的细根表面积分布。侧柏、刺槐、油松细根表面积垂直分布与剖面土壤水分间呈显著的正相关关系(p0.05)。模型S=AhB(C+Dh+Eh2+Fh3)可以较好地拟合不同树种细根表面积的垂直分布,拟合决定系数R2均在0.85以上。刺槐、侧柏、油松林地土壤含水量的动态变化均表现为10月4月6月8月。刺槐、油松细根表面积在6月出现1个高峰,侧柏在6月和10月各出现1个高峰。树木细根表面积动态与土壤含水量的季节动态不完全一致。侧柏、刺槐、油松生长所需的水分约87%来自降水的补给。但是,总体上侧柏、刺槐、油松细根表面积与林地土壤含水量的相关性不显著(p0.05)。全面了解树木细根季节动态的机理,还需对水分、温度、养分和树种本身遗传特性等影响因子进行综合研究。     

太行山南麓山区不同植被恢复类型土壤理化和细根结构特征

在干旱半干旱地区,由于水分匮乏、土壤贫瘠等因素,将形成一定的裸地斑块,而这些斑块极易造成水土流失、滑坡等灾害,而具有不同植被覆盖的林地则能有效的保持水土。为完善干旱半干旱地区不同植被恢复类型下土壤理化和细根特征,选择太行山南麓山区具有代表性的裸露地、草地、荆条地、侧柏地、栓皮地和刺槐地等植被恢复类型,比较了各植被恢复类型下的土壤养分、粒径及细根状况等差异。研究表明:1)相对于裸露地,有植被覆盖的植被恢复类型拥有良好的土壤及细根状况。2)在不同植被类型中,刺槐林的有效氮转化速率较高;侧柏林有较高的细根参数;草地能够提高土壤中可吸收的磷组分。3)林地类型和土层均对土壤中含水率、黏粒、细根生物量和比根长产生极显著影响(P0.001)。4)各植被类型的对于土壤斑块的利用能力不同;不同植被类型中土壤及细根状况变化量具有一定的相似性,研究为生态恢复中植被类型的合理布局提供了新思路。     

海岸草本植物细根、叶片功能性状及其与土壤因子的关系

植物根、叶是对环境敏感性最高的器官,探究根叶功能性状之间的相互关系以及对环境因子的响应,有助于揭示植物对资源的利用状况及其对环境的适生策略。为探讨沿海植物的适应策略,该文以平潭岛砂质海岸草本植物为研究对象,由海及陆设置了3个距离梯度,选取6个叶功能性状和5个细根功能性状指标,分析海岸植物叶片与细根功能性状及其对土壤因子的响应。结果表明:(1)根、叶功能性状变异系数幅度在潮间带最小,在距高海潮线30～60 m的梯度上最大。单叶面积、叶磷含量、根平均直径、根组织密度、根磷含量随着由海到陆的距离增加呈上升趋势; 叶干物质含量、叶组织密度、比根长、比根面积呈下降趋势。(2)植物通过性状组合,在生长与防御间进行资源分配的权衡,表现在叶性状间、根性状间以及根-叶性状间具不同程度的相关性。其中,在地上-地下对应性状中,叶厚与根平均直径、叶磷含量与根磷含量呈极显著正相关; 而比叶面积与比根面积、比根长,叶组织密度与根组织密度均未表现出显著的相关性。(3)土壤因子对海岸植物功能性状变化的解释度为52.05%,其中土壤含盐量的影响最大,其次是土壤含水量、电导率、pH值。总体而言,在恶劣的海岸环境下,由海向陆土壤含盐量、电导率、含水量及pH值逐渐下降,整体为低磷高盐碱,植物表现为不同的生存策略:距海近的植物采取“叶片资源保守型、根系资源获取型”策略; 距海远的植物则采取“叶片资源获取型、根系资源保守型”。该研究结果为了解海岸草本植物对环境梯度变化的响应机制和适应性提供了一定参考价值,同时也利于通过分析土壤等环境特性按梯度筛选栽种适宜的物种,促进海岸植物的恢复和保护。     

不同恢复类型植被细根分布及与土壤理化性质的耦合关系

针对陕北典型黄土丘陵区吴起县主要人工造林和自然封育植被恢复类型,确定5、15年和40年不同退耕年限下的沙棘、山杏及自然恢复草地样地,进行剖面采样,分析不同植被恢复类型下细根生物量、土壤理化性质,研究了不同恢复类型和不同年限植被细根生物量与土壤理化性质随时间的变异规律及耦合关系。结果表明,(1)总体上,主要造林树种和退耕自然封育草地细根生物量都随林龄和退耕年限的增长呈增加趋势,同年限人工造林树种细根生物量大于自然恢复的草地,不同植被群落细根生物量均表现出随着深度的增加呈指数递减规律。(2)自然封育的草地生态系统土壤含水量大于人工山杏林和沙棘林。人工造林和自然封育植被恢复下,土壤团聚体稳定性都随退耕年限的增加而增强,有机质、全氮、全磷含量也都呈增加趋势,土壤平均含水量则呈减小趋势。(3)细根生物量与土壤容重和团聚体稳定性显著相关,植物细根在土壤结构改善中起到了重要作用。     

等距开槽结合施用石膏改良苏打盐碱土

采用田间小区试验,研究了等距开槽结合施用石膏对东北松嫩平原西部苏打盐碱土的改良效果。结果表明:等距开槽(20～40cm心土层开槽,槽间距1m)能有效降低开槽点的土壤紧实度,对槽间土壤紧实度也有一定的降低作用,且与对照(不开槽)紧实度的差异达到极显著水平;等距开槽必须结合石膏才能改善土壤的化学性质,加石膏与未加石膏处理的pH和碱化度达到差异显著水平,而电导率值在处理前后差异不显著,开槽松土处理对槽内土壤化学性质改善效果不明显;磷石膏与脱硫石膏在改土效果上差异不显著,石膏配合开槽能有效改善土壤理化性质和植物生长状况,且对槽间土壤改良和植物生长均有一定的促进作用。     

河滨湿地不同植物群落根系分布特征与土壤理化性状的关系——以黄河中游荥阳段为例

在黄河中游郑州荥阳段,选择了5种河滨湿地植物群落进行根系和土壤性状特征研究,以期阐明不同植物群落的根系分布规律与土壤性状的关系,为河滨湿地植物群落组成以及土壤质量恢复提供科学参考。结果表明(1)在0—40 cm土层,根生物量密度与根长密度的平均值均表现为：芦苇群落(Phragmites australis)和芦苇-狗牙根(Cynodon dactylon)群落均大于芦苇-拂子茅(Calamagrostis epigeios)-狗牙根群落、拂子茅-狗牙根群落、拂子茅-狗牙根-水莎草(Juncellus serotinus)群落。拂子茅-狗牙根、芦苇-拂子茅-狗牙根、拂子茅-水莎草-狗牙根三种植物群落类型下根生物量密度、根长密度在0—20 cm表层土壤较大,芦苇群落和芦苇-狗牙根群落的根生物量密度、根长密度在10—40 cm的土层较大。(2)黄河河滨湿地芦苇群落、芦苇-狗牙根群落的土壤以粉粒为主,拂子茅-狗牙根群落、芦苇-拂子茅-狗牙根群落、拂子茅-狗牙根-水莎草群落的土壤主要以砂粒为主。在0—40 cm土层,芦苇群落、芦苇-狗牙根群落的土壤含水率、土壤有机质、有效氮和有效磷含量均显著高于...     

晋西黄土区土壤理化特征对长期植被恢复的响应

晋西黄土区具有典型的残塬沟壑地貌特征,该地区植被恢复时间较长,探究植被恢复对土壤理化性质的长期影响,以及开展环境因子长期定位观测,对实现区域生态修复与保护具有重要意义。以晋西黄土区四种典型植被恢复林地(辽东栎次生林地、刺槐人工林地、油松人工林地、侧柏人工林地)为研究对象,测定2006年、2012年、20017年不同土层(0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm、80-100 cm)土壤理化性质(有机碳、全氮、全磷、全钾、酸碱度、土壤容重、砂粒、粉粒、黏粒),采用主成分分析、冗余分析、相关性分析等统计方法,探讨长期植被恢复下土壤中各因子的变化和相互作用规律,分析不同植被类型对土壤属性时空异质性的影响。结果表明:在长期植被恢复过程中,不同林分土壤有机碳和全氮含量会表现为初期增加,然后下降。土壤全钾和全磷含量则是先减少后增加,植被恢复增强了土壤有机碳和全氮的积累。土壤的酸碱度、容重、砂粒、粉粒、黏粒的变化则不明显,这些属性在植被恢复期内受到的外部影响较小。总体来说,长期植被恢复增加了土壤养分含量、土壤砂粒、土壤粉粒,降低土壤容重、土壤黏粒。相比人工林,辽东栎次生林改善土壤结构、增加土壤肥力的效果最好。冗余分析表明,不同植被类型长期恢复条件下,影响土壤养分含量最主要的属性存在差异,刺槐的土壤粉粒、侧柏的土壤容重对多年土壤养分变化的贡献度最高。本研究结果可为黄土残塬区的长期植被恢复实践工作的生态效益评估提供数据支持和理论依据。     

降雨量改变对黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸的影响

全球变化背景下,降雨模式变化造成土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要驱动力。但滨海湿地如何响应降雨模式变化,进而引起生态系统蓝碳功能改变的机制尚不清楚。依托黄河三角洲滨海湿地增减雨野外控制试验平台,采用土壤碳通量观测系统(LI—8100)对湿地土壤呼吸速率进行监测,探究了2017年黄河三角洲滨海湿地土壤呼吸及环境、生物因子对减雨60%、减雨40%、对照60%、对照40%、增雨40%、增雨60%等变化的响应及机制。结果表明:1)随着降雨量增加,湿地土壤温度逐渐降低;同时增雨和减雨处理均显著提高了湿地土壤湿度(P0.05)。(2)降雨量变化显著影响湿地植被物种组成、地上和地下生物量分配以及植被根冠比(P0.05)。增雨40%和增雨60%均显著提高了湿地植物种类和植被根冠比,但同时显著降低了湿地植被地上生物量。此外,增雨40%和减雨60%处理均显著提高了湿地植被地下生物量。(3)降雨量变化对2017年湿地季节土壤呼吸无显著影响,但在湿地非淹水期,增雨60%和增雨40%均显著提高了湿地土壤呼吸速率(P0.05)。(4)2017年湿地不同降雨处理的土壤呼吸与土壤湿度均呈二次曲线关系(P0.05),相关系数随降雨量增加而降低;同时在非淹水期不同降雨处理的土壤呼吸与土壤温度均指数相关(P0.05),土壤呼吸温度敏感性(Q_(10))随降雨量增加而增大。在淹水期不同降雨处理土壤呼吸与土壤温度无显著相关关系。(5)淹水期土壤呼吸速率与地表水位呈指数负相关(P0.001)。     

植被恢复十年喀斯特坡地细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响

土壤碳氮存留与可利用性对恢复生态系统的稳定性和可持续性产生重要影响,研究其细根控制过程对深入理解植被恢复的作用及其针对性应用具有重要意义。依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站10年植被恢复平台,通过分析8种植被恢复模式植物（细根生物量、δ¹³C、δ¹⁵N）、土壤（有机碳、总氮、δ¹³C、δ¹⁵N、团聚体、砂粒、交换性钙、可溶性有机碳和氮、铵态氮、无机氮、微生物生物量碳和氮）理化性质的变化和关系,阐明细根对土壤碳氮存留与可利用性的影响。研究结果表明：细根对土壤碳氮存留的影响可能主要基于对土壤团聚体结构的改善,加强了对土壤原有机碳、氮的保护和存留,而细根有机质输入的影响是较弱的;细根可能通过影响微生物调控土壤可利用性碳和氮;因高的细根生物量和固氮植物,封育林和刈割草地模式具有较高的土壤碳氮存留效应。综上所述,喀斯特植被恢复过程中细根对土壤碳氮存留与可利用性产生积极的影响。因此,石漠化生态工程治理可以考虑根系发达与固氮植物共同引种。