温带不同材性树种树干非结构性碳水化合物的径向分配差异

温带森林不同树种具有不同的非结构性碳水化合物(NSC)存储和利用策略, 树干是成年树木NSC主体储存库。但树干NSC径向变异和种间差异仍不清楚, 无孔材(裸子植物)、散孔材和环孔材(被子植物)所代表的木材孔性功能群对树干NSC浓度的影响尚缺乏定论。为探索温带森林主要树种树干NSC浓度随树木木材孔性和组织的变化特征, 该研究在黑龙江省穆棱市的东北典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林中选择32个树种, 采集胸高位置树皮、边材和心材3种组织, 分析NSC浓度随木材孔性和组织的变化特征。结果表明: (1)树种、组织和木材孔性均显著影响树干的NSC浓度。3种组织可溶性糖、淀粉、总NSC浓度和糖/淀粉的种间变异较大, 变异系数最低为37% (树皮总NSC浓度), 最高达到101% (心材淀粉浓度), 树干组织、树种及其交互作用均显著影响NSC浓度。(2)总体上可溶性糖、淀粉和总NSC浓度均随径向深度增加而降低。无孔材树皮的可溶性糖浓度和糖/淀粉显著高于散孔材和环孔材, 而边材中的淀粉和总NSC浓度为环孔材>散孔材>无孔材。(3)无孔材可溶性糖、淀粉和总NSC浓度边材和心材比均在1左右, 显著低于散孔材和环孔材, 而且无孔材边材和心材之间淀粉浓度相关较紧密, 表明被子植物的边材、心材功能分化较裸子植物更为明显。研究结果表明木材孔性影响了温带树种树干NSC存储策略, 研究整树NSC以及树木生理生态学功能需要区分树干组织。     

沙地樟子松幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以2年生沙地樟子松幼苗为对象,通过持续自然干旱处理,研究当土壤含水量下降到田间持水量的60%、40%、30%、20%和15%时幼苗叶片水势及不同器官(一年生叶、当年生叶、茎、粗根和细根)的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)的含量,分析沙地樟子松幼苗在干旱致死过程中各器官NSC的分配规律及其适应机制.结果表明: 土壤含水量从田间持水量的40%下降到15%,幼苗叶片凌晨及正午水势无显著变化.当土壤含水量从田间持水量的60%下降到30%,各器官可溶性糖、淀粉、NSC含量和可溶性糖/淀粉先下降后上升.从30%下降到20%,当年生叶、一年生叶、茎和细根可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,而粗根可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.从20%下降到15%,当年生叶、一年生叶和茎可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,粗根可溶性糖和NSC含量下降,淀粉含量上升,细根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加.沙地樟子松幼苗通过不断调整各器官NSC及其组分含量变化以适应不同干旱环境,土壤含水量下降到田间持水量的30%后,幼苗可溶性糖和NSC含量总体呈下降趋势,淀粉在粗根和细根中积累,幼苗可能因碳耗竭而死亡.     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

平潭岛海岸三种典型沙生植物非结构性碳水化合物含量特征研究

非结构性碳水化合物(non-structural carbonhydrate,NSC)作为光合作用的主要产物,其含量多少可反映植物整体的碳收支平衡关系及对外界环境胁迫的适应策略。该研究采用改进的苯酚-浓硫酸法对福建省平潭岛海岸处于生长旺盛期的3种典型沙生植物木麻黄、单叶蔓荆和老鼠艻茎叶的NSC及其组分含量进行测定。结果表明:(1)单叶蔓荆叶片、茎干可溶性糖含量均最大,分别为(137.83±3.75)、(90.74±2.65)mg·g~(-1),老鼠艻叶片、茎干淀粉含量均最大,分别为(105.41±2.49)、(120.48±7.67) mg·g~(-1),二者茎叶NSC含量均大于木麻黄,且全部达到显著水平(P0.05)。(2)沙堆表面老鼠艻叶片NSC及组分含量从雏形、发育到稳定阶段变化不明显,但茎干NSC及组分含量在雏形阶段沙堆表面显著大于其他两个演替阶段(P0.05),且依次呈现下降趋势。(3)从幼龄林、中龄林到成龄林阶段,木麻黄NSC含量呈现先上升后下降趋势,其中成龄林叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量、茎干可溶性糖和NSC含量均显著低于其他两个生长阶段(P0.05)。(4)不同沙生植物对环境胁迫的适应策略各异,海岸沙丘表面植被恢复应充分考虑物种特性及其更新。     

秦岭东段不同海拔栓皮栎粗根非结构性碳水化合物含量的季节动态

掌握树木根部碳存储规律对于准确估算碳在地上器官与地下器官间的分配非常必要.本研究以栓皮栎(Quercus variabilis Blume)为对象,在2016年5月-2017年6月,通过周期性采样方法(共计采样14次),测定了高、低海拔(970和650 m)栓皮栎粗根非结构性碳水化合物(non-structural c...     

亚热带同质园11个树种新老叶非结构性碳水化合物含量比较

叶片中非结构性碳水化合物(NSC)不仅是植物维持代谢活动的重要物质基础, 也随凋落物归还土壤并为土壤微生物提供碳源, 对凋落物分解和土壤有机质形成具有重要意义。该研究比较了同质园中11个亚热带代表性树种新鲜叶与凋落叶NSC (可溶性糖、淀粉)含量。结果表明, 所有树种新鲜叶NSC含量均显著高于凋落叶, 新鲜叶中NSC含量为68.7-126.3 mg∙g^-1, 而凋落叶中NSC含量为31.4-79.5 mg∙g^-1。同时, 可溶性糖含量在新鲜叶和凋落叶中的变化幅度均远大于淀粉: 可溶性糖在新鲜叶中的平均含量是凋落叶的3.3倍; 而淀粉在新鲜叶中的平均含量仅为凋落叶的1.2倍。另外, 对不同功能类群的比较发现, 常绿阔叶树种与落叶阔叶树种NSC含量差异并不显著, 而针叶树种NSC含量明显低于阔叶树种。具体表现为: 在新鲜叶中, 常绿阔叶、落叶阔叶树种NSC含量平均为99.7和96.8 mg∙g^-1, 而常绿针叶树种平均为75.4 mg∙g^-1; 在凋落叶中, 常绿阔叶、落叶阔叶树种NSC含量平均为47.2和50.7 mg∙g^-1, 而常绿针叶树种平均为33.3 mg∙g^-1。这些结果表明, NSC作为林木碳代谢组分, 在叶片衰老前可能向新鲜叶转移, 反映了林木叶片碳存储策略。然而, 不管是新鲜叶还是凋落叶, 杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)等针叶树种叶片NSC含量显著低于阔叶树种, 这可能降低这些针叶树种凋落叶初始基质质量。     

三个亚热带森林优势种凋落物非结构性碳水化合物含量的季节动态

非结构性碳水化合物(NSC)是凋落物中的易分解组分,在凋落物分解早期快速释放进入土壤并被微生物利用,参与森林土壤生物地球化学循环,因此新鲜凋落物中NSC变化规律是认识森林土壤碳和养分循环的关键之一。选取亚热带常绿阔叶林优势树种米槠(Castanopsis carlesii)和主要造林树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,分析其新鲜凋落叶和凋落枝中NSC(可溶性糖和淀粉)含量的动态变化规律。结果表明：凋落物中NSC含量在不同月份表现出明显的时间动态,米槠、杉木和马尾松凋落叶和凋落枝中NSC含量总体上在11—12月呈上升趋势,而在2—6月呈缓慢下降趋势。不同类型的凋落物NSC含量存在显著差异,米槠、杉木和马尾松凋落叶中NSC含量分别为3.03%—3.56%、2.18%—4.37%、3.38%—4.89%,凋落枝中NSC含量分别为1.87%—4.22%、2.88%—4.28%、2.75%—5.27%,米槠和马尾松凋落叶中NSC含量高于凋落枝,而杉木凋落枝中NSC含量高于凋落叶。不同树种凋落物NSC含量差异显著,米槠和...     

干旱对兴安落叶松枝叶非结构性碳水化合物的影响

降水格局的变化以及极端干旱的频繁发生是全球气候变化的重要特征之一。为了揭示干旱对树木碳代谢的影响,通过控雨试验研究兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)枝叶的非结构性碳水化合物(NSC)及其组分(可溶性糖和淀粉)的浓度对降水减少的响应,探索枝叶NSC浓度与土壤含水率的关系。控雨试验包括减雨100%(100%RE)、减雨50%(50%RE)和对照(CK)3个处理;控雨时期为2012年生长季(6月至8月)。结果表明,叶NSC浓度对干旱处理的响应比枝更显著。控雨处理对枝叶总NSC浓度影响不显著(P0.05),试验期间叶总NSC平均浓度变化在9.45—14.12 mg/g范围内;枝总NSC平均浓度变化在7.72—9.26 mg/g之间。然而,不同处理之间的叶片可溶性糖浓度差异显著。100%RE最高(8.98±0.31)mg/g、50%RE次之(8.45±0.13)mg/g、CK最低(7.73±0.32)mg/g。相反,叶淀粉浓度以CK最高(2.99±0.22)mg/g、50%RE次之(2.68±0.32)mg/g、100%RE最低(2.63±0.17)mg/g。叶可溶性糖与淀粉浓度的比值的大小顺序为:CK(2.27)50%RE(2.51)100%RE(3.70)。叶可溶性糖浓度、可溶性糖浓度和淀粉浓度的比值与土壤含水率呈显著的负相关关系(P0.05),而叶淀粉浓度有随土壤含水率升高而增高趋势,但相关关系不显著(P0.05)。叶NSC总浓度、枝NSC及其组分浓度与土壤含水率的关系均不显著(P0.05)。研究表明,短期干旱对兴安落叶松树体内总NSC浓度的影响不显著,树木可以通过将淀粉转化成可溶性糖的方式维持其正常的呼吸作用等生理活动。     

汶川大地震灾后不同滑坡体上柏木体内非结构性碳水化合物的特性

"5.12"汶川大地震不仅直接摧毁森林17.3万hm2,还通过对土壤和林内生境的剧烈改变对现存森林造成潜在威胁。以地震重灾区北川的主要分布树种柏木为研究对象,在2009年6月初(夏初)和10月初(秋季)两个时期,对不同类型柏木林的叶、枝、根可溶性糖和淀粉含量进行测定分析,旨在认识震后初期柏木对逆境胁迫的生理响应,为研究大地震对植物体内碳水化合物的影响和对逆境的适应性提供科学依据。结果表明:地震对柏木体内碳水化合物的含量有较大影响,总体表现为严重滑坡类型具有较高的可溶性糖含量,较低的根系淀粉含量。夏初严重滑坡类型柏木叶、枝、根可溶性糖含量分别为(11.44±1.08)%、(4.64±0.42)%、(5.48±0.51)%。就不同器官而言,可溶性糖含量叶>根>枝,淀粉含量叶>枝>根;夏初碳水化合物含量均高于秋季,且仅叶片可溶性糖和淀粉含量在不同季节存在显著性差异(P<0.05),说明柏木叶片对地震反应最为敏感。地震带来的灾害如山体滑坡等对植物的生理活动产生巨大影响,不利于林木生长。     

汶川大地震灾后不同滑坡体上柏木体内非结构性碳水化合物的特性

"5.12"汶川大地震不仅直接摧毁森林17.3万hm²,还通过对土壤和林内生境的剧烈改变对现存森林造成潜在威胁。以地震重灾区北川的主要分布树种柏木为研究对象,在2009年6月初(夏初)和10月初(秋季)两个时期,对不同类型柏木林的叶、枝、根可溶性糖和淀粉含量进行测定分析,旨在认识震后初期柏木对逆境胁迫的生理响应,为研究大地震对植物体内碳水化合物的影响和对逆境的适应性提供科学依据。结果表明:地震对柏木体内碳水化合物的含量有较大影响,总体表现为严重滑坡类型具有较高的可溶性糖含量,较低的根系淀粉含量。夏初严重滑坡类型柏木叶、枝、根可溶性糖含量分别为(11.44±1.08)%、(4.64±0.42)%、(5.48±0.51)%。就不同器官而言,可溶性糖含量叶>根>枝,淀粉含量叶>枝>根;夏初碳水化合物含量均高于秋季,且仅叶片可溶性糖和淀粉含量在不同季节存在显著性差异(P<0.05),说明柏木叶片对地震反应最为敏感。地震带来的灾害如山体滑坡等对植物的生理活动产生巨大影响, 不利于林木生长。     

东北地区两种主要造林树种生态系统固碳潜力

自从1980年,我国开展了一系列举世瞩目的造林工程,增加了森林面积3亿hm2。造林后生态系统有机碳库的微小变化都显著影响大气碳库,对全球碳素循环和平衡起着重要的作用。研究了退耕还林不同年限长白落叶松林的植被、凋落物和土壤碳库的变化规律,并且选择可比性较强的退耕还红松林、退耕还草和红松原始林作为参照,分析总结了退耕还林对生态系统储碳能力和碳循环的影响。结果表明,退耕还林后生态系统的植被、凋落物碳储量随退耕还林年限增加而增加:从退耕3a到33a,植被和凋落物碳储量分别从4.134、0Mg/hm2增加到74.11、11.31Mg/hm2。土壤碳储量则是先降低再增加:在还林初期的12a里,土壤碳密度降低到最小量75.87Mg/hm2,随后逐渐恢复和积累,21a后,土壤碳密度恢复到农田的水平84.28Mg/hm2,随后土壤碳密度出现净积累。在长白山地区,退耕3、12、22a和33a长白落叶松、33a红松生态系统的碳储量分别是81.778、114.488、130.004、187.255Mg/hm2和178.580Mg/hm2。长白落叶松的固碳能力随林龄而增加,两种主要造林树种(长白落叶松和红松)的生态系统的固碳潜力没有显著差异。长期来看(如250a),生态系统碳库存的能力非常大(269.57Mg/hm2)。这种状况表明,在长白山地区退耕还林后,生态系统长期来看是一个可观的碳汇。     

Drought and shade deplete nonstructural carbohydrate reserves in seedlings of five temperate tree species

Plants that store nonstructural carbohydrates (NSC) may rely on carbon reserves to survive carbon‐limiting stress, assuming that reserves can be mobilized. We asked whether carbon reserves decrease in resource stressed seedlings, and if NSC allocation is related to species' relative stress tolerances. We tested the effects of stress (shade, drought, and defoliation) on NSC in seedlings of five temperate tree species (Acer rubrum Marsh., Betula papyrifera Marsh., Fraxinus americana L., Quercus rubra L., and Quercus velutina Lam.). In a greenhouse experiment, seedlings were subjected to combinations of shade, drought, and defoliation. We harvested seedlings over 32–97 days and measured biomass and NSC concentrations in stems and roots to estimate depletion rates. For all species and treatments, except for defoliation, seedling growth and NSC accumulation ceased. Shade and drought combined caused total NSC decreases in all species. For shade or drought alone, only some species experienced decreases. Starch followed similar patterns as total NSC, but soluble sugars increased under drought for drought‐tolerant species. These results provide evidence that species deplete stored carbon in response to carbon limiting stress and that species differences in NSC response may be important for understanding carbon depletion as a buffer against shade‐ and drought‐induced mortality.     

不同种源油松幼苗的光合色素和非结构性碳水化合物对模拟氮沉降的短期响应

以不同种源(内蒙NM、北京BJ和山西SX)的3年生油松幼苗为研究对象,研究不同种源油松幼苗的光合色素以及非结构性碳水化合物(NSC)对氮沉降增加的短期响应。实验中设置5个氮处理:CK(0 kg hm-2a-1)、N1(15 kg hm-2a-1)、N2(25 kg hm-2a-1)、N3(50 kg hm-2a-1)、N4(150 kg hm-2a-1)。研究结果表明:(1)不同生长季,3个种源油松幼苗的光合色素对氮沉降增加的响应存在差异,但是只有BJ种源油松幼苗的叶绿素含量在生长季中期受到了氮沉降增加的显著促进作用,并在N4水平下达到最大值。(2)氮沉降的增加促进了3个种源油松幼苗NSC的转移和消耗,在生长季初期和中期,随着氮沉降水平的升高,3个种源油松幼苗的可溶性糖(SS)含量、淀粉(ST)含量以及总非结构性碳水化物(TNC)含量呈不同程度的降低。生长季末期,3个种源油松幼苗的SS和TNC明显积累。N4水平抑制了NM种源油松幼苗SS和BJ种源油松幼苗ST的累积,促进了NM种源油松幼苗ST含量和BJ种源油松幼苗SS含量的提高。氮沉降的增加显著抑制了SX种源油松幼苗NSC的积累,延长了幼苗的生长期,推迟了幼苗进入休眠的时间。     

大兴安岭兴安落叶松和樟子松径向生长对气候变化的响应差异

大兴安岭是我国气候变化最为显著的地区之一,兴安落叶松和樟子松是该地区最为重要的树种,研究它们径向生长对气候变化的响应差异,可以为预测气候变化下我国北方森林动态提供科学依据。在大兴安岭地区选择6个样点共采集兴安落叶松树轮和樟子松树轮样芯451个,建立了12个标准年表。比较了1900年以来树木径向生长趋势,利用Pearson相关分析法分析各样点兴安落叶松和樟子松生长对气候因子的响应,运用线性混合模型探讨温度和降水对兴安落叶松和樟子松年径向生长的影响,通过滑动相关对比两个树种生长-气候关系的时间稳定性。结果表明: 兴安落叶松径向生长与3月平均温度呈负相关,与上一年冬季和当年7月降水呈正相关。樟子松径向生长与当年8月温度呈正相关,与当年生长季(5—9月)降水呈正相关。冬季降雪对兴安落叶松径向生长起到重要的促进作用,夏季过多降水对樟子松径向生长起到显著的限制作用。兴安落叶松和樟子松生长对气候变化的响应存在明显差异,因此,气候变化可能会影响北方森林生态系统的树木生长、物种组成以及空间分布等。     

长白山不同海拔树木生长对气候变化的响应差异

以长白落叶松和红松为例,探讨了长白山地区不同海拔树木生长对气候变化的响应。利用长白山北坡不同海拔4个长白落叶松样点和6个红松样点的树轮宽度资料建立差值年表,通过聚类分析、相关分析和响应分析等方法,研究树木生长特征及其气候响应。结果表明:两个树种年表的平均敏感度、树轮宽度指数的年际变率、信噪比等特征值较高,反映年表含有较强的环境信息。随海拔升高,长白落叶松年表特征值呈先下降后增加的趋势,红松年表特征值则呈先增加后下降的趋势。聚类分析将长白落叶松年表分成高、低海拔两类,红松年表分成高、中、低海拔三类。树木生长对气候响应存在海拔差异。高海拔长白落叶松生长受当年气温影响;低海拔长白落叶松生长对气候存在"滞后响应"。高海拔红松不仅受降水限制,且对气温有"滞后响应";中海拔红松不仅受气温限制,且对降水有"滞后响应";低海拔红松生长主要受气温限制。     

水曲柳和落叶松人工林乔木层碳、氮储量及分配

采用树木解析和连续土芯法,估测了20年生水曲柳和落叶松人工林乔木层各部分生物量和生产量,以及两种林分各部分的碳、氮含量及储量.结果表明:水曲柳和落叶松乔木林生物量分别为6815.10和9295.95 g·m^-2;两树种树干生物量占总生物量的比例均最高,分别为57.32%和58.01%;细根生物量最低,分别为2.67%和1.80%.水曲柳和落叶松的年生产量分别为1618.16和2102.45 g·m^-2·a^-1,其中树干年生产量最高,分别占总生物量的39.34%和46.70%;细根的年生产量较低,分别占总生物量的12.06%和5.25%.水曲柳各器官碳含量低于落叶松,氮含量则高于落叶松;水曲柳林碳储量低于落叶松,而两树种氮储量差别不大.水曲柳分配到地上部分的生物量、生产量以及碳、氮比例均小于落叶松,反映了落叶松在构建地上部分相对于水曲柳的高效性;由于树种之间以及同一树种不同器官之间的碳、氮含量差别显著,精确估计森林碳、氮储量时应分树种和器官进行测定.     

蒙古栎种子相对丰富度对小兴安岭5种木本植物种子扩散的影响

2009和2010年秋季,在黑龙江省伊春市带岭区东方红林场研究了蒙古栎结实量及啮齿动物密度变化对胡桃楸、红松、蒙古栎、毛榛和平榛5种木本植物种子扩散的影响.结果表明:在小兴安岭林区,啮齿动物种群数量具有年际变化,2009年小型啮齿动物的总捕获率(31.0％)显著高于2010年(16.7％);2009年蒙古栎种子雨密度(6.2±2.1粒·m-2)和种子相对丰富度(20.O)均显著低于2010年(26.7±10.2粒·m-2和160.0).2009年,除胡桃楸种子外,其他种子全部被扩散或者被原地取食,其中蒙古栎种子被分散埋藏的比例最高,且种子平均扩散距离最大;2010年,胡桃楸种子被分散埋藏的比例最高,且种子平均扩散距离最大.研究区蒙古栎种子相对丰富度是影响其他木本植物种子扩散的重要因素.     

CO2浓度升高对长白山三种树木幼苗叶碳水化合物和氮含量的影响

研究了持续 3个生长季高浓度CO2 处理的长白山主要树种红松、长白赤松和水曲柳幼苗叶 (片 )的蔗糖、果糖、可溶性总糖、淀粉及全氮含量变化 .结果表明 ,前两个生长季 70 0 μmol·mol-1CO2 处理 ,促进了水曲柳和长白赤松幼苗的淀粉累积 ,70 0和 5 0 0 μmol·mol-1CO2 却使红松幼苗的全N含量明显降低 .第三个生长季高浓度CO2 处理的第一周和第二周 ,红松和水曲柳幼苗的淀粉含量增加 ,全N含量降低 ,第八周时 ,水曲柳仍维持原来的变化趋势 .第三个生长季高浓度CO2 处理 ,并未使长白赤松的C、N含量有明显的增减 .CO2 浓度影响了碳水化合物在叶 (片 )中的积累形式