秦岭东段栓皮栎叶片非结构性碳水化合物含量的季节动态

研究树木叶片非结构性碳水化合物(Nonstructural carbohydrate,NSC)组分的季节变化是掌握树木碳代谢规律的基础,也有利于判断以往研究仅凭生长季单次或几次(5次)的取样方法是否存在一定局限性。以秦岭东段栓皮栎(Quercus variabilis Blume)优势群落为研究对象,在其分布的海拔上下限(650 m和970 m),于2016年5月至2017年5月,通过月尺度周期性取样(共计9次),测定栓皮栎叶片NSC及其组分含量,并观测同期叶片物候变化。结果显示:(1)栓皮栎叶片NSC及其组分季节变化差异显著(P0.05),可溶性糖、淀粉和NSC变异系数分别为20.99%、52.28%和25.96%;(2)整体而言,栓皮栎叶片NSC最小值在展叶初期(3月末—4月初,5%左右),最大值在展叶末期(5月上旬,12%左右),之后NSC呈持续下降趋势。不同海拔NSC极值出现时间略有不同,叶片物候可能是影响年内极值的主要原因。(3)栓皮栎叶片NSC组成以可溶性糖为主(65%),这可能是树种在暖温带所采取的生长策略。(4)海拔对栓皮栎叶片NSC及其组分影响差异不显著,低海拔栓皮栎叶片NSC及其组分含量略大于高海拔。研究结果,栓皮栎叶片NSC含量存在明显的季节波动,适当加大NSC采样频率对于正确理解树木碳代谢十分必要。     

秦岭东段栓皮栎枝条非结构性碳水化合物含量的季节动态

枝条是碳供应器官和碳需求器官的连接者,研究其非结构性碳水化合物(NSC)含量的季节变化对理解树木体内的碳分配至关重要。该研究以秦岭东段栓皮栎(Quercus variabilis)优势群落为研究对象,于2016年5月至2017年5月,在其分布的海拔上下限(650m和970m),通过在展叶期采用旬尺度和在非展叶期采用月尺度相结合的周期性取样方法(共计12次),测定栓皮栎枝条NSC组分及含量,并观测同期叶片物候变化。结果表明:(1)栓皮栎枝条NSC含量随季节波动较小,变化差异不显著。但枝条可溶性糖含量(高海拔)或淀粉含量(低海拔)在一定生境条件下,均存在明显的季节波动,说明栓皮栎枝条可溶性糖和淀粉之间存在动态转化过程。(2)栓皮栎枝条NSC组成以可溶性糖为主(61%),这可能是该树种在暖温带季风气候区所采取的生长策略。(3)土壤含水量(正相关)和饱和水汽压差(负相关)分别是在高海拔和低海拔影响栓皮栎枝条NSC含量的主导环境因子,说明相比高海拔,低海拔的栓皮栎可能对高温引起的水分胁迫更敏感。(4)结合叶片物候发现,栓皮栎枝条NSC含量最大值出现在萌芽前(3月中下旬, 11%左右),最小值出现在展叶后期(4月末, 5%左右),叶片萌芽展叶后枝条NSC含量下降。总体而言,枝条NSC含量在高低海拔不存在显著差异,但春季萌芽前后存在显著差异,海拔引起的叶片物候时间差极可能是造成这一现象的主要原因。研究结果说明,栓皮栎叶片物候会直接影响枝条NSC含量的季节变化,枝条NSC含量对叶片萌芽生长至关重要,研究结果有助于加深对栓皮栎树体内碳调配机制的理解。     

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...     

人工油松林中不同植物叶片非结构性碳水化合物含量对氮添加的响应

全球氮沉降通过影响树木叶片的生理过程影响森林生态系统的结构与组成,但目前关于氮沉降对森林生态系统中不同植物叶片非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响还不十分清楚.本研究选取黄土丘陵区人工油松林中油松、辽东栎、忍冬、绣线菊、黄刺玫、茜草、披针苔草7种主要高等植物,比较了3年氮添加(0、3、6、9 g N·m^-2·a^-1,分别用N₀、N₃、N₆、N₉表示)对7种植物叶片中NSC的影响.结果表明: 不同植物叶片可溶性糖、淀粉含量变异很大,二者变异最高的均为黄刺玫,最低的分别为绣线菊和披针苔草;不同植物可溶性糖、淀粉对氮添加的响应存在明显差异.N₆处理下茜草的可溶性糖和淀粉的变异高于其他物种,N₃和N₉处理下绣线菊的变异高于其他物种,可溶性糖和淀粉含量变异最小的物种在不同氮添加水平下不同.随着氮添加水平的增加,油松和披针苔草的可溶性糖含量持续升高,绣线菊持续降低,辽东栎、忍冬和黄刺玫的可溶性糖含量先降低后增加,在N₆处理达到最小,而茜草的可溶性糖含量呈现较复杂的变化趋势.氮添加对植物叶片中淀粉含量的影响表现为油松、忍冬和披针苔草的淀粉含量持续增加,绣线菊先降低后增加,在N₃处理达到最小,而黄刺玫和茜草则呈现较复杂的变化趋势,辽东栎淀粉含量变化趋势平缓.在氮添加后,土壤pH、有机碳、全氮、全磷与植物叶片NSC含量无相关关系,仅N₀和N₃水平下上述土壤理化指标会显著影响可溶性糖/淀粉.表明林地不同植物叶片中NSC含量对氮添加的响应明显不同,研究全球氮沉降或氮添加对林地生态系统的影响需要考虑不同植物,尤其不同生活型植物的不同响应.     

芦芽山不同海拔白杄非结构性碳水化合物含量动态

高山林线对环境变化具有高度的敏感性, 但林线形成机制仍然没有明确的结论。为了检验高山林线形成是由碳限制还是生长限制决定, 并探讨林线树种适应高山环境的生理生态机制, 选择山西省吕梁山脉北端芦芽山, 沿3个海拔梯度测定了林线树种白杄(Picea meyeri)各组织非结构性碳水化合物(NSC)及其组分含量。结果表明: 白杄总体及各组织NSC含量均随海拔升高而增加, 林线树木不存在碳限制; 白杄NSC源、汇均随海拔升高而增加, 源-汇比在3个海拔之间没有差异, 表明源-汇平衡关系对海拔的适应性, 林线树木碳源活动没有受到限制; 各组织中可溶性糖与淀粉的比值随海拔升高呈增大趋势, 说明树木生长的环境越寒冷, 树木组织中表现出越明显的保护策略, 也可能暗示林线区域的树木更多地受到生长限制。研究结果在一定程度上支持“生长限制”假说。     

不同龄林华山松非结构性碳水化合物季节变化

【目的】探究不同龄林华山松NSC及其组分随季节变化在各器官的分配,对于揭示不同龄林华山松的碳分配机制有重要意义。【方法】以幼、中龄林华山松为研究对象,通过周期性采样,测定不同龄林华山松不同器官NSC及其组分含量,以探究其年内季节动态变化。【结论】结果表明：（1）不同龄林华山松植株NSC及其组分在各器官间的分配规律基本一致,表现为淀粉含量根>叶>枝>茎,茎中淀粉含量显著低于其他器官,可溶性糖和NSC在叶、根、枝中含量差异不明显;茎中糖淀比显著低于其他器官。（2）在整个生长季内,华山松NSC及其组分主要受季节影响,季节×器官间交互作用对它们的影响次之,林龄对它们的影响最小。（3）在不同龄林中各器官NSC及其组分之间的相关性基本一致,除幼龄林糖淀比与淀粉、NSC,中龄林糖淀比与淀粉为负相关外,其余指标之间为正相关。【结果】综上所述,华山松各器官NSC及其组分含量存在明显的季节波动,当环境变化时不同器官间的碳供需协同变化,有利于华山松生长,并增强其应对极端环境的抵抗力和适应性。     

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...     

长白山不同海拔岳桦非结构碳水化合物含量的变化

 通常认为, 随着林木不断接近其海拔分布极限, 光合作用产量不断下降, 导致碳水化合物供应不足(碳供应限制), 或者低温限制了碳投资(生长限制)。植物组织内非结构性碳水化合物(Nonstructural carbohydrates, NSC)的含量反映了植物碳供应与碳吸收的平衡。为了检验“碳供应限制”和“生长抑制”假说, 我们对长白山海拔1 700~ 2 050 m的自然生境下生长的岳桦(Betula ermanii)的叶片和枝条组织的NSC含量进行了比较。结果表明: 岳桦叶片的NSC含量随海拔升高变化不显著, 枝条的NSC含量随海拔升高显著增加; 叶片和枝条中淀粉含量与可溶性总糖含量的比值均随海拔的升高而减小; 林线附近的岳桦林木不存在碳水化合物供应不足的问题, 这在一定程度上表明生长限制导致长白山岳桦林线的形成。     

沿干旱梯度樟子松人工林针叶和枝条非结构性碳水化合物及氮含量的变化

选取沿内蒙古科尔沁沙地自然干旱梯度分布的6个樟子松人工林样点(辉南、西丰、付家、章古台、奈曼和乌兰敖都)为研究对象,测定当年生和1年生针叶和枝条中非结构性碳水化合物(NSCs)和氮(N)含量的变化,以探究干旱条件下樟子松的碳供需状态和养分贮存策略。结果表明: 随干旱加剧,樟子松针叶和枝条中的NSCs和可溶性糖含量显著降低。从最湿润样点(辉南)到最干旱样点(乌兰敖都),樟子松当年生和1年生针叶中可溶性糖含量分别由12.8%和12.5%下降到9.0%和9.5%,而当年生枝条中可溶性糖含量由15.6%下降到9.2%。随干旱加剧,樟子松针叶和枝条中淀粉含量变化不显著,当年生和1年生针叶可溶性糖和淀粉的比值降低,当年生和1年生枝条中N含量显著增加。科尔沁沙地樟子松在干旱条件下显著消耗可溶性糖存储,存在“碳饥饿”致死风险。樟子松倾向维持稳定的淀粉含量以及在枝条中积累N以应对长期的干旱胁迫。     

干旱胁迫对杉木无性系非结构性碳水化合物含量的影响

以杉木Cunninghamia lanceolata 6个优良无性系组培移栽苗为试材,对聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫条件下各无性系针叶淀粉、可溶性糖及非结构性碳水化合物(NSC)总量进行测定。结果显示,干旱胁迫致使杉木无性系针叶淀粉含量下降、可溶性糖含量有所提高,NSC含量呈下降趋势(除T-cF1无性系外)。干旱胁迫条件下,可溶性糖含量与针叶相对含水量、丙二醛含量间呈显著正相关(P<0.05),而淀粉含量、NSC与过氧化氢酶活性间均为显著负相关(P<0.05)。     

Simulation on the light-response curves of electron transport rate of Quercus variabilis and Robinia pseudoacacia leaves in the Xiaolangdi area,China

为了比较直角双曲线模型、非直角双曲线模型与叶子飘模型的优缺点, 研究阴生叶和阳生叶电子传递速率的差异, 探讨环境/生物因素对电子传递速率等参数的影响, 该文采用LI-6400XT荧光测定系统对黄河小浪底栓皮栎(Quercus variabilis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)叶片电子传递速率-光响应(J-I)曲线进行了测定, 利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘模型对J-I曲线进行了拟合。结果表明, 3种模型对叶片J-I曲线拟合的决定系数(R ²)在0.96以上, 叶子飘模型的R ²最高(> 0.99)。直角双曲线模型和非直角双曲线模型无法模拟植物叶片光系统II动力学下调现象, 且不能得出饱和光强(I_sat); 直角双曲线模型对最大电子传递速率(J_max)的模拟明显大于实测值; 叶子飘模型能很好地模拟光系统II动力学下调现象, 得出的J_max和I_sat均最接近实测值。对阴生叶和阳生叶J-I曲线研究发现, 栓皮栎、刺槐阴生叶的J_max分别低于阳生叶25.0%和18.0%, 阳生叶的I_sat分别高于阴生叶26.0%和10.1%。栓皮栎和刺槐J_max与气温显著正相关; 刺槐I_sat与气温、土壤水分含量和净光合速率具有显著的正相关关系; 栓皮栎和刺槐J-I曲线初始斜率α均与净光合速率呈显著负相关关系。     

秦岭北坡栓皮栎种群动态的研究

对秦岭北坡栓皮栎种群动态进行了系统研究,分析了种群的年龄结构和分布格局。编制了静态生命表。绘制了存活曲线．结果表明,秦岭北坡栓皮栎种群年龄结构属于进展型,幼龄个体多。中老龄个体少;种群在I、Ⅱ龄级时死亡率最高．随着年龄增加,死亡率逐渐降低;到Ⅶ、Ⅷ龄级。由于生理衰老。死亡率回升;栓皮栎种群存活曲线属于DeeveyⅢ型;种群分布格局总体上的呈聚集型。随年龄增加,种群聚集强度降低。在高海拔地区,种群趋向随机分布．海拔800～1100m是栓皮栎种群较为适宜的生境．对于低海拔地区栓皮栎林要加强保护,减少人为干扰;中海拔地区应加强抚育管理和适时间伐,高海拔地区应加强目的树种的抚育．     

地表臭氧浓度升高与干旱交互作用对杨树非结构性碳水化合物积累和叶根分配的短期影响

人类活动加剧和全球变化导致植物在生长季同时受到高浓度地表臭氧(O₃)和干旱的双重胁迫。为了探究两者对植物非结构性碳水化合物(TNC)积累和分配的影响, 该实验采用开顶式气室研究了2种O₃浓度(CF, 过滤空气; NF40, NF (未过滤空气) + 40 nmol·mol ^-1 O₃)和2个水分处理(对照, 充分灌溉; 干旱, 非充分灌溉)及其交互作用对杨树基因型‘546’ (Populus deltoides cv. ‘55/56’ × P. deltoides cv. ‘Imperial’)叶片和细根中TNC及其组分(葡萄糖、果糖、蔗糖、多糖、总可溶性糖和淀粉)含量的影响。结果表明: O₃浓度升高显著降低杨树叶片中淀粉和TNC的含量, 增加葡萄糖、果糖和总可溶性糖含量, 但对细根中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。干旱胁迫显著增加细根中果糖和多糖含量, 降低蔗糖含量, 但对叶片中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。充分灌溉下O₃浓度升高显著增加了杨树叶片多糖和总可溶性糖含量, 而干旱下O₃浓度升高显著增加了TNC含量的根叶比。该研究结果发现O₃主要影响叶片中TNC及各组分的含量, 而干旱主要影响细根中TNC及各组分的含量。从杨树叶片TNC的响应来看, 适度的水分限制有助于减缓O₃的负面伤害。     

Characteristics of soil enzyme activities and stoichiometry and its influencing factors in Quercus aliena var. acuteserrata forests in the Qinling Mountains

研究微尺度海拔梯度土壤酶活性与化学计量学比值的动态变化及驱动因素对于探讨生态系统养分循环过程具有重要意义。该研究以秦岭太白山6个海拔(分别为1 308、1 403、1 503、1 603、1 694和1 803 m)的锐齿栎(Quercus aliena var. acuteserrata)林作为研究对象, 测定锐齿栎叶片、凋落物、细根和土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及碱性磷酸酶(AKP)、β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、木糖苷酶(βX)与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)的活性, 探究不同海拔植物、土壤、酶含量如何变化及驱动土壤酶活性变化的主要因子。结果表明: 5种土壤酶活性在海拔梯度上表现出不同的变化趋势, CBH和βG活性随海拔升高整体呈先增后减趋势, βX与之相反; NAG与AKP活性在1 408-1 694 m呈下降趋势, 在1 803 m处有所升高; 土壤总体酶活性随海拔上升整体表现为降低趋势。相关性分析表明, 土壤酶活性及其化学计量比不同程度上受到植物和土壤C、N、P资源及土壤水热条件等的调控, 其中与土壤有机碳含量的相关性较高, 土壤有机碳含量可被认为是锐齿栎林中影响土壤酶活性变化的主要因子。总之, 土壤酶活性及化学计量比在微尺度海拔梯度上具有差异性, 且受到植物和土壤C、N、P资源的综合影响。     

温度增高、CO2浓度升高、施氮对蒙古栎幼苗非结构碳水化合物积累及其分配的综合影响

蒙古栎(Quercus mongolica)是中国东北地区天然次生林重要组成树种, 研究该树种幼苗有机碳积累及碳库容对未来气候变化的响应, 可为预测未来气候变暖情景下蒙古栎林的天然更新及幼苗的培育提供科学参考。该文旨在探讨CO₂浓度和温度升高综合作用对蒙古栎幼苗非结构性碳水化合物(NSC)积累及其分配的影响。实验环境条件用人工气候箱控制, 控制条件如下: 1) CO₂浓度倍增(700 μmol·mol^-1), 温度升高4 ℃处理(HCHT); 2) CO₂浓度正常(400 μmol·mol^-1), 温度升高4 ℃处理(HT); 3) CO₂浓度和温度均正常, 即对照组(CK); 每个气候箱幼苗分别在3种氮素水平下生长: N2 (15 mmol·L^-1, 高氮), N1 (7.5 mmol·L^-1, 正常供氮)和N0 (不施氮), 一共为9个处理。研究结果表明, 1) HCHT共同作用对NSC积累无促进作用, 但改变了植物各器官中NSC的分配比例, 叶片中可溶性糖和淀粉的积累明显增加, HCHT下N2水平有利于NSC的积累。2) HT明显影响了蒙古栎一年生幼苗NCS的积累和分配。在N2水平下, HT明显促进NSC的积累, 并增加了在主根中的分配比例。3)植株各器官可溶性糖含量的动态变化因处理不同而异。主根淀粉含量随时间逐渐增加, 而细根淀粉含量随时间逐渐减少。在未来气候变暖的情况下, 土壤中大量的氮供给, 可能将促进蒙古栎幼苗的生长、增加其碳库容和抵御不良环境的能力, 进而提高其天然更新潜力。     

A comparison of spectral reflectance indices in response to water: A case study of Quercus aliena var. acuteserrata

Aims Using leaf spectral reflectance to detect plant status in real time and non-destructively is a new method of forest drought assessment, but each spectral index possesses considerable moisture sensitivity. Therefore, determining moisture index applicable to tree leaf and its sensitive spectral index are both very important. Methods This study selected Quercus aliena var. acuteserrata leaves in different growth stages and canopy positions as the research object, and measured leaf moisture index and its synchronous reflectance spectral response curve during the dehydration process, explored the relationship between changes of leaf spectral reflectance and water status, compared and evaluated the advantages and disadvantages of correlation between the moisture indices of leaves in different growth stages and space positions and different spectral reflectance indices. Important findings Results indicated: (1) The variability of relative water content (RWC) and equivalent water thickness (EWT) in different growth stages and canopy positions was smaller than specific leaf water content (SWC) and leaf moisture percentage on fresh quality (LMP) as measured by the four different moisture indices. RWC and EWT could steadily characterize the holistic water status of trees, and they had greater spectral sensitivity. Therefore, they were suitable for application in remote sensing detection. (2) Spectral reflectance difference analysis and spectral reflectance sensitivity analysis showed that the leaf spectral sensitivity is strongly influenced by growth stage. In short wave infrared region, spectral reflectance of mature leaves changed slightly in the initial stage of dehydration stress, but new expended leaves showed obvious spectral differences during the dehydration process. (3) Through the correlation analysis between 15 different spectral indices and moisture indices, we found that water index (WI)-RWC and double difference index (DD_{n (1530,525)})-EWT has higher correlation. The fitted relations of WI-RWC are greatly influenced by leaf growth stage and canopy position, while those of DD_n(1530,525)- EWT are more stable.     

Wet and dry extremes reduce arthropod biomass independently of leaf phenology in the wet tropics

Warming temperatures are increasing rainfall extremes, yet arthropod responses to climatic fluctuations remain poorly understood. Here, we used spatiotemporal variation in tropical montane climate as a natural experiment to compare the importance of biotic versus abiotic drivers in regulating arthropod biomass. We combined intensive field data on arthropods, leaf phenology and in situ weather across a 1700–3100 m elevation and rainfall gradient, along with desiccation-resistance experiments and multi-decadal modelling. We found limited support for biotic drivers with weak increases in some herbivorous taxa on shrubs with new leaves, but no landscape-scale effects of leaf phenology, which tracked light and cloud cover. Instead, rainfall explained extensive interannual variability with maximum biomass at intermediate rainfall (130 mm month⁻¹) as both 3 months of high and low rainfall reduced arthropods by half. Based on 50 years of regional rainfall, our dynamic arthropod model predicted shifts in the timing of biomass maxima within cloud forests before plant communities transition to seasonally deciduous dry forests (mean annual rainfall 1000–2500 mm vs. <800 mm). Rainfall magnitude was the primary driver, but during high solar insolation, the ‘drying power of air’ (VPD_max) reduced biomass within days contributing to drought related to the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Highlighting risks from drought, experiments demonstrated community-wide susceptibility to desiccation except for some caterpillars in which melanin-based coloration appeared to reduce the effects of evaporative drying. Overall, we provide multiple lines of evidence that several months of heavy rain or drought reduce arthropod biomass independently of deep-rooted plants with the potential to destabilize insectivore food webs.