Arctic shrub growth trajectories differ across soil moisture levels

The circumpolar expansion of woody deciduous shrubs in arctic tundra alters key ecosystem properties including carbon balance and hydrology. However, landscape‐scale patterns and drivers of shrub expansion remain poorly understood, inhibiting accurate incorporation of shrub effects into climate models. Here, we use dendroecology to elucidate the role of soil moisture in modifying the relationship between climate and growth for a dominant deciduous shrub, Salix pulchra, on the North Slope of Alaska, USA. We improve upon previous modeling approaches by using ecological theory to guide model selection for the relationship between climate and shrub growth. Finally, we present novel dendroecology‐based estimates of shrub biomass change under a future climate regime, made possible by recently developed shrub allometry models. We find that S. pulchra growth has responded positively to mean June temperature over the past 2.5 decades at both a dry upland tundra site and an adjacent mesic riparian site. For the upland site, including a negative second‐order term in the climate–growth model significantly improved explanatory power, matching theoretical predictions of diminishing growth returns to increasing temperature. A first‐order linear model fit best at the riparian site, indicating consistent growth increases in response to sustained warming, possibly due to lack of temperature‐induced moisture limitation in mesic habitats. These contrasting results indicate that S. pulchra in mesic habitats may respond positively to a wider range of temperature increase than S. pulchra in dry habitats. Lastly, we estimate that a 2°C increase in current mean June temperature will yield a 19% increase in aboveground S. pulchra biomass at the upland site and a 36% increase at the riparian site. Our method of biomass estimation provides an important link toward incorporating dendroecology data into coupled vegetation and climate models.     

1:100万中国植被图森林和灌丛群系类型的补充资料

《中华人民共和国植被图(1:1,000,000)》是我国植被研究的最重要数据。受当时研究基础和制图技术限制, 部分植被群系未能体现在中国植被图上。为了给新一代中国植被图的编研提供基础数据, 本文在搜集从20世纪50年代至今的中国植被研究的相关文献的基础上, 提取其中的植被群系名称和分布信息, 采用植物群落学-生态学原则, 以优势种相同作为依据, 合并部分相近的群系类型。与《中华人民共和国植被图(1:1,000,000)》中的森林和灌丛群系进行对比, 本文新增了1,475个森林和灌丛群系。     

长芒草(Stipa bungeana)种子萌发与出苗对关键环境因子的响应

种子萌发为植物生活史的关键阶段,对植物的定居、群落演替与动态起着决定作用。通过室内控制实验的方法,研究长芒草(Stipa bungeana)种子萌发对光照和温度,水势和温度,以及幼苗出土对沙埋深度和供水的响应。使用光照、温度和湿度自动控制的生长箱,设置光照、黑暗和持续黑暗3个光处理和5个变温处理(5℃:15℃、10℃:20℃、15℃:25℃、20℃:30℃和25℃:35℃)(夜:昼);设置11个水势处理(0、-0.2、-0.4、-0.6、-0.8、-1、-1.2、-1.4、-1.6、-1.8 MPa和-2 MPa)和5个恒温处理(10、15、20、25℃和30℃),研究长芒草种子萌发对光照和温度、水势和温度的响应。设置6个沙埋深度(0.5、1、1.5、2、3、5 cm)和10个供水处理(2.5、5、7.5、10、15、20 mm和30 mm 7个单次供水处理,2.5、5、7.5 mm/3d 3个多次供水处理),研究长芒草幼苗出土对沙埋和供水的响应。结果表明:光照对长芒草种子萌发具有促进作用,黑暗与持续黑暗条件下的最终萌发百分率无显著差异。在10:20℃—15:25℃温度范围内,长芒草种子萌发快速且集中,15:25℃为种子萌发最适温度,超过最适温度时,最终萌发百分率随温度升高而下降。水势低于-1 MPa时长芒草种子不能萌发,最终萌发百分率和萌发速率均随水势的降低而降低。当温度达到30℃时,种子基本不能萌发。单次供水条件下,长芒草的最终出苗百分率和出苗速率接近为零;5 mm/3d及7.5 mm/3d供水条件下,最终出苗百分率可达到50%。5 mm/3d及7.5 mm/3d的多次供水与单次供水及2.5 mm/3d的多次供水相比更有利于长芒草出苗。适宜出苗的沙埋深度为0.5—2 cm,沙埋深度超过3 cm时最终出苗百分率和出苗速率均率接近于零。长芒草种子出苗情况随沙埋深度增加而降低,在供水量为7.5 mm/3d,沙埋深度为0.5—2 cm时,出苗最好。降低人为干扰对表层土壤的破坏,提高表层土壤含水量,是促进长芒草种子萌发和幼苗出土的有效措施。     

宁夏荒漠草原柠条锦鸡儿枯落物分解特征及其影响因素

以宁夏荒漠草原柠条锦鸡儿(Caragana kornshinskii)枯落物为研究对象,利用网孔分解袋法研究了极小型、小型、中型和大型柠条锦鸡儿灌丛微生境枯落物分解率变化特征及对土壤环境的响应规律。结果表明:(1)随着分解时间延长,不同大小柠条锦鸡儿灌丛微生境土壤含水量和土壤温度均呈现出相似的分布特征,而土壤pH值和电导率随时间分布特征则受到灌丛大小的显著影响。(2)3种网孔内,不同大小柠条灌丛微生境间枯落物分解率均无显著差异性。但是,灌丛微生境中枯落物分解率受到灌丛大小和网孔大小的共同影响。(3)中型灌丛微生境中枯落物分解率在3种网孔间均无显著差异性。但在极小型灌丛微生境中,120 d时枯落物分解率表现为4 mm(40.95%)0.01 mm(38.51%)2 mm(32.14%),150 d时枯落物分解率表现为2 mm(37.64%)4 mm(35.20%)0.01 mm(26.68%)。在小型灌丛微生境中,120 d时枯落物分解率表现为0.01 mm(46.81%)4 mm(41.07%)2 mm(34.75%)。在大型灌丛微生境中,120 d时枯落物分解率表现为4 mm(39.65%)2 mm(36.65%)0.01 mm(35.96%),210 d时枯落物分解率表现为2 mm(48.05%)4 mm(35.96%)0.01 mm(30.80%)。(4)Olson衰减指数模型得出枯落物分解50%和95%所需时间,表现为极小型灌丛和中型灌丛微生境中均为0.95年和4.1年(3种网孔相同);小型灌丛微生境中为0.63年和2.74年(4 mm)、1.90年和8.21年(2 mm)、0.95年和4.1年(0.01 mm);大型灌丛微生境中为0.95年和4.1年(4 mm)、0.63年和2.74年(2 mm)、1.90年和8.21年(0.01 mm)。研究表明,在宁夏荒漠草原,仅灌丛大小引起的微生境差异对枯落物分解率影响较小,但灌丛大小和土壤动物类群的相互作用对枯落物分解率的影响较大。     

浑善达克沙地6种灌木生物量模拟

在干旱半干旱区,乔木比较稀疏或难以存活,灌木往往在植被群落中占有很大的优势地位,其生态功能及生态学意义尤其值得重视。浑善达克沙地疏林草地是沙地顶级植物群落,其中乔木稀疏分布,而灌木在沙甸以及沙陇背风坡呈密集分布。灌木在固定沙丘、改良土壤、提供栖息地等方面具有重要的生态意义,其生物量组成也在沙地植被群落中占有很大比重。已往的研究中,灌木相比乔木通常处于次要地位,对灌木的研究尚不充分,灌木生物量的模拟方法亦多采用乔木生物量的模拟方法。然而灌木形态结构与乔木有明显差异,专门针对灌木的生物量模拟方法研究尚不多见。以6种沙地灌木为样本,基于异速生长模型,对比了若干地表测量指标对灌木生物量的预测能力,其中设计了一种更贴近灌木实际形态的圆台体积作为新的预测指标。研究结果表明:(1)在单因素指标中,相比高度和地径,冠幅与灌木生物量的相关性更强。(2)相比单因素指标,复合指标与灌木生物量之间的相关性更强。其中冠幅相关的复合指标更优于地径相关的复合指标。这预示着冠幅以及冠幅相关的复合指标对灌木生物量具有较好的预测能力。(3)圆台体积能进一步提高对灌木生物量的预测能力。相关分析和拟合评价结果显示,圆台体积与灌木生物量的相关性更强,拟合误差较小,并且对于不同的灌木种类,其相关性和拟合精度表现出较高的稳定性。这意味着圆台体积对于不同的灌木种类,均具有较好的生物量预测效果。因此建议,在灌木属性测量较为充分的情况下,圆台体积是更为理想的预测指标,而在测量不充分情况下,冠幅及其相关复合指标更适宜进行灌木生物量预测。研究结果最终建立了6种沙地灌木的圆台体积-生物量的异速生长模拟方程,为进一步研究沙地灌木的碳储量以及灌木在半干旱植物群落中的生态意义提供科学基础。     

亚热带常绿阔叶林89种木本植物一级根直径的变异

细根直径变异是根系形态变化的常见形式, 对细根变异研究具有重要意义。为了揭示亚热带天然常绿阔叶林一级根直径变异特征, 该研究选取福建省建瓯市万木林自然保护区天然常绿阔叶林的89种木本植物进行研究。每个树种选取胸径或地径相近的3株, 用完整土块法进行根系取样, 用根序法对根系进行分级。采用单因素方差分析分别检验叶片习性(常绿、落叶树种)、生长型(乔木、小乔木或灌木、灌木)和主要科之间一级根直径的差异; 通过计算Blomberg’s K值以检验系统发育信号; 利用线性回归方法, 分析科水平的分化时间与一级根直径的相关性。结果显示: 1)亚热带常绿阔叶林一级根直径变异系数为23%; 2)常绿树种与落叶树种一级根直径没有显著差异, 但灌木一级根直径显著小于小乔木或灌木、乔木; 3)一级根直径系统发育信号不显著, 科水平分化时间与一级根直径呈正相关关系。研究结果表明, 亚热带天然常绿阔叶林木本植物一级根直径变异受系统发育影响较小, 但受生长型影响, 表现为一定的趋同适应。     

阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构及其影响因子

为探究阿拉善荒漠灌丛群落的构建机制,该研究选取净亲缘关系指数(NRI)作为谱系结构指数,在对阿拉善荒漠灌丛群落野外调查的基础上,以群落物种组成为基础数据,计算各样地群落的NRI,并分析NRI在经纬度梯度上的变化趋势及其与土壤因子和水热因子的关系。结果表明:(1)阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构在阿拉善高原东南部以发散状态为主,在阿拉善高原西部和北部地区以聚集状态为主。(2)阿拉善荒漠灌丛群落的NRI随经度的升高而减小,随纬度的升高而增大。(3)阿拉善荒漠土壤质地、土壤容重、土壤pH值和土壤有机碳含量与其群落谱系结构均无显著相关性;在降水因子和温度因子中,与群落谱系结构相关系数最大的分别为年降水量和年温度变化范围(最暖月最高温与最冷月最低温的差值),其中:年降水量与NRI呈显著负相关关系,年温度变化范围与NRI呈显著正相关关系,且最暖月最高温和最冷月最低温与NRI均有显著相关性,推测年温度变化范围对阿拉善灌丛群落谱系结构的影响是通过最暖月最高温和最冷月最低温起作用的。研究发现,阿拉善高原东南部区域的荒漠灌丛群落构成主要受竞争排斥的作用,其西部和北部地区的群落构成主要受环境过滤的影响;阿拉善荒漠灌丛群落的谱系结构主要受年降水量和极端温度的影响。     

Habitat fragmentation impacts on biodiversity of evergreen broadleaved forests in Jinyun Mountains, China

The plant communities and their microclimates were surveyed and observed, and the soil fertilities were determined in six plots of evergreen broadleaved forests of different sizes and similar slope aspects on Jinyun Mountains of Chongqing in China from April to October, 2003. The relationships of biotic and abiotic factors were analyzed using the Simpson, Shannon—Wiener, and Hill diversity indices, and stepwise multilinear regression analyses techniques. The results showed that compared with continuous evergreen broadleaved forests, five fragmentations had a lower species diversity index, and different life forms showed differences in diversity index. With the decrease in patch areas, the daily differences in air temperature (ΔTa), ground surface temperature (ΔTs), daily differences in relative humidity (ΔRH), maximum wind velocity (Vmax), differences in photosynthetic available radiation (ΔPAR) (at noon) of both edges and interiors, all tended to increase. Maximum wind velocity (Vmax) and photo effective radiation in forest edges were higher than those in interior forest, which presented a stronger temperature-gained edge effect. In all the fragmentations of evergreen broadleaved forests, the depth of the edge effect was the nearest from interior forest in the biggest patch (about 15 meters away from interior forest), while the depth of the edge effect was the farthest from interior forest in the smallest patch (about 25 meters away from interior forest). With regard to the water conservation function, soil water content improved along with increasing species diversity. Some of the nutritional function substances of soil increased with increasing species diversity. The elements of microclimate, such as Ta, ΔTa, ΔTs, ΔRH, Vmax, and PAR, changed along with the extent of fragmented forest. Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(7): 1642–1648 [译自: 生态学报]