不同降水条件下科尔沁沙地南缘疏林草地樟子松针叶δ13C和叶性状特征

通过比较不同自然降水年份(极端干旱和极端湿润)19年生疏林草地樟子松的针叶δ¹³C、比叶面积和干物质含量,结合土壤含水量和地下水埋深,探讨了极端降水对樟子松水分利用的影响.结果表明: 干旱年份(2009)樟子松林土壤含水量显著低于湿润年份(2010),但樟子松当年生针叶的δ¹³C在两年间没有显著差异,且两年相同月份间亦无显著差异;干旱年份当年生针叶的比叶面积显著低于湿润年份,而不同年份间干物质含量的差异不显著.在两种极端降水条件下,樟子松的水分利用效率没有明显变化,主要通过改变当年生针叶的比叶面积来适应降水量的变化.对于地下水埋深高于3.0 m的疏林草地樟子松人工林生态系统,极端干旱不会严重影响樟子松的存活和生长.     

科尔沁沙地樟子松人工林不同年龄针叶生理生态性状

樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)又称蒙古松, 是我国“三北”防护林建设的主要造林树种。人工林建立初期, 在水分、养分匮乏的干旱、半干旱沙地, 樟子松仍表现出较强的适应性; 近年来, 各地樟子松人工林均出现衰退迹象。在沙地这种特殊生境下, 樟子松针叶的光合作用、水分利用效率、氮利用效率等主要性状的研究对于理解樟子松的沙地适应性具有非常重要的意义。该文以位于科尔沁沙地南缘的中国科学院寒区旱区环境与工程研究所奈曼沙漠化研究站(42°55′ N, 120°43′ E) 30龄樟子松人工林为研究对象, 对不同年龄针叶的光合作用、蒸腾作用、针叶碳氮含量、针叶形态(叶长、宽、厚)等主要生理生态属性进行测定, 计算出针叶的蒸腾系数(K_c)、光合氮利用效率(PNUE), 阐明了这些性状与樟子松叶龄的关系, 进而探讨了叶片性状在樟子松适应沙地生境中的意义。结果表明, 1)不同年龄针叶的光合速率(P_n)、K_c和PNUE存在显著差异, 四龄针叶的P_n、K_c和PNUE显著低于其他龄针叶。氮含量减少是导致P_n差异的根本原因, P_n随着氮含量的减小而降低。2)各龄针叶的长、宽等形态参数及碳含量受其形成前一年的降水量影响显著。3)从水分及养分利用(K_c、PNUE)角度来看, 一至三年生针叶的利用效率更高, 四龄针叶较低。合理的叶龄结构既能增强针叶对氮素的利用又能增大植株的光合叶面积, 有利于提高个体乃至冠层的光合能力。此外, 遇到严重干旱时, 老叶脱落可以增强樟子松个体的适应性。     

38个榛种质资源叶功能性状与光合特征变异及其相关性

研究了38个榛种质资源叶功能性状与光合特征参数的变异特征及其相关关系,为优良种质资源的选择以及进一步理解叶功能性状对光合特征的影响机制提供科学依据。结果表明:38个种质资源的叶面积(LA)、叶形指数(LI)、叶干重(LDW)、比叶面积(SLA)和叶干物质含量(LDMC)平均值分别为78.39 cm²、1.24、0.73 g、109.95 cm²·g^-1和38.31%,LDW变异最大,其次为LA和SLA,LI和LDMC变异最小;净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔限制值(Ls)和水分利用效率(WUE)平均值分别为9.92μmol·m^-2·s^-1、3.88 mmol·m^-2·s^-1、153.04μmol·m^-2·s^-1、238.73μmol·mol^-1、0.41和2.54μmol·mmol-1,gs变异最大(27.89%),Pn、Ci、Ls和WUE次之(10.37%~15.14%),Tr最小(9.99%)。不同种质资源叶功能性状与光合特征参数之间均存在极显著差异。Pearson相关分析表明:Pn与LA、LDW、LDMC均呈显著正相关,与SLA则呈显著负相关;Tr与LA呈显著正相关;gs和Ci与LDMC分别呈显著负相关和正相关;WUE与LDW、LDMC均呈显著正相关,与SLA则呈显著负相关。冗余分析表明:第1、2排序轴共同解释了叶片光合特征总变异的88.6%,其中,对光合特征产生显著影响的叶功能性状因子为SLA和LDMC。平欧210号、F-03、平欧11号、平欧88号、平欧119号、85-162、平欧48号、玉坠、平欧110号表现出较高的水分和光能利用效率。     

不同模拟增雨下白刺比叶面积和叶干物质含量的比较

以荒漠生态系统典型植物白刺(Nitraria tangutorum)为研究对象,根据内蒙古磴口多年平均降水量和植物生长规律,设计两个增雨时段(生长季前期与生长季后期),每个增雨时段设置两个增雨梯度(72.5mm/a(50%)、145mm/a(100%)),对天然白刺灌丛进行增雨实验,研究了不同模拟增雨处理下2012年与2013年生长季白刺叶片的比叶面积(SLA)与叶干物质含量(LDMC)的变化。结果表明,增雨处理可以增加白刺叶片的SLA及LDMC,同时期增雨100%处理对SLA及LDMC的影响大于50%处理,但同时期增雨的两个处理之间无显著差异;白刺叶片SLA在生长季前期对水分响应明显,LDMC则在生长季后期对水分反应敏感;相同增雨处理,2012年白刺叶片SLA及LDMC的净增加值高于2013年;SLA与LDMC在2012年呈显著负相关,在2013年虽呈负相关,但相关性不显著。在未来降雨增加的背景下,荒漠植物白刺叶片SLA与LDMC对增雨具有较强的协调适应能力,在不同生长季节可以通过改变不同的叶片性状来适应环境变化。     

松嫩草地66种草本植物叶片性状特征

植物叶片功能性状及其相互关系越来越受到关注.以松嫩草地66种草本植物为研究对象,测量叶片干物质含量、比叶面积、叶片厚度、叶片氮含量、叶片磷含量、叶绿素含量和类胡萝卜素含量,检验性状间的相互关系,比较不同功能群(多年生根茎禾草,多年生丛生禾草,多年生杂类草,1年生或2年生草本)间性状的差异性.结果表明,叶片厚度变异系数最大,比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶绿素含量和类胡萝卜素含量之间存在显著的正相关关系;叶片于物质含量与叶片磷含量没有显著的相关关系,与其它叶片性状呈显著的负相关关系;叶片厚度只与叶片干物质含量和比叶面积呈显著的负相关关系,与其它叶片性状不相关.叶片干物质含量、比叶面积、叶片厚度、叶片氮、磷含量在4个功能群间差异显著,叶绿素含量和类胡萝卜素含量在各个功能群间差异不显著;多年生根茎禾草和多年生丛生禾草叶片的7个性状差异不显著;多年生根茎禾草和多年生丛生禾草的叶片干物质含量高于多年生杂类草和1年生或2年生草本,其它性状小于这两个功能群.     

不同沙丘生境主要植物比叶面积和叶干物质含量的比较

研究了生长在不同沙丘生境中 (流动沙丘 ,半固定沙丘和固定沙丘 ) 2 0个植物种 (10个 1年生植物种和 10个多年生植物种 )的比叶面积 (SL A)和叶干物质含量 (L DMC)的变化 ,并且分析了各个沙丘生境的土壤养分特征。结果表明 ,各个植物种的平均 SL A和 L DMC在植物种之间差异显著 ;多数在两种或 3种沙丘生境均有分布的植物其 SL A在不同沙丘生境之间差异显著 ,但是仅有 6个植物种的 L DMC在不同沙丘生境之间表现出差异 (p<0 .0 5 )。与许多研究结果类似 ,1年生植物的 SL A显著大于多年生植物的 SL A,而且两者之间 L DMC存在一定的差异。 1年生植物 SL A和 L DMC之间相关性不显著 ,但多年生植物SL A和 L DMC之间呈显著负相关。综合所有 2 0个植物种可以发现 ,SL A增大时 ,L DMC有下降的趋势     

不同生境胡杨叶片δ~(13)C和δ~(15)N及其对环境因子的响应

以新疆南北疆8个不同生境林龄群体的胡杨叶片为材料,测定幼树和成熟胡杨叶片的天然稳定碳、氮同位素组成值(δ~(13)C、δ~(15)N)以及碳含量、氮含量和比叶面积,分析叶片δ~(13)C、δ~(15)N值与海拔、经纬度、叶片碳氮含量、比叶面积以及水分利用效率之间的相互关系。结果表明:(1)胡杨幼树和成熟林叶片δ~(13)C平均值分别为-27.863‰(-28.776‰～-26.695‰)和-28.230‰(-29.717‰～-26.033‰),不同生境胡杨叶片间的δ~(13)C值具有显著差异(P0.05),并且幼树林叶片δ~(13)C均大于对应成熟林;幼树和成熟林叶片δ~(15)N平均值分别为3.259‰(-1.842‰～9.082‰)和3.651‰(0.798‰～5.779‰)。(2)胡杨幼树和成熟林叶片碳含量平均值分别为46.225‰(44.573‰～49.056‰)和45.720‰(43.226‰～47.349‰),它们叶片氮含量平均值分别为1.708‰(1.327‰～2.116‰)和1.823‰(1.164‰～2.450‰);成熟林叶片碳含量与其δ~(13)C和δ~(15)N值分别呈极显著负相关和极显著正相关关系(P0.01),而其氮含量与δ~(13)C值呈不显著正相关关系(P0.05),与δ~(15)N值呈显著正相关关系。(3)胡杨幼树林叶片的比叶面积平均值(91.565 cm~2/g)小于成熟林叶片(103.141 cm~2/g)。(4)幼树和成熟林胡杨叶片δ~(13)C、δ~(15)N值均与纬度呈极显著正相关关系,幼树林叶片δ~(13)C、δ~(15)N值与海拔也呈极显著正相关关系,幼树林叶片δ~(15)N值与经度也呈显著正相关关系。(5)幼树和成熟胡杨林水分利用率的平均值分别为77.618μmol/mol(68.070～91.069μmol/mol)和72.463μmol/mol(62.809～97.111μmol/mol),不同林龄的胡杨水分利用率均与其叶片δ~(13)C呈极显著正相关关系(P0.001),各生境中于田县(阿日系马扎)的幼树和成熟林叶片具有较高的δ~(13)C值(-26.695‰和-26.033‰)和水分利用效率(91.069和97.111μmol/mol)。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

科尔沁沙地樟子松能否发生冬季“生理干旱”伤害

在内蒙古东部半干旱地区分别测定了春、秋两季栽植的樟子松苗越冬期间针叶含水量和蒸腾强度的变化,测定了针叶的致死临界含水量并在室内模拟了生理干旱伤害症状以探讨发生冬季生理干旱伤害的可能性．结果表明秋植苗针叶含水量１月份就已降到初始致死含水量以下而春植苗针叶含水量始终显著高于初始致死含水量并顺利越冬．含水量与蒸腾强度的对比表明甚至在冻土期内,针叶仍有某种水分补充来源．模拟实验中出现的针叶伤害症状和秋植苗野外伤害症状一致．结论认为该地区已正常成活的春季造林苗不大可能发生冬季生理干旱伤害．     

科尔沁沙地不同密度(小面积)樟子松人工林生长状况

在内蒙古科尔沁沙地丘间片林中选择不同密度的樟子松样地,对樟子松在不同栽植密度条件下的生长情况进行了研究.由于受多年降水偏少的影响,科尔沁沙地的樟子松出现了大量枯梢继而死亡的现象,而这种现象与林地的密度存在很强的相关性.样地林木的死亡率随林地密度的加大呈幂函数关系增加,原先最高密度情况下的林地,保存到现在的活木数量反而最少;林木的平均死亡年龄、最早死亡年龄、冠幅、树高和胸径随林地密度的增加而减小.虽然在其它一些区域的研究结果表明,树高较少受竞争的影响,但是在半干旱区,树高仍然与密度相关.枯梢林木的比例在高密度的样地大于低密度的样地,枯梢对低密度样地的林木基本上没有大的影响.各样地的冠幅和胸径比相差不大,平均只有0.297,以此指标衡量,该地可能更适合单一樟子松林的种植.综合来看,科尔沁沙地的气候和土壤条件适合栽植樟子松,但初始密度应控制在2800株/hm2以下,并应根据生长情况在进入生长高峰期后对林木进行适时间伐,20a龄期的林木其密度保持在2100株/hm2左右比较适宜.     

不同气候湿度下樟子松耐旱生理特征的变化

以半湿润区、半干旱区和半干旱向干旱过渡区沙地上栽培的１４～１６年生樟子松人工林个体为研究材料,测定其主要耐旱生理指标（πｊｐ、ε等）地区间的差异性,结果表明,樟子松主要的耐旱生理指标在不同地区间存在着显著差异（Ｐ≤０．０５）;其变化与各地区的气候湿度指标（Ｉｍ）呈显著线性相关（Ｐ≤０．０５）,可用ｙ＝Ａ＋Ｂｘ关系式表达（ｙ为耐旱生理指标;ｘ为Ｉｍ）．当Ｉｍ由－２９．６降至－７０．２时,嫩枝生长初期和年生长季末期,初始失膨点总体渗透势（πｐ）随Ｉｍ的变化率（Ｂ）分别为０．００３４ＭＰａ和０．００６１ＭＰａ,最大总体体积弹性模数（ε）随Ｉｍ的变化率（Ｂ）分别为０．０１７ＭＰａ和０．０３１ＭＰａ,从而证明樟子松是耐旱性可变树种,可通过干旱锻炼提高其耐旱性．     

不同施水量处理下樟子松幼苗叶片水分生理生态特性的研究

研究了在不同水分处理下樟子松幼苗的若干生理生态过程和抗旱机制。结果表明,樟子松幼苗的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率、叶片温度及其他水分指标均随施水量的不同呈现较规律的变化;409．2和189．2mm施水量对樟子松幼苗各项指标的影响呈显著差异,而409．2和321．2mm之间与321．2和189．2mm之间均无差异;樟子松幼苗抗旱机制以抗脱水为主。     

呼伦贝尔沙地樟子松人工林乔木层固碳速率及其对气象因子的响应

以呼伦贝尔沙地樟子松人工林为对象,利用树木年轮学方法和解析木法,推算过去41年的樟子松林生物量、碳密度和固碳速率,并分析固碳速率与月均气温、月均最低温、月均最高温、月降水量、月均大气相对湿度等气象因子的关系。结果表明:樟子松林碳密度随着林龄的增加而增加,碳密度从1977年的2.58 t·hm^-2增加到2017年的87.97 t·hm^-2;樟子松林固碳速率的年际差异较大,总体上呈现出先增加后减小,最终趋于稳定的趋势,多年固碳速率为1.37～3.21 t·hm^-2·a^-1,平均为2.13 t·hm^-2·a^-1;樟子松林固碳速率与上一年和当年生长季的降水呈正相关,与非生长季降水呈负相关,特别是与上一年12月和当年3月降水量呈显著相关;与上一年和当年8—9月的月均湿度显著正相关;与上一年及当年生长季的月平均气温、月均最低温和月均最高温呈显著或极显著负相关;樟子松林固碳能力同时受温度和降水的影响,但温度的影响大于降水的影响,在未来该地区气候暖干化的变化趋势下樟子松林...     

樟子松受精作用和原胚的选择

樟子松发育成熟的雄配子体中的精子6月15日左右在颈卵器中上部与卵细胞结合,进行受精作用,其后,受精卵进行游离核分裂,形成8个子核时,开始形成细胞壁。它们再分裂1次,形成16个细胞的原胚。接着胚柄细胞层迅速生长、伸长,把下面的原胚送出颈卵器基部的细胞壁,进入胚乳中的溶蚀腔。原胚吸收溶蚀腔中的营养,生长发育。初期,胚的数目往往很多,但常常只有1个发育成熟。     

外生菌根真菌对科尔沁沙地樟子松人工林衰退的影响

通过对科尔沁沙地东南缘樟子松人工林气温、地温及樟子松人工林根系分布的观测,从温度对外生菌根菌存活与生长影响的角度分析了沙地樟子松人工林衰退的现象,结果表明：由于沙地表层土壤（0～5cm）高温环境,外生菌根菌无法存活;在沙地20～40cm土层内,温度条件有利于外生菌根菌的存活、生长,而13～42年生沙地樟子松人工林树木平均78％的根系分布于该层,说明外生菌根菌的存在阻止或延缓了樟子松人工林的生长衰退,不是导致沙地樟子松人工林枯叶、枯梢、枯枝、死亡的原因．表层土壤外生菌根菌的缺乏使萌发的幼苗不能形成有效根系是导致沙地樟子松人工林不能天然更新的主要原因之一．     

膨大剂处理对樟子松种实性状的影响

樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)是我国北方重要的用材、园林绿化及生态防护树种。研究膨大剂处理对樟子松种实性状的影响,可以为樟子松优质球果的高产、稳产的科学管理方式提供依据。本研究以吉林省延边自治区汪清县亲和种子园樟子松优良单株为研究对象,分析氯吡脲(PPU)和α-萘乙酸钠(α-NA)2种膨大剂处理对樟子松球果产量、球果质量、种子产量和种子质量等指标的影响。膨大剂处理后,樟子松种实性状的平均值均大于对照,表明膨大剂处理对于樟子松的种实发育有促进作用;樟子松的球果重、单果出籽量、种长及种宽在各处理间差异均达极显著水平(P<0.001),表明膨大剂处理对樟子松球果产量以及种子质量有极显著影响。膨大剂处理后单果出籽量和单果出籽重的表型变异系数分别达到28.54%、33.88%。利用球果性状对各处理进行综合评价,初步选出氯吡脲浓度10 mg·L^-1为最佳处理,该处理条件下球果长、球果宽、球果重的现实增益分别为11.81%、4.65%和24.35%;根据种子性状初步选出α-萘乙酸钠质量浓度为10 mg·L^-1的...     

Change of growth characters and carbon stocks in plantations of Pinus sylvestris var. mongolica in Saihanba,Hebei, China

Aims Pinus sylvestris var. mongolica is one of the main afforestation tree species in North China. It is important to study the characters of growth and carbon (C) sequestration, which can provide scientific basis for the sustainable management. Therefore, our study aims at quantifying the growth characters and C sequestration in these middle-aged plantations, and to investigate the effect of diameter at breast height (DBH) on those dynamics. Methods We selected a middle-aged P. sylvestris var. mongolica plantation as our permanent experimental plot, which is located in Saihanba, Hebei Province, China. DBH and height of all stands in this plot were measured in 2006 and 2016. Based on the anatomical trees and allometric equation, we calculated C density and sequestration from 2006 to 2016. We also analyzed C sequestration in different DBH groups in the study area. Important findings Our results showed that the carbon sink of those middle-age (age between 28 and 38 years old) plantation would be enhanced in future, and there were differences in characters of growth and C sequestration among DBH groups. The decadal increment rate of DBH and height were 4.19% and 1.97%, and the increment rate was the lowest in the 0-10 cm DBH class. The mortality rate of the plantation was 8.39%, with 7.82% mortality occurred in 0-10 cm tree size class. The forest stands biomass carbon stocks in 2006 and 2016 were 59.04 and 109.64 t?hm^-2, respectively, and almost 87.1% of the carbon stocks were in the middle DBH-class, even though the number of trees only accounted for nearly 59.2%. The small class’s number of trees accounted for 39.1%, while the carbon stocks accounted for 8.3%. Our results also demonstrate that forests in Saihanba would continue to act as a carbon sink in the coming years. The variations among DBH groups highlights that the diameter class should be taken into consideration while assess the ecological efficiency and carbon sequestration capacity in a certain area.