增温对亚热带杉木枝和叶凋落物理化性质的影响

在区域尺度上,凋落物的底物性质是决定其分解速率的关键因素。本研究以亚热带杉木人工林为对象,通过埋设电缆进行土壤增温,分析气候变暖对杉木枝、叶凋落物理化性质的影响。结果表明: 经过5年的土壤增温试验(4 ℃),杉木枝凋落物的氮(N)、磷(P)含量和可萃取物含量分别增加35.2%、40.8%、7.6%,叶凋落物分别增加41.2%、45.9%、5.9%;枝凋落物的碳(C)含量、纤维素含量和C/N分别降低5.1%、11.6%、28.8%,叶凋落物分别降低5.3%、11.3%、33.3%。土壤增温导致杉木叶凋落物的比叶面积提高29.8%,抗拉强度减小40.7%,但增温对杉木枝和叶凋落物木质素含量和pH值无显著影响。¹³C NMR和红外光谱分析显示,增温后杉木凋落物中氨基酸、多糖、多酚和脂肪族化合物含量变化显著,而且在不同器官凋落物之间有所差别,表现为多糖类物质只在叶凋落物中显著增加,枝凋落物中氨基酸的增加量大于叶凋落物。土壤增温显著改变了杉木枝、叶凋落物的理化性质, N、P养分含量的提高以及抗拉强度减小等特征可能加速初期凋落物的分解速率,而由于复杂大分子化合物的增多,后期凋落物的分解速率可能较慢。     

杉木N、P代谢对模拟土壤增温及隔离降雨的响应

全球气候变化改变了陆地生态系统植物的生理状态,使植物氮(N)、磷(P)代谢发生了变化。为揭示全球气候变暖及干旱环境下植物N、P代谢特征的变化,以典型的亚热带植物杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,按照两因素两水平试验设计设置对照、增温(+5℃)、隔离降雨(-50%)和增温×隔离降雨4个处理,根据"主干法"确定针叶龄级,采集一年生、二年生、三年生及四年生叶片,同时收集每个处理的凋落叶,分别测定鲜叶及凋落叶的生态化学计量学特征,并计算其N、P吸收率。结果表明:(1)增温及隔离降雨对凋落叶N浓度及C/N比值均无显著影响,隔离降雨使凋落叶P浓度显著增加23.32%,C/P比值显著下降18.57%(P0.05)。(2)增温、增温×隔离降雨处理使杉木二年生鲜叶N浓度较对照组均有显著差异(P0.05),三、四年生叶片N浓度在隔离降雨处理下分别极显著增加18.15%和25.33%(P0.01),增温及隔离降雨使P浓度均呈下降趋势但未造成显著差异。(3)N吸收率(NRE)在处理间及叶龄间均无显著差异;P吸收率(PRE)随叶龄增加呈下降趋势,其中仅隔离降雨处理下不同叶龄杉木叶PRE未有显著差异。(4)增温、隔离降雨及二者交互作用均增加鲜叶N浓度及NRE之间拟合关系,其中增温及增温×隔离降雨拟合度呈显著相关(P0.05),而增温、隔离降雨及二者共同作用均显著降低鲜叶P浓度及PRE的拟合关系(P0.05),其中隔离降雨处理对其影响最大。在中亚热带地区,杉木生长受P元素限制显著,土壤温度和水分都是叶片P素变化的重要因素,而杉木叶片N素对水分较为敏感,适当的水分亏缺能使叶片的N浓度增加,尤其对成熟叶片影响显著。     

大气增温对杉木幼树叶片及细根生理特征的影响

为揭示亚热带森林对未来全球变暖的生理响应特征,本研究以杉木为研究对象,利用开顶式增温方式模拟气候变暖,研究其对叶片和细根丙二醛含量、活性氧代谢、渗透调节物质含量以及抗氧化酶活性的影响。研究结果显示：（1）增温显著增加杉木叶片和细根的丙二醛含量,且叶片丙二醛含量显著高于细根,说明增温加剧了杉木叶片和细根氧化损伤,且叶片氧化损伤程度高于细根;（2）增温后,杉木叶片脯氨酸和可溶性蛋白含量降低,细根脯氨酸和可溶性蛋白含量则增加;（3）增温显著提高了杉木叶片过氧化物酶活性,对杉木细根抗氧化酶活性无显著影响;（4）增温后,杉木叶片和细根活性氧含量未发生显著变化,杉木叶片活性氧含量显著高于细根。综合分析表明,尽管增温增加了杉木叶片和细根的氧化损伤,但杉木可以通过提高抗氧化保护酶活性（叶片）和积累较多的渗透调节物质（细根）来维持体内活性氧代谢平衡。可见,杉木地上和地下部分器官间的相互合作与协调使杉木能有效地适应高温环境。