阿尔泰山的北方森林是中亚以及全球的生态系统的重要组成部分, 其生长动态可以影响到全球范围的热辐射、碳平衡等。因此, 探究影响阿尔泰山树木径向生长的主要因素至关重要。该研究以新疆喀纳斯国家级自然保护区的西伯利亚五针松(Pinus sibirica)为研究对象, 建立西伯利亚五针松年表, 通过分析不同时间间隔累年生长量、竞争指数以及气候因子之间的关系, 运用线性混合效应模型、相关分析等方法, 探究竞争和气候对新疆阿尔泰山西伯利亚五针松树木径向生长的影响。结果表明: (1)线性混合效应模型结果显示竞争树胸径和与西伯利亚五针松过去30年的累年生长量之间的拟合效果最好; (2)标准年表与3月的平均气温、平均最高气温、平均最低气温之间有显著正相关关系; (3)累年生长量最高值出现在气温0-5 ℃, 竞争指数低于100的时候。累年生长量最低时, 气温达到-10 ℃, 竞争指数也超过了300。目标树的树木径向生长受到竞争树胸径和及生长季前期气温的影响, 两者共同作用。但相较于气候因子而言, 竞争对西伯利亚五针松的树木径向生长有更大的影响作用。

以红枝蒲桃(Syzygium rehderianum)、海南红豆(Ormosia pinnata)、红锥(Castanopsis hystrix)和木荷(Schima superba) 4种南亚热带常绿阔叶林典型树种为研究对象, 采用红外-箱式增温的方法, 研究4个树种叶片气孔性状(表征气孔调节能力)、叶片解剖结构(表征叶片组织调节能力)和光合特征(表征养分维持能力)对增温的响应情况, 比较不同树种在增温背景下的生理生态适应能力, 为预测该地区森林植物在全球变暖情形下的生长变化趋势提供理论依据。结果表明: 增温后, 红枝蒲桃叶片海绵组织厚度减小, 且光合氮利用效率(PNUE)和光合磷利用效率(PPUE)降低; 海南红豆气孔导度增大、气孔密度减小以及叶片厚度和栅栏组织厚度减小, 同时光合速率、PNUE和PPUE升高; 红锥气孔大小缩小, 但光合速率不变; 木荷气孔增大而密度减小, 栅栏组织厚度减小, 光合速率、PNUE和PPUE降低。综上所述, 红枝蒲桃、海南红豆和木荷能够通过降低叶片厚度来适应高温环境, 不同物种的气孔调节、养分维持、光合速率和光合养分利用效率对增温的响应存在差异。增温有利于固氮植物海南红豆的生长, 但不利于传统优势树种木荷和红枝蒲桃的生长。因此, 在未来气候变暖的情况下, 固氮植物海南红豆由于具有较强的适应能力, 在南亚热带常绿阔叶林中可能会取代木荷和红枝蒲桃等成为新的优势树种。

由于生长速率高, 耐旱性强, 银合欢(Leucaena leucocephala)被广泛应用于世界各地退化热带亚热带森林的修复, 但它也是一种全球性的外来入侵植物。已经有研究发现高生长速率可以帮助银合欢成功入侵亚热带森林, 但是目前还不清楚高生长速率和强耐旱性是否能帮助银合欢成功入侵热带森林。该研究以位于中国三亚抱坡岭被银合欢入侵的热带雨林先锋群落为研究对象, 通过t检验比较干季和湿季银合欢和8个热带雨林先锋群落的本地优势种与快速生长(光合速率、气孔导度和蒸腾速率)和耐旱性(叶片膨压丧失点)紧密相关的功能性状的差异, 并利用主成分分析(PCA)研究这些功能性状是否能很好地区分银合欢和其他8个本地优势种。结果表明: 银合欢在干湿季均能快速地生长(比本地物种显著更高的光合速率、气孔导度和蒸腾速率), 且在干季拥有更强的耐旱性(比本地物种显著更低的叶片膨压丧失点)。PCA结果表明这些功能性状能够显著区分银合欢和其他8个本地优势种。因此干湿季的稳定的快速生长和干季的强耐旱性使银合欢成功入侵热带雨林先锋群落。未来可利用这些功能性状筛选合适的本地物种对入侵其他热带森林的银合欢进行有效的生物防治。

细叶云南松(Pinus yunnanensis var. tenuifolia)是分布于滇、黔、桂交界处的一个云南松变种, 其自然生境独特, 属典型的干热河谷气候, 具有重要的生态、经济价值。该研究以分布于南盘江-红水河流域沿线的8个细叶云南松天然种群为材料, 采用描述性统计及巢式方差分析比较种群间及种群内种实性状差异, 运用Pearson相关及典型相关分析探究种实性状与地理气象因子间的相关性, 最后对种群进行主成分聚类和Mantel检验, 揭示其种实性状地理变异模式。结果显示: 细叶云南松11个种实性状在种群间和种群内都存在极显著差异(p < 0.001), 变异丰富。种实性状以种群内变异为主(平均表型分化系数V_ST = 18.65%), 球果性状种群间分化(24.22%-39.88%)高于种子及种翅性状(4.14%-13.80%), 表明球果性状受到更强的环境选择。尽管部分相关系数未达显著水平, 但整体上种实性状与经纬度、年平均气温呈正相关关系, 与相对湿度、年降水量呈负相关关系, 表明细叶云南松种实性状受到地理隔离、湿度和温度的协同选择作用, 使其能较好适应干热环境。主成分聚类将参试种群划分为3类, 位于东部的罗甸伍家坟(WJ)、罗甸大亭(DT)种群聚为一类, 其种实形态较大, 位于西南部的兴义坝汪(BW)种群单独一类, 其种实形态较小, 其他种群聚为一类, 种实形态介于前两类之间。总体上, 种实性状值有自西向东递增的趋势。Mantel检验表明, 参试种群存在明显的空间结构, 主要体现为渐变群模式。

猪血木(Euryodendron excelsum)是特产于中国的山茶科极危种, 但目前对导致猪血木种群结构改变的原因缺少相关的调查及研究, 保护策略不完善。该研究依据野外调查方法、编制标准生命表、存活曲线、致死力和寿命期望曲线, 利用德氏多度分析方法分析了广东省阳春市八甲镇极小种群野生植物猪血木种群的年龄结构和动态, 并与2007年的研究结果进行对比, 分析该种群近10年的变化情况及其原因。结果表明: (1)研究区域内野生猪血木种群的数量变化动态指数(V_pi和V′_pi)均小于0, 存活曲线趋于Deevey-III型, 种群结构属于衰退型, 幼树数量丰富, 但由于向小树发展过程受阻, 种群无法及时更新补充。(2)存活曲线、致死力和寿命期待曲线一致显示在幼树、小树2级、中龄树2级这3个阶段, 出现阻碍因素, 影响种群的自然更新。(3)三甲镇猪血木幼苗减少了39.3%, 八甲镇猪血木幼苗锐减了71.9%, 三甲镇幼苗转化率较八甲镇低了近1/2。人为干扰是导致猪血木野生种群衰退的主要驱动因素, 已实施的保护策略并不适合当前情况下的野生猪血木种群。

调整叶性状和生物量分配格局是植物适应环境变化的主要途径, 研究车桑子(Dodonaea viscosa)幼苗生物量分配与叶性状对氮磷浓度的响应对认识车桑子在氮磷浓度变化下的适应策略具有重要意义。该研究通过砂培法, 测定不同氮浓度(3、5、15、30 mmol·L^-1)与不同磷浓度(0.25、0.5、1、2 mmol·L^-1)下车桑子幼苗的生长、生物量分配、叶性状的响应特征及其相互关系。结果表明: 高浓度氮(30 mmol·L^-1)促进了车桑子幼苗生长、叶片氮含量和生物量积累, 其余氮添加条件(3、5、15 mmol·L^-1)下车桑子幼苗各性状无显著差异, 但相比高氮水平, 其生物量积累和叶片氮含量显著降低, 根冠比和氮利用效率显著增加。随着磷添加浓度的增加, 车桑子幼苗生物量显著增加, 低磷条件(0.25、0.5 mmol·L^-1)限制了车桑子幼苗生长和生物量积累, 其根冠比和磷利用效率均没有发生显著变化, 但比叶面积和叶/茎生物量比例显著增加, 叶干物质含量显著降低。氮处理下, 叶片氮含量与根冠比显著负相关; 磷处理下, 叶片氮含量与比叶面积显著正相关。同时, 氮处理下, 车桑子幼苗株高、基径、总生物量等生长性状均与根冠比显著负相关, 与叶片氮含量显著正相关, 表明根冠比和叶片氮含量的调整在车桑子适应氮限制中发挥重要作用; 而磷处理下, 株高、基径、总生物量与比叶面积显著负相关, 与叶干物质含量显著正相关, 表明叶片结构性状的调整在车桑子适应低磷环境中具有重要意义。该研究表明, 车桑子幼苗生物量分配和叶性状及性状间的权衡策略对氮、磷的响应具有明显差异性, 在今后的研究中, 应关注氮和磷对植物性状影响的差异性。

土壤胞外酶来源于土壤微生物、植物和动物, 是土壤生物地球化学过程的积极参与者, 在森林生态系统的物质循环和能量流动过程中扮演着重要角色。为探明土壤胞外酶活性对碳输入变化及增温的响应, 该研究基于长期增温、去除地表凋落物(以下简称去凋)和切根处理的云南哀牢山亚热带常绿阔叶林控制实验平台, 研究了不同处理(对照、去凋、切根、切根并增温)下表层矿质土壤(0-5和5-10 cm)与碳氮磷获取相关的胞外酶活性, 包括多酚氧化酶(POX)、过氧化物酶(PER)、β-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP)。结合铵态氮(NH₄⁺-N)含量、硝态氮(NO₃^--N)含量、溶解有机碳(DOC)含量、溶解总氮(DN)含量、土壤含水量(SWC)等相关指标, 探讨凋落物碳输入、根系碳输入和温度变化对土壤胞外酶活性及其生态化学计量特征的影响。研究结果表明: 在对照样方, 除POX外其余酶活性均为0-5 cm层显著高于5-10 cm层。与对照相比, 长期的凋落物去除显著降低了0-5 cm层土壤AP和BG活性, 对NAG、PER和POX活性则无显著影响; 长期切根处理显著降低了0-5 cm层土壤BG活性, 但提高了两个土层PER活性; 长期切根并增温处理显著降低了0-5 cm层AP和BG活性, 对其余酶活性无显著影响。冗余分析结果显示SWC和NH₄⁺-N含量是驱动土壤酶活性变化的重要因子。本研究为该生态系统土壤碳氮磷生物地球化学关键过程对全球变化的响应提供了土壤酶学的依据。

探究不同植物来源可溶性有机质(DOM)进入土壤后对酶活性的影响, 可以为降水淋溶下亚热带地区不同森林生态系统土壤碳循环提供科学依据。该研究提取杉木(Cunninghamia lanceolata)、木荷(Schima superba)和楠木(Phoebe zherman) 3种植物鲜叶中的DOM分别输入杉木人工林土壤中, 以等量的去离子水添加为对照, 进行25天的室内培养。培养结束后测定土壤理化性质、微生物生物量和酶活性等指标。结果表明: 与对照处理(CT)相比, 添加3种叶片DOM后, 土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)含量和碳氮比均无显著变化。杉木叶片DOM添加处理(CL)的TN含量显著低于木荷叶片DOM添加处理(SL)和楠木叶片DOM添加处理(PL), 碳氮比显著高于SL和PL。3种叶片DOM输入整体上提高了土壤溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的含量。叶片DOM输入后土壤微生物生物量碳(MBC)含量无显著变化, 然而CL和SL的土壤微生物生物量氮(MBN)含量分别比CT降低了50.9%和51.1%, PL的MBN含量比CT提高了54.0%。与CT相比, 不同植物来源DOM输入后, β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO) 3种酶活性均显著上升, 而多酚氧化酶(PPO)活性则显著下降; 此外, βG和CBH活性均表现出CL > SL > PL的特征。相关性分析的结果表明, 添加叶片DOM 3种处理的SOC、TN、MBN含量和βG、CBH活性都与所输入DOM的DOC含量和腐殖化指数(HIX)显著相关, 此外, 土壤MBN含量和PPO活性与输入叶片DOM的pH呈正相关关系。冗余分析(RDA)结果表明, 叶片DOM输入后引起土壤酶活性变化的关键因子是DON和DOC含量。总体来说, 不同植物来源DOM性质的差异会影响土壤碳循环水解酶的活性, 而叶片DOM输入后增加了土壤碳和氮的有效性, 引起4种碳循环酶的不同响应。

为了探讨人工林内优势乔木和林下灌草根际土壤氮矿化特征, 明确乔灌草根际土壤氮转化差异, 该研究以江西泰和千烟洲站区典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林为对象, 在植被生长季初期(4月)和旺盛期(7月)分析3种人工林内乔木、优势灌木(檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata))和草本(狗脊蕨(Woodwardia japonica)、暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata))根际土壤的净氮矿化速率、土壤化学性质及土壤微生物特征。结果发现: 1)物种、林型和取样季节显著影响了根际土壤净氮矿化速率(N_min)、净铵化速率(N_amm)和净硝化速率(N_nit)。马尾松和湿地松林内林下灌草根际土壤净氮矿化的季节敏感性高于乔木: 4月乔木根际土壤N_min和N_amm显著高于大多数林下灌草, 而7月林下灌草根际土壤N_min和N_amm显著提高, 与乔木不再具有显著差异, 与主成分综合得分方差分析的结果一致。一般情况下, 杉木林N_min和N_nit显著高于马尾松林和湿地松林。7月净氮矿化显著高于4月。2)土壤铵态氮、硝态氮、全氮及土壤微生物量氮含量是影响根际土壤净氮矿化的主要因素。土壤化学性质对人工林根际土壤净氮矿化变异的贡献率为29.2%, 显著高于土壤微生物的解释率。充分考虑不同季节林下植被根际土壤的净氮矿化及其关键影响因素可为准确评估人工林生态系统养分循环状况提供重要支撑。

长株潭城市群生态绿心地区地处南方红壤丘陵区的中心地带, 植被区划上属中亚热带常绿阔叶林北部植被亚地带。该区植被以次生林为主, 植被类型复杂多样, 在南方红壤丘陵区现状植被中具有典型代表性, 可为区域植被演替动态和植被恢复研究提供良好的平台。该研究采用统一、规范的方法设置了50个样方, 对区内主要植被类型的物种组成、数量特征、生境信息等进行调查。计算乔木层、灌木层和草本层物种重要值, 运用《中国植被志》编研规范进行植被类型划分和命名, 描述群落物种组成和特征, 并提供10个植被型、22个群系、33个群丛共50个样方的原始数据, 包括森林样方43个, 灌丛样方5个, 草地样方1个, 沼泽样方1个。