机械磨损是邻体植物冠层接壤区域的重要生态过程之一, 对枝叶生理和形态特征具有重要影响。但是, 当前非常缺乏邻体植物冠层机械磨损对枝叶功能性状影响特征和权衡机制的深入研究。该研究以广西猫儿山的铁杉(Tsuga chinensis)为对象, 通过比较邻体冠层间机械磨损区优势枝、劣势枝与非机械磨损区的叶面积、叶长、叶宽、叶厚、比叶面积、叶干物质含量、叶干质量、末端枝含水率和枝直径的差异, 分析枝叶功能性状在机械磨损影响下的变异和权衡关系。结果显示: 机械磨损显著影响邻体冠层叶干物质含量、比叶面积和叶干质量。具体而言, 机械磨损区优势枝叶干物质含量显著大于劣势枝和非机械磨损区, 优势枝比叶面积显著低于劣势枝和非机械磨损区, 劣势枝叶干质量显著低于优势枝和非机械磨损区。其次, 机械磨损对枝叶性状关系的影响格局不同。叶面积-叶长在机械磨损区优势枝、劣势枝和非机械磨损区间表现出一致的正向关系; 叶面积-叶宽、叶面积-叶干质量、叶宽-叶厚、叶厚-末端枝直径和叶长-叶宽仅在机械磨损区优势枝显著正相关; 叶面积-末端枝直径和末端枝直径-末端枝含水率仅在劣势枝显著负相关; 叶干物质含量-叶厚仅在劣势枝显著正相关。其余性状关系在机械磨损区优势枝、劣势枝和非机械磨损区均不显著。以上结果表明, 森林植物邻体间的冠层机械磨损可显著改变枝叶功能性状的权衡关系。

该研究以呼伦贝尔羊草(Leymus chinensis)草甸草原割草场为研究对象, 通过对羊草营养生长期内功能性状变化的观测, 研究切根对羊草叶、茎、植株功能性状的影响, 为干扰状态下羊草植株的响应机制和天然割草场植被的恢复提供参考。运用9QP-830型草地破土切根机对草地进行切根处理, 分期测定羊草单株高度、叶长、自然叶宽、展开叶宽、茎粗、茎长、叶质量、茎质量、单株质量等多个功能性状, 通过统计分析切根前后性状的差异, 拟合其变化方程, 探索影响羊草产量的表型性状和质量性状的驱动因子。研究结果显示: (1)切根显著降低了羊草的比叶面积、总叶质量、茎长/茎粗、茎干物质含量, 显著提高了平均叶长和叶面积, 整体上提高了单株质量、株高和植株干物质含量。(2)对照和切根羊草叶、茎功能性状均呈二次曲线变化, 拟合效果达显著或极显著水平。除叶干物质含量、茎干物质含量和茎长/茎粗外, 其余叶、茎功能性状均呈先升高后降低的变化趋势。(3)除叶片数外, 羊草各表型性状之间均呈极显著的正相关关系, 叶质量、茎质量、单株质量之间呈极显著的正相关关系, 比叶面积与质量性状关系不显著。(4)总叶长和总叶质量分别是羊草单株质量表型性状和质量性状之中的最大驱动因子。羊草功能性状间存在协同变化的关系, 切根一定程度上使羊草地上植株的生活史提前。

为了解影响罗霄山南部树木径向生长的主要气候要素, 该研究运用树木年轮气候学研究方法, 建立罗霄山南部4个针叶树种的树轮宽度标准化年表, 阐明影响该区域4个针叶树种径向生长的主要气候要素, 研究各树种在气温突变前后的径向生长特征及其对气候要素响应的异同。结果表明: 年表特征参数显示, 福建柏(Fokienia hodginsii)与其他树种相比, 其树轮宽度年表所包含的气候信息可能较少。与气候要素的相关分析显示, 铁杉(Tsuga chinensis)的径向生长同时受气温和降水的影响: 与上年10月的降水量呈显著正相关关系, 与气温的响应总体上呈负相关关系; 资源冷杉(Abies beshanzuensis var. ziyuanensis)仅与上年8月的降水量呈显著正相关关系; 马尾松(Pinus massoniana)与上年3月和当年1月的最高气温呈显著正相关关系, 与上年7月和当年8月的最低气温呈显著负相关关系; 福建柏仅与当年3月的降水量呈显著正相关关系。气温发生突变后, 4个树种树轮宽度指数的变化趋势相同, 均呈下降趋势, 除资源冷杉外, 各个树种的径向生长对气候要素的响应总体上有所增强, 且升温后产生的干旱胁迫抑制了各树种的生长。

凋落物分解是生态系统物质循环的重要过程, 探究降雨变化对高寒草甸不同植物功能群凋落物分解的影响, 有助于了解高寒草甸物质循环对降雨变化的响应规律和机制。该研究设置减雨90% (Pr-90)、减雨50% (Pr-50)、减雨30% (Pr-30)、自然降雨(CK)和增雨50% (Pr+50) 5个降雨处理, 采用网袋分解法, 对青藏高原东部高寒草甸的3种植物功能群(禾本科、莎草科、杂类草)及群落凋落物的化学性质、质量损失和养分释放动态进行研究。结果表明: 1)减雨处理(Pr-90、Pr-50和Pr-30)显著增加禾本科凋落物的初始氮(N)含量, 显著降低碳氮比(C:N)和木质素氮比(木质素:N); 增雨处理(Pr+50)显著增加各类型凋落物初始磷(P)含量。2)根据Olson负指数模型拟合, 不同降雨处理下, 杂类草凋落物分解最快, 分解95%的时间为3.49-7.45年; 群落和莎草科次之, 分别为4.07-8.05和4.65-7.74年; 禾本科分解最慢, 为5.84-11.18年。3)极端减雨(Pr-90)抑制各类型凋落物分解, 适度降雨变化(Pr-50、Pr-30和Pr+50)抑制禾本科分解而对莎草科、杂类草和群落无显著影响, 仅增雨(Pr+50)明显促进杂类草分解。4)各类型凋落物C释放在减雨(Pr-90和Pr-30)下受到抑制, 增雨或减雨均促进禾本科N和P释放, 对于莎草科、杂类草和群落凋落物而言, Pr-30促进N释放, Pr-90抑制P释放, Pr+50促进P释放。5)结构方程模型(SEM)表明, 质量和养分残留率受降雨量的直接负效应, 也受凋落物初始C、N、P和木质素、纤维素、半纤维素含量的间接影响。综上所述, 高寒草甸凋落物质量损失及养分释放受凋落物类型和降雨量的共同影响。考虑到禾本科分解最慢且对降雨变化的响应最为敏感, 未来应关注气候变化尤其是极端减雨下禾本科的质量损失及养分释放对高寒草甸有机质输入及C、N、P循环的影响。

叶片气孔是植物进行水汽交换的通道, 影响着植物的蒸腾和光合作用。然而叶片气孔行为受环境条件和树种类型的影响, 不同树种冠层气孔导度对环境因子响应的差异性, 以及在生长季不同时期叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用是否会发生改变, 仍不清楚。该研究目的是通过探究各环境因子对不同树种冠层气孔导度的相对贡献率以及叶片气孔对冠层蒸腾的调节作用, 为深入了解植物水分利用状况和山区森林经营提供参考依据。于2018年生长季以北京八达岭国家森林公园内的58年生油松(Pinus tabuliformis)和39年生元宝槭(Acer truncatum)为研究对象, 利用热扩散技术对其树干液流进行连续监测, 并同步监测环境因子。利用彭曼公式计算冠层气孔导度(G_s)。主要结果: (1)油松和元宝槭日间G_s在日、月时间尺度上存在明显差异。5-7月油松和元宝槭日动态G_s均随饱和水汽压差(VPD)和太阳辐射(GR)的增加呈上升趋势, 上升持续时间比8月和9月长; 在月尺度上, 随着VPD、GR的降低和土壤湿度(VWC)的升高, G_s从5月到9月整体上升。(2)利用增强回归树法分析得到VWC和VPD对G_s的贡献率最大, 其次是GR、气温和风速。VWC和VPD对油松G_s的贡献率分别为66.4%和17.4%, 对元宝槭G_s的贡献率分别为54.8%和21.0%。(3)油松和元宝槭的dG_s/dlnVPD值与参考冠层气孔导度之间的斜率均显著高于0.6, 气孔调节作用相对较强。综上所述, 气孔对环境因子的响应在树种以及生长季不同时期之间存在差异, 为防止水分过度散失, 两树种在不同土壤水分条件下均通过严格的气孔调节控制蒸腾量。

海南岛是中国兰科植物物种丰富度较高的地区, 了解环境因子对海南岛野生兰科植物物种组成和分布格局的影响, 对于该地区野生兰科植物的保护管理和相关研究具有重要指导意义。基于海南岛野生兰科植物调查分布样方的植被类型、海拔、坡向、坡度、年平均气温、年降水量的数据, 采用典范相关分析探索了环境因子对物种组成的影响, 并计算各个环境因子对物种组成的总效应与净效应, 同时分析了6个环境因子对野生兰科植物分布格局的影响。结果表明, 所选的6个环境因子共解释了海南岛野生兰科植物组成变异的3.7%; 植被类型、海拔、年平均气温、年降水量、坡向、坡度这6个环境因子的总效应与净效应均达显著水平, 但其解释率依次减小。所选的6个环境因子对海南岛野生兰科植物的分布均有影响, 野生兰科植物在海南岛主要分布在中海拔段、5°-35°的坡度范围、阴坡与半阴坡、年平均气温较低且年降水量较高的环境, 并且于原生植被中分布最多。

为明确晋西黄土区植物的水分利用规律及对半干旱区的适应策略, 提高黄土地区植被建设效益, 该研究对该地区典型乔灌木短期水分利用效率随环境因子的变化进行了探究。以典型乔木油松(Pinus tabuliformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)及其林下灌木黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)为研究对象, 测定叶片可溶性糖稳定碳同位素比值(δ¹³C_leaf)与枝条渗出液稳定碳同位素比值(δ¹³C_branch), 使用δ¹³C_leaf推导计算7-10月叶片尺度下植物短期水分利用效率(WUE_leaf)变化趋势, 使用δ¹³C_branch明确植物光合作用后分馏情况, 确定半干旱区植物在生长季的水分变化规律对环境因子变化的响应。结果表明: (1) 7-10月4种植物δ¹³C_leaf总体呈现降低趋势, δ¹³C_branch呈现先升高后降低趋势。δ¹³C_leaf在种间和生活型中均存在差异。具体表现为: 灌木>乔木, 常绿乔木(油松) >落叶乔木(刺槐)。研究过程中未发现明显的碳同位素在光合作用后发生分馏的情况。(2) 4种植物WUE_leaf在7-8月保持稳定, 9-10月逐渐升高。21.5 ℃、0.9 kPa、52.4%分别为WUE_leaf随温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)、相对湿度(RH)变化的突变点, 突变点之后4种植物WUE_leaf均表现出稳定的变化趋势, 不再随T_a、VPD、RH升高而降低。(3) WUE_leaf与T_a、RH、VPD之间存在显著负相关关系, T_a通过非气孔因素, 即酶的作用改变光合速率, 引起WUE_leaf变化。RH、VPD等水分因子则通过改变气孔开度, 影响蒸腾, 进而改变WUE_leaf。随着土壤含水量(SWC)的升高, WUE_leaf呈现先升高后降低的趋势。油松林和刺槐林在SWC分别达到15%-18%、13%-14%时, WUE_leaf达到最高值。经过混合线性模型(LMM)分析得到, 油松和刺槐WUE_leaf主导环境因子分别为RH和VPD, 黄刺玫和杠柳WUE_leaf主导环境因子均为T_a。该研究得到了黄土地区典型乔灌木生长季水分利用效率变化的规律和主要环境影响因子, 明确了黄土地区植物对气候因子变化的适应机制。

竹子的高速生长主要发生在无枝无叶的笋期, 并对水分需求巨大。水分不仅参与植物体内各种代谢, 而且水分转运可促进光合产物、矿质元素、生长激素等物质流动。竹子夜间主要由根压驱动水分转运, 但在日间尤其是下午根压基本为负值, 明确竹笋日间蒸腾作用发生机制及其对水分运输的影响对竹林培育有重要意义。该研究以不同伸长阶段的慈竹(Bambusa emeiensis)笋为材料, 研究了茎秆和竹箨的气孔特征、气孔导度与蒸腾速率等生理特征及在离体条件下竹笋的水分转运速率。结果表明: 1)不同发育状态的竹笋茎秆及箨鞘表面均分布有大量气孔, 气孔小且凹陷, 光合速率及叶绿素a、b含量极低, 但气孔导度和蒸腾速率均显著高于成熟叶片, 表明笋体和箨鞘是竹笋主要的呼吸和蒸腾部位。2)离体条件下竹笋的番红示踪表明, 高生长阶段的竹笋茎秆中番红上升速率较快, 有着较强的蒸腾。竹箨分离后, 番红仍然能够扩散和运输, 表明笋体茎秆也存在一定的蒸腾, 但与竹箨包裹的竹笋相比, 番红在分离竹箨后的笋体中上升速度显著下降, 表明竹箨对笋体内水分运输影响较大。3)箨环处的组织解剖发现, 节间的纵向维管束在竹节处特化形成一个类板状结构, 弯曲伸入竹箨, 是竹箨影响笋体内水分运输的重要结构基础。上述结果表明, 日间竹笋水分通过茎秆和竹箨表面的气孔大量蒸散, 产生蒸腾拉力驱动笋体内水分转运。该研究也发现, 随着茎秆成熟, 竹箨松动并开始脱落, 茎秆表面的气孔宽度增加, 加大了气孔的开口大小, 增大了节间气孔与大气水气交换的有效面积, 在一定程度上弥补了竹箨脱落时减少的蒸腾拉力。

菌子山喀斯特森林区位于云南东部师宗县, 在植被区划上属滇中、滇东高原半湿润常绿阔叶林与云南松(Pinus yunnanensis)林区。该片森林以次生林为主, 是这一植被区东部边缘残留森林的典型代表。为揭示菌子山喀斯特森林类型组成及其群落特征, 该研究对该森林区开展了系统的样方调查, 记录了群落的物种组成、数量特征、生境信息等。通过对29个样方的调查数据的分析, 基于群落学-生态学分类原则和最新的中国植被分类系统修订方案, 该喀斯特森林可划分为4个植被型, 16个群系和27个群丛。该研究对每个群丛的特征进行了描述, 提供了所有样方的原始数据。