基于河北崇陵流域人工林涡度相关通量观测数据, 采用通径分析和分段回归解析了水热碳通量与土壤水分、饱和水汽压差、空气和土壤温度, 及净辐射、光合有效辐射等环境因子的关联性。结果表明, 通径分析法揭示了各指标的主导/次要因子的直接及间接效应, 显热通量和水分利用效率的主要影响因子为饱和水汽压差, 而潜热通量、碳通量的影响因子以辐射、温度为主; 分段回归法进一步探讨了次要因子对主导因子的限制作用, 当0.20 m³·m^-3 <土壤水分含量≤0.35 m³·m^-3时, 潜热通量、生态系统呼吸及水分利用效率与其主导因子间相关性最高, 当饱和水汽压差≤1.0 kPa时, 净生态系统生产力、总生态系统生产力与其主导因子间相关性最高; 两种方法的有机结合, 使我们对生态水文过程各驱动因子有了清晰的宏观认识, 并量化了次要因子起限制作用的数量范围。

林窗通过改变森林微环境及土壤环境而影响凋落物难降解物质的降解, 目前关于人工林林窗对凋落物分解过程中难降解物质影响的研究较少。该文采用凋落物分解袋法, 以马尾松(Pinus massoniana)人工林人工砍伐形成的7个不同面积的林窗(G1: 100 m²、G2: 225 m²、G3: 400 m²、G4: 625 m²、G5: 900 m²、G6: 1225 m²、G7: 1600 m²)为研究对象, 以林下为对照, 研究了林窗大小对两种乡土树种——樟(Cinnamomum camphora)和红椿(Toona ciliata)凋落叶分解过程中难降解物质(木质素、纤维素、总酚、缩合单宁)含量的影响。结果表明: 1)林窗大小对林窗中心红椿凋落叶缩合单宁、总酚、木质素的含量有显著影响, 对其纤维素含量和樟凋落叶中4种难降解物质含量均无显著影响。随着林窗面积的增大, 红椿凋落叶中除纤维素含量外的其余3种难降解物质含量, 中小型林窗(G1-G5, G1: 100 m², G2: 225 m², G3:400 m², G4: 625 m², G5: 900 m²)低于大型林窗(G6、G7, G6: 1225 m², G7: 1600 m²)。2)林窗不同位置, 只有红椿凋落叶中缩合单宁含量林窗中心显著低于边缘, 其余难降解物质含量和樟凋落叶中4种难降解物质含量均无显著差异。樟凋落叶的木质素含量在G3林窗显著低于林下; 红椿凋落叶除纤维素含量外的其余难降解物质含量, 中小型林窗从林窗中心到边缘均显著低于林下。3)随着分解时间的延长, 两种凋落叶都表现出缩合单宁、纤维素含量降低, 木质素含量升高, 总酚含量先升高后降低的变化趋势。研究结果表明: 中小型林窗(100-900 m²)较大面积林窗干扰更有利于凋落叶中难降解物质的降解, 而林窗内的环境异质性应该是凋落物中难分解物质分解动态的主要调控因子, 并且这种效应依赖于初始凋落物质量。

以湖南会同地区26年生杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象, 探讨剔除林下植被对土壤呼吸和微生物群落结构的影响。2012年6月将林下植被剔除后, 2012年7月-2014年7月每月测定一次土壤呼吸速率、5 cm土壤温度和含水量, 并分别于2013年7月和2014年7月测定了土壤微生物群落结构和土壤养分数据。研究结果表明: 杉木人工林土壤呼吸具有明显的季节变化规律, 且与5 cm深处的土壤温度呈极显著的正相关关系。林下植被剔除两年内土壤呼吸平均下降了32.8%, 2012年7月-2013年6月下降了42.9%, 2013年7月-2014年7月下降了22.2%。根据土壤呼吸与温度拟合的指数方程所计算出的土壤呼吸的温度敏感性Q₁₀值在对照区为2.10, 林下植被剔除区为1.87, 说明在杉木人工林系统中林下植被剔除2年降低了土壤呼吸的温度敏感性。此外, 林下植被剔除也改变了土壤微生物群落结构。林下植被剔除1年后, 土壤细菌的浓度没有发生改变, 但真菌的浓度降低, 导致真菌与细菌的浓度比值下降。此外, 革兰氏阳性细菌(G⁺)的浓度及其与革兰氏阴性菌(G^-)的比值升高。林下植被剔除2年后, G⁺浓度和G⁺与G^-的浓度比值降低。该研究表明林下植被剔除可以降低土壤呼吸, 从而减少土壤向大气中释放碳; 同时可改变土壤微生物群落结构, 而且其效应受作用时间的影响。

了解植物化学计量学特征对生物量变化的响应机制对预测全球变化下植物生产力以及生态系统功能具有重要意义。为了了解干热河谷地区植物化学计量学塑性变化与植物生物量变化的关系, 该研究以当地的典型燥红土为基质, 观察水分、养分以及二者的交互作用对6种植物的生长的促进作用, 并分析这种作用与植物化学计量学特征变化的关系。研究结果显示: 水分、养分、物种及其二元交互作用对植物生长具有显著的作用。养分添加处理增加了32.55%的生物量, 高频次水分处理增加了31.35%的生物量, 水分与养分复合处理下生物量增加了110.60%。植物化学计量学特征的变化与植物生物量对处理的响应具有显著相关性。其中, 植物总体K:Ca、K:Mg、K:Mn、K:Zn、Mg:Mn的变化与植物生物量的变化呈正相关关系, 表明水分和养分处理对植物生长的促进作用影响了植物养分的平衡, 主要的变化趋势是高含量元素与低含量元素的计量比随着生物量的增加而不断增加。此外, 相对于植物生物量变化, 处理类型和物种因素对多数化学计量学特征变化无显著影响, 表明水分和养分处理对化学计量学的影响具有相同的驱动机制, 即通过生物量变化最终影响化学计量学变化。植物生物量对水分和养分的响应可对植物化学计量学特征以及生态系统功能产生深远的影响。

根系分形结构是植物根系构型应对环境异质性的表型可塑性结果, 可反映植物对生长环境的适应策略。利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型, 并提取坡向数据, 采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法, 研究了祁连山北坡高寒退化草地不同坡向甘肃臭草(Melica przewalskyi)的根系分形结构。结果表明: 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 草地群落的密度、高度和土壤含水量逐渐减小, 甘肃臭草种群的密度、高度以及根系分形丰度呈逐渐增大的趋势、分形维数逐渐减小; 不同坡向甘肃臭草根系分形维数和分形丰度间的相关性存在差异(p < 0.05), 南坡和北坡甘肃臭草根系分形维数分形丰度之间存在极显著负相关关系(p < 0.01), 东坡和西坡之间存在显著负相关关系(p < 0.05), 甘肃臭草根系分形维数和分形丰度存在着“此消彼长”的权衡关系; 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 甘肃臭草根系分形维数和分形丰度回归方程的标准化主轴(SMA)斜率逐渐增大(p < 0.05), 说明在干旱的南坡, 根系所开发利用的相同体积的土壤内, 根系分支更少、更稀疏。不同坡向甘肃臭草合理权衡根系分形维数和分形丰度的资源配置模式, 体现了植物根系构型构建的资源投资权衡机制。

合理高效的水肥集约经营是有效地提高速生丰产林生产力的重要途径。细根是植物吸收水肥和维持生长的主要器官, 了解细根形态及其分布对水肥耦合措施的响应机制有助于解释树木生长和吸收水肥能力的差异性。该文基于水氮耦合措施对欧美108杨(Populus × euramericana ‘Guariento’)幼林表土层(0–30 cm)细根形态及分布的影响研究, 在连续两年的水氮管理后, 开展了欧美108杨0–60 cm土层细根形态及垂直分布对水氮耦合响应的研究。田间设计3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为–75 kPa、–50 kPa、–25 kPa)和3个养分水平(施N 150 g·tree^–1·a^–1、300 g·tree^–1·a^–1、450 g·tree^–1·a^–1), 组合成9个水氮耦合处理, 另设1个对照处理(CK)。研究结果表明: (1)垂直方向上, 各处理细根生物量密度、表面积和平均直径均表现为10–20 cm土层最大(该层生物量密度占0–60 cm土层总生物量的27%–37%), 随后在30–60 cm土层逐层递减; 根长密度则随土壤深度的加深而逐层递减, 0–10 cm土层显著大于其他土层(该层根长密度占0–60 cm土层总根长密度的33%–45%)。(2) 6个土层的细根生物量密度、根长密度和平均直径均表现为高水高氮(D3F3)和中水高氮(D2F3) 2个处理间差异不显著, 但均显著高于其他处理, 其中, D3F3处理6个土层生物量密度是对照的3.12–47.74倍; 细根表面积则是D3F3处理显著高于其他处理, 是CK的4.36–30.57倍。(3)连续的水氮耦合管理措施不会改变细根的垂直分布格局(各处理均具有与CK一致的分布格局), 但在第二个生长季, 欧美108杨细根的整体分布随着林龄的增加趋于深层化; 另外, 中水高氮的耦合处理也可有效地促进细根的生长, 这种水氮需求水平与第一个生长季内需高水高氮才可显著促进其生长的特性不同。欧美108杨细根在第2个生长季主要分布于0–20 cm土层, 9个水氮耦合处理中, 除低水低氮处理外, 其他处理各细根形态指标值均显著高于CK, 这种差异性在浅土层更为显著, 而在深土层表现出相对较小的差异。当灌溉量一定时(尤其中、高灌溉水平), 增加施氮量可显著促进细根生长, 但当施氮量一定时(尤其低、中氮水平), 增加灌溉量对细根生长的促进效果不显著, 即欧美108杨细根生长趋肥性强于向水性。

木质部空穴化和栓塞是木本植物在干旱等条件下遭受水分胁迫时产生的木质部输水功能障碍, 在全球气候变化的大背景下, 栓塞脆弱性对干旱响应的研究已成为热点和重要内容。近年来有关木质部栓塞脆弱性与植物输水结构和耐旱性的关系已有大量研究并取得一定成果, 但是, 不同学者在不同地区对不同材料的研究结果存在很大不同。该文就近年来这一研究领域取得的成果及争议问题进行了概括和总结, 主要涉及木质部栓塞脆弱性(P₅₀)及脆弱曲线的建立方法、木质部栓塞脆弱性与木质部结构(导管直径、导管长度、纹孔膜、木质部密度、纤维及纤维管胞)间的关系和木质部栓塞脆弱性与耐旱性的关系, 并对未来工作进行展望, 提出在未来的工作中应对同一树种使用Cochard Cavitron离心机法、Sperry离心机技术与传统方法建立的脆弱曲线进行比较验证、计算P₅₀值、分析植物个体器官水平差异(根、茎、叶)、测定树种生理生态指标, 探索植物栓塞脆弱性与输水结构和耐旱性的关系, 从而评估不同类型植物在未来气候变化下的耐旱能力。