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    2016年, 第7期
    刊出日期:2016-07-10

    内蒙古锡林郭勒锡林河流域草原景观(张兵伟摄)。陈敏玲等基于锡林郭勒盟两个半干旱草原连续8年的降水和土壤含水量的观测数据, 分析了不同大小降水事件对表层土壤含水量的脉冲式影响、降水发生后土壤水分的下渗过程, 借此探讨半干旱生态系统中土壤水分有效性的动态变化及影响因素(本期658–668页)。

      
    研究论文
    江西省森林净初级生产力动态变化特征及其驱动因子分析
    李登秋, 张春华, 居为民, 刘丽娟
    植物生态学报. 2016, 40(7):  643-657.  doi:10.17521/cjpe.2015.0348
    摘要 ( 1429 )   全文 ( 28 )   PDF (1564KB) ( 2138 )   英文版   知识图谱   收藏
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    亚热带森林生态系统具有巨大的固碳潜力。净初级生产力(NPP)在碳循环过程中具有重要的作用, 受到气候变化、大气成分、森林扰动的强度和频度、林龄等因子的综合影响, 然而目前上述各因子对亚热带森林NPP变化的贡献尚不明确, 需要鉴别森林NPP时空变化的主要驱动因子, 以准确认识亚热带森林生态系统碳循环。该文综合气象数据、年最大叶面积指数(LAI)、参考年NPP (BEPS模型模拟)、林龄、森林类型、土地覆盖、数字高程模型(DEM)、土壤质地、CO2浓度、氮沉降等多源数据, 利用InTEC模型(Integrated Terrestrial Ecosystem Carbon-budget Model)研究亚热带典型地区江西省森林生态系统1901-2010年NPP时空动态变化特征, 通过模拟情景设计, 着重讨论1970-2010年气候变化、林龄、CO2浓度和氮沉降对森林NPP动态变化的影响。研究结果如下: (1) InTEC模型能较好地模拟研究区NPP的时空变化; (2)江西省森林NPP 1901-2010年为(47.7 ± 4.2) Tg C·a-1 (平均值±标准偏差), 其中20世纪70年代、80年代、90年代分别为50.7、48.8、45.4 Tg C·a-1, 2000-2009年平均为55.2 Tg C·a-1; 随着森林干扰后的恢复再生长, 江西省森林NPP显著上升, 2000-2009年NPP增加的森林面积占森林总面积的60%; (3) 1970-2010年, 仅考虑森林干扰因子和仅考虑非干扰因子(气候、氮沉降、CO2浓度)情景下NPP分别为43.1和53.9 Tg C·a-1, 比综合考虑干扰因子和非干扰因子作用下的NPP分别低估7.3 Tg C·a-1 (低估的NPP与综合考虑干扰因子和非干扰因子作用下NPP的比值为14.5%,下同)和高估3.6 Tg C·a-1 (7.1%); 气候因子导致平均NPP减少2.0 Tg C·a-1 (4.7%), 氮沉降导致平均NPP增加4.5 Tg C·a-1 (10.4%), CO2浓度变化及耦合效应(氮沉降+ CO2浓度变化)分别导致平均NPP增加4.4 Tg C·a-1 (10.3%)和9.4 Tg C·a-1 (21.8%)。

    内蒙古半干旱草原土壤水分对降水格局变化的响应
    陈敏玲, 张兵伟, 任婷婷, 王姗姗, 陈世苹
    植物生态学报. 2016, 40(7):  658-668.  doi:10.17521/cjpe.2015.0155
    摘要 ( 1491 )   全文 ( 24 )   PDF (1170KB) ( 2254 )   英文版   知识图谱   收藏
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    在全球气候变化背景下, 未来我国北方半干旱地区的降水格局将呈现出季节与年际间降水波动增强和极端降水事件增加的趋势。水分是半干旱草原的主要限制因子, 降水格局变化导致的土壤水分状况的改变必然对生态系统的结构和功能产生显著的影响。该研究选取内蒙古多伦和锡林浩特两个典型半干旱草原群落, 通过分析2006-2013年的降水和多层次土壤(0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm和50 cm)含水量连续观测数据, 研究降水格局变化对土壤水分状况及其垂直分布的影响, 特别是土壤水分对降水事件的脉冲响应过程。结果表明: 两个站点的土壤含水量均呈现显著的季节及年际间波动, 其中土壤表层 0-10 cm水分波动更剧烈。锡林浩特50 cm处土壤含水量波动较大, 主要由于春季融雪的影响。年际间多伦和锡林浩特生长季土壤表层0-10 cm土壤含水量与降水量存在显著的正相关关系, 下层(10-50 cm)土壤含水量与降水量相关性不显著。研究发现小至2 mm的降水事件就能够引起两个站点表层0-10 cm土壤含水量的升高, 即该地区有效降水为日降水量> 2 mm。表层0-10 cm土壤含水量对独立降水事件的脉冲响应可通过指数方程很好地拟合。降水事件的大小决定了降水后表层0-10 cm土壤含水量的最大增量和持续时间, 同时这个脉冲响应过程还受到降水前土壤含水量的影响, 但该过程中并未发现植被因子(叶面积指数)的显著影响。降水后水分下渗深度及该深度的土壤含水量增量主要由降水事件的大小主导, 同时受到降水前土壤含水量的影响。在多伦和锡林浩特, 平均每增加1 mm降水, 下渗深度分别增加1.06和0.79 cm。由此作者认为, 在内蒙古半干旱草原, 降水事件大小和降水前土壤干湿状况是影响土壤水分对降水响应的主要因素, 而植被因子的影响较小。

    不同轮伐期对杉木人工林碳固存的影响
    王伟峰, 段玉玺, 张立欣, 王博, 李晓晶
    植物生态学报. 2016, 40(7):  669-678.  doi:10.17521/cjpe.2015.0407
    摘要 ( 1392 )   全文 ( 43 )   PDF (1235KB) ( 1966 )   英文版   知识图谱   收藏
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    在全球气候变化背景下, 科学的经营管理是人工林碳汇提升的主要途径。合理轮伐期从一定程度上反映了人工林集约经营的理念, 是实现森林结构调整的主要影响因素之一。杉木(Cunninghamia lanceolata)多代连栽出现立地生产力下降与轮伐期的选择密切相关, 开展不同轮伐期对杉木人工林碳固存影响的研究, 可为其可持续经营提供理论依据。通过设置不同年龄序列的杉木人工林野外观测样地, 应用野外观测数据对FORECAST模型进行验证, 在此基础上模拟不同轮伐期对其碳固存的影响。结果表明: (1)短轮伐期(15年)在150年间的总固碳量较高, 但固碳持久性较低, 每个轮伐期之间的固碳量下降幅度较大, 是一种不可持续的经营模式。(2)正常轮伐期(25年)和长轮伐期(50年)的总固碳量低于短轮伐期, 但长轮伐期固碳持久性更强, 有利于维持每个轮伐期内固碳量的稳定。(3)在好的立地条件下(立地指数(SI) = 27), 轮伐期越短对地力消耗影响越大, 为了碳固存的持久性, 建议杉木人工林的生态轮伐期选择在25年以上。(4)应用FORECAST模型可以定量地评估人工林的固碳能力, 且该固碳能力是基于不同经营管理措施下的可持续固碳能力。

    模拟氮沉降对矢车菊属植物Centaurea stoebe种群生长和竞争能力的影响
    彭扬, 彭培好, 李景吉
    植物生态学报. 2016, 40(7):  679-685.  doi:10.17521/cjpe.2015.0481
    摘要 ( 1036 )   全文 ( 15 )   PDF (1088KB) ( 1239 )   英文版   知识图谱   收藏
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    土壤氮含量是陆生植物生长的主要限制因素, 全球范围的氮沉降正增加土壤可利用性氮水平, 入侵植物一般具有较快的生长速度和较强的竞争能力, 因此理解氮添加对入侵植物种群生长和竞争能力的影响将有助于预测氮沉降背景下的植物入侵风险。实验设置氮添加和对照两种处理, 通过矢车菊属植物Centaurea stoebe的3个种群分别与草地早熟禾(Poa pratensis)混合种植及4个种群单独种植, 研究氮添加对C. stoebe种群生长和竞争能力的影响。结果显示, 无竞争条件下, 氮添加能促进C. stoebe种群生长, 并提高其潜在的竞争能力。竞争条件下, 氮添加能明显提高C. stoebe种群的竞争效应及其地下部分竞争资源的优势。氮沉降对其竞争能力影响未表现出显著的种群差异性。这些结果初步表明, 模拟氮沉降能增强C. stoebe种群的竞争能力, 从而提高其潜在的入侵危害性。

    氮添加对山西太岳山天然油松林主要植物叶片性状的影响
    肖迪, 王晓洁, 张凯, 何念鹏, 侯继华
    植物生态学报. 2016, 40(7):  686-701.  doi:10.17521/cjpe.2015.1043
    摘要 ( 1436 )   全文 ( 26 )   PDF (1672KB) ( 2751 )   英文版   知识图谱   收藏
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    为探讨植物性状对大气氮沉降的响应与适应机制, 该文以中国特有的、在北方温性针叶林中广泛分布的天然油松(Pinus tabuliformis)林为研究对象, 在2009-2013年开展了氮添加对植物叶片性状影响的野外控制试验, 4个氮添加浓度分别为0 kg·hm-2·a-1 (CK)、50 kg·hm-2·a-1 (低氮)、100 kg·hm-2·a-1 (中氮)和150 kg·hm-2·a-1 (高氮)。试验过程中分别测定了油松、蒙古栎(Quercus mongolica)、茶条槭(Acer ginnala)、毛榛(Corylus mandshurica)、沙梾(Cornus bretschneideri)、绣线菊(Spiraea salicifolia)、金银忍冬(Lonicera maackii)、羊须草(Carex callitrichos)、龙常草(Diarrhena mandshurica)、大火草(Anemone tomentosa)和玉竹(Polygonatum odoratum)等11种主要植物的9种叶片性状, 包括叶厚度(LT)、比叶面积(SLA)、干物质含量(LDMC)、叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)等。结果表明: 1)在氮添加影响下, 玉竹等个别物种的LTSLA、绣线菊等部分物种的叶面积(LA)和LDMC差异显著, 上述所有物种的LNC与大多数物种的叶绿素含量(CC)、LPC显著增加, 油松等9种植物叶片N:P发生显著变化, 不同年龄、不同类型的植物叶片对氮添加的响应不同。2)叶性状之间普遍存在显著相关性, 如SLALNCLPC极显著正相关, LTLNCLPC极显著负相关, 且相关性随氮添加强度变化。3) 11种植物的叶片特征空间分布规律与叶经济谱的描述一致, 氮添加使植物在特征空间中的位置向叶片薄、生长快、叶寿命短的“快速投资-收益型”一端发生移动; 在垂直方向上, 阔叶乔木、灌木及草本的位置与针叶乔木的移动方向相反。当环境改变时, 植物会改变生存策略, 调整资源分配, 从而保证物种间相对位置和群落整体结构的稳定性。叶经济谱的形成不依赖于环境的变化, 而是植物一种固有的属性。

    九种不同材性的温带树种叶水力性状及其权衡关系
    金鹰, 王传宽
    植物生态学报. 2016, 40(7):  702-710.  doi:10.17521/cjpe.2016.0064
    摘要 ( 1611 )   全文 ( 26 )   PDF (993KB) ( 2293 )   知识图谱   收藏
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    不同材性树种的解剖、叶脉分布等结构性状差异会影响树木的水分运输效率和水分利用策略, 进而限制树木的生存、生长和分布。然而, 材性对叶导水率、水力脆弱性及其潜在的权衡关系的影响尚不清楚。该研究选择东北温带森林中不同材性的9种树种(散孔材: 山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tilia amurensis)、白桦(Betula platyphylla); 环孔材: 蒙古栎(Quercus mongolica)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、胡桃楸(Juglans mandshurica); 无孔材: 红皮云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)、红松(Pinus koraiensis), 测量其基于叶面积和叶质量的叶导水率(KareaKmass)、水力脆弱性(P50)、膨压丧失点水势(TLP)及叶结构性状, 以比较不同材性树种叶水力性状的差异, 并探索叶水力效率与安全的权衡关系。结果表明: 3种材性树种的KareaKmassP50均差异显著(p < 0.05)。无孔材树种的KareaKmass最低, 而散孔材和环孔材树种差异不显著; 环孔材树种P50最高, 而散孔材和无孔材树种差异不显著。KareaKmass均与P50显著负相关(p < 0.05), 但散孔材、环孔材和无孔材树种的相关关系分别呈线性、幂函数和指数函数关系。这表明叶水力效率与安全之间存在一定的权衡关系, 但该关系受树木材性的影响。KmassTLP显著负相关(p < 0.01), 其中散孔材和环孔材树种呈线性负相关, 无孔材树种呈负指数函数关系; P50TLP的增加而增加, 这表明树木在面临水分胁迫时, 其质外体和共质体抗旱阻力共同协调保护叶片活细胞, 防止其水分状况到达临界阈值。Kmass与叶干物质含量、叶密度、比叶重均显著负相关, 而P50与之显著正相关(p < 0.01, P50与比叶重的关系除外), 表明树木叶水力特性的变化受相同叶结构特性驱动, 树木增加对水力失调的容忍需要在叶水力系统构建上增加碳投资。

    长白山次生针阔混交林乔木幼苗存活的影响因素分析
    刘帅, 廖嘉星, 肖翠, 范秀华
    植物生态学报. 2016, 40(7):  711-722.  doi:10.17521/cjpe.2015.0366
    摘要 ( 959 )   全文 ( 13 )   PDF (1225KB) ( 1607 )   英文版   知识图谱   收藏
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    基于长白山次生针阔混交林样地, 以520个1 m × 1 m幼苗样方中胸径小于1 cm的乔木幼苗为研究对象, 选取2013年和2014年的幼苗调查数据, 运用广义线性混合模型(GLMM)分析了生物邻体和生境异质性对幼苗存活的影响, 探讨了次生针阔混交林幼苗存活影响因素及物种共存机制。结果表明: (1)适宜大树生长的局域生境同样也适宜幼苗的存活, 幼苗存活率与土壤含水量和有效氮等土壤养分显著正相关。(2)幼苗个体之间存在明显的竞争, 较多的幼苗邻体显著降低幼苗的存活率。同种大树邻体和同种幼苗邻体与幼苗存活显著负相关, 表明存在负密度制约效应。(3)随着幼苗年龄的增加, 生境异质性对幼苗存活的影响逐渐增大。该研究证实了密度制约效应和生境异质性对幼苗存活有着重要影响, 其相对重要性随着幼苗年龄级、功能群以及物种种类而变化。

    灌丛移除对荒漠齿肋赤藓越冬过程中生理生化特性的影响
    尹本丰, 张元明, 娄安如
    植物生态学报. 2016, 40(7):  723-734.  doi:10.17521/cjpe.2015.0441
    摘要 ( 1110 )   全文 ( 5 )   PDF (1255KB) ( 1345 )   英文版   知识图谱   收藏
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    灌丛和生物土壤结皮镶嵌分布是古尔班通古特沙漠一种重要的地表覆被类型, 灌丛的存在不仅为小型动物提供了庇护场所, 也为隐花植物及部分草本植物创造了良好的生存条件。然而在初冬时期移除灌丛是否会影响这些隐花植物的越冬及生长还不得而知。该研究通过模拟放牧及鼠害, 移除50%双穗麻黄(Ephedra distachya)灌丛、移除全部双穗麻黄灌丛及自然对照, 测定齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)植株脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量, 以及丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT) 3种抗氧化酶活性, 并测定原位光化学效率, 探讨初冬灌丛丧失对荒漠藓类植物越冬的影响。结果表明, 在积雪期3种处理下齿肋赤藓的游离脯氨酸和可溶性糖含量之间差异并不显著, 但去灌丛后其MDA含量、POD、SOD和CAT 3种抗氧化酶活性均显著高于自然灌丛下齿肋赤藓的相关生理指标。即使是在融雪期, 去灌丛下齿肋赤藓的可溶性糖含量及POD和CAT活性仍显著高于自然灌丛, 而可溶性蛋白明显较低, 这可能是由于灌丛的丧失造成的温度波动加剧了冬季低温对藓类植物的伤害。灌丛的部分移除(50%)对齿肋赤藓的生理生化特性影响不显著, 就积雪融化期叶绿素荧光活性持续时间而言, 与自然灌丛和移除50%灌丛相比, 完全移除灌丛的齿肋赤藓植株叶绿素荧光活性持续时间显著缩短。这可能是由于灌丛移除导致其UV-B辐射增加及“湿岛效应”消失所致, UV-B辐射的增加加剧了对植物的伤害, 而春季融雪期保水能力的下降也是其叶绿素荧光活性时间缩短的重要原因。


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