本研究以福建三明森林生态系统国家野外观测研究站的青冈、格氏栲、马尾松、闽楠、香樟林5种人工林为研究对象,分析了 0～10 cm表层土壤微生物呼吸对葡萄糖添加的代谢响应.结果表明:与对照相比,葡萄糖添加使土壤微生物呼吸提高了 82.4％～349.5％,不同树种间差异显著.对照中,土壤微生物呼吸与微生物生物量、土壤有机碳及真菌/细菌有显著的相关关系,表明在没有活性碳供应时,微生物代谢受土壤有机碳含量的调控,且与土壤微生物生物量和群落结构有关.在葡萄糖添加处理中,土壤微生物呼吸与土壤总氮、溶解性有机氮和矿质氮呈显著正相关,表明当活性碳供应充足时,微生物代谢主要受土壤氮含量及其有效性制约.微生物呼吸的代谢响应,即葡萄糖添加处理与对照土壤微生物呼吸的比值,主要受土壤碳氮比的影响,呈现出微生物代谢响应随土壤碳氮比的下降而升高.此外,土壤pH也是影响微生物代谢响应的重要因素.土壤碳、氮含量及有效性对微生物呼吸的影响依赖于微生物是否受碳限制,土壤碳含量调控了碳限制时的微生物呼吸,而土壤氮含量及有效性调控了碳限制解除后的微生物呼吸.

在全球气候变化背景下,干旱诱导木质部栓塞被认为是驱动树木死亡的主要因素.因此,分析木质部栓塞抗性(用导水率损失50％的水势(P50)表示)的内在解剖决定因素对于理解其结构与功能间的机制具有重要意义,为气候变化背景下植被恢复树种选择提供理论依据.该研究测定广西弄岗喀斯特森林内12个主要常绿树种的木质部导管直径、导管组指数、组分占比、纹孔形态和纹孔膜超微结构,同时结合木质部储水特征(如木材密度和饱和含水量),综合分析干旱诱导木质部栓塞抗性与其解剖结构以及储水特征之间的关系.结果显示:(1)Ps0与导管直径、密度、导管组指数以及组分占比间的相关性均不显著;(2)P50与纹孔形态特征以及纹孔膜厚度和纹孔腔深度等特征间的相关性均不显著;(3)P50与木材密度显著负相关,与饱和含水量边缘显著正相关,即木材密度较大、饱和含水量较低的树种表现出较强的栓塞抗性.研究结果表明,运用单一的解剖结构来评估栓塞抗性是不全面的;此外,木质部水分存储能力与栓塞抗性之间的权衡关系对于深入理解喀斯特植物耐旱性的内在结构机制以及多元化的水分利用策略具有重要的生态学意义.

根际微生物在植物养分获取以及碳、氮循环中发挥着重要作用,而植物细根(包括吸收根和运输根)与根际微生物群落关系密切.阐明火后森林恢复过程中先锋树种细根性状的变化与根际微生物群落的关系,可为基于细根和根际微生物动态的火后植被恢复管理提供理论支持.该研究以大兴安岭30年时间序列火烧迹地先锋树种白桦(Betula platyphylla)为研究对象,利用16SrRNA高通量测序技术,分析了火后恢复过程中白桦根际细菌群落结构与土壤性质和细根性状的关系.结果表明,火后恢复时间显著影响土壤pH、吸收根性状和根际细菌α多样性.随火后时间的增加,土壤pH呈先升高后下降再升高的趋势,吸收根比根长和比表面积呈先升高后下降的趋势.火后9年是白桦根际细菌α多样性逐渐回升的转折点.不同火后恢复时间根际细菌群落主要优势门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和酸杆菌门(Acidobacteriota),主要优势属为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium).玫瑰弯菌属(Roseiarcus)、酸球菌属(Acidipila)以及分枝杆菌属(Mycobacterium)等优势属的相对丰度在不同火后恢复时间中差异显著.根际细菌α多样性主要受土壤pH和吸收根比根长的显著影响,细菌群落结构变化受细根的碳、氮含量和运输根磷含量的影响.综上,细根、土壤和微生物之间的互作共同影响了根际细菌的群落结构及多样性,从而塑造了根际环境,促进火后生态系统的恢复.

活立木茎干水分含量作为一种典型的生理水分参数,一直是活立木生命状态最为有效的表征参数之一,对维持整株树木水分平衡起着极其重要的作用,受到研究者、林木抚育者的高度重视.但活立木茎干水分含量的获取方法一直受到操作烦琐、成本昂贵、实时性不强、准确率不高及有损活立木生命等因素的影响,限制了对其深入的应用研究.该研究创新性地采用一种具有自主知识产权的茎干水分传感器,实时、无损地获取活立木茎干水分含量,并对茎干水分含量序列特征及其影响因素进行较为详细的研究.以常见的绿化树种五角枫(五角槭,Acer pictum subsp.mono)为研究对象,采用基于驻波率原理的植物茎干水分传感器实现对五角枫茎干水分含量原位且无损监测,同步监测相关气象因子,分析生长季不同时期茎干水分含量序列特征及其与各气象因子的关系.结果显示:(1)茎干水分含量在春季(4月)和秋季中后期(9-10月)呈"昼升夜降"的趋势,夏季至秋季中期(5-8月)呈"昼降夜升"的趋势;阴天会抑制茎干水分含量的日极差与极大值,雨天时,茎干水分含量会明显上升;干燥天气会使茎干水分含量呈下降趋势;(2)生长季萌芽期,对茎干水分含量变化起直接作用的气象因子主要是空气温度和饱和水汽压差,茎干水分含量与空气温度和土壤水分含量呈显著相关关系;生长期,影响茎干水分含量的主导因子为饱和水汽压差和土壤温度,茎干水分含量与饱和水汽压差和空气温度呈显著相关关系;落叶期,对茎干水分含量变化起直接作用的因子主要为空气温度和饱和水汽压差,且茎干水分含量与两因子的皮尔逊相关系数较高.采用逐步回归分析法构建3个时期茎干水分含量与各气象因子的回归方程模型,不同时期进入回归模型中的气象因子均有所不同.综上所述,该研究揭示了在不同气象因子协同作用下生长季茎干水分含量呈现出不同的序列特征及其影响因素,可为理解植物茎干内部水分运移规律及其环境适应机制提供一定的借鉴作用.

土壤团聚体稳定性是评价土壤结构和土壤肥力的重要指标.为探究固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,该文以 17 年生的巨尾桉纯林(PP)与巨尾桉/马占相思(固氮树种)混交林(MP)为研究对象,采用干筛法和湿筛法分别测定 0～10 cm和 10～20 cm土层团聚体粒径分布及平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(Dm)、水稳定性团聚体含量(WSA)、团聚体破坏率(PAD)和团聚体稳定性指数(ASI)等稳定性指标.结果表明:(1)与PP相比,MP的土壤理化性质有不同程度的提升,其中以土壤pH、有机碳(SOC)及全氮(TN)最为显著.(2)MP 的土壤团聚体粒径分布优于PP,差异主要体现在>2.00 mm和<0.25 mm粒径中,均以大团聚体(>0.25 mm)为主;相较于PP,MP的土壤团聚体机械稳定性仅在 0～10 cm土层显著提高,但其团聚体水稳定性在 0～10 cm和 10～20 cm土层均显著提高.(3)Mantel分析结果显示团聚体稳定性与TN相关性最强,通过RDA分析进一步说明TN是驱动其团聚体稳定性变异的最关键因子.综上认为,固氮树种马占相思对巨尾桉人工林土壤团聚体稳定性具有明显改善作用,该研究结果为南亚热带桉树人工林水土保持、养分管理及可持续经营等提供了科学的理论依据.

营造乡土树种人工林和桉树人工林是我国南亚热带森林经营的常见模式.为探究土壤真菌群落多样性及功能对乡土树种和桉树人工林的响应特征与机制,该研究以南亚热带 4 个乡土树种人工林[马尾松(Pinus massoniana)、火力楠(Michelia macclurei)、米老排(Mytilaria laosensis)、红锥(Castanopsis hystrix)]和外来树种尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林为对象,基于各林分土壤(0～20 cm)真菌 18S rRNA高通量测序数据,利用FUNGuild数据库,比较分析乡土树种与尾巨桉人工林土壤真菌群落多样性和功能类群的差异特性及影响的主导土壤环境因子.结果表明:(1)5 个研究林分的土壤真菌优势门均为子囊菌门和担子菌门,但不同乡土树种林分与尾巨桉林的土壤真菌优势目存在差异.(2)尾巨桉林土壤真菌群落α多样性高于乡土树种人工林,其群落组成结构也与乡土树种人工林存在显著差异(P<0.05).(3)4 个乡土树种人工林土壤的腐生营养型的相对丰度高于尾巨桉林,并且火力楠林和米老排林土壤丛枝菌根真菌的相对丰度明显高于尾巨桉林,尾巨桉林土壤共生营养型以及外生菌根真菌和木材腐生菌的相对丰度明显高于乡土树种人工林.(4)pH是导致尾巨桉林与乡土树种人工林土壤真菌群落多样性和功能类群差异的主要土壤环境因子.综上认为,在南亚热带地区将尾巨桉林改建成火力楠林或米老排林可提高土壤养分水平,提升土壤生态功能.

细根是植物在生长发育过程中吸收与运输养分的重要器官,研究不同菌根类型植物幼苗细根功能性状之间的变异与权衡有利于更全面地理解植物早期的生存策略.该研究以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松(Pinus koraiensis)林内3种丛枝菌根(AM)和3种外生菌根(EM)树种幼苗为研究对象,通过测定其细根的3个形态性状:比根长(SRL)、根组织密度(RTD)、根直径(D)与4个化学性状:全磷(P)含量、全碳(C)含量、全氮(N)含量、碳氮比(C∶N),分析了细根性状在不同菌根类型间、根级间以及根功能模块间的差异及其权衡.结果表明,与AM幼苗相比,EM幼苗细根具有更大的RTD,这是由于AM真菌的定植方式会增大细根的体积,同时提高AM菌根对限制性养分的吸收能力,而其余性状在两种菌根间无显著差异;AM幼苗细根整体符合资源获取型策略,而EM则相反;随着根级增加,两种菌根幼苗细根的RTD、D均显著增加,SRL则显著减小,细根的功能从主要负责吸收转变为主要负责运输,细根的C含量、C:N随之上升,N含量下降;细根的形态特征与化学计量特征间存在权衡关系,即根功能模块随根级变化时,细根的形态性状与化学性状也产生相应改变,研究结果支持根经济谱假说.

胡杨作为我国西北干旱区重要的树种资源,对气候环境变化较为敏感,然而西北干旱区近期出现"暖湿化"现象,将对胡杨生长及发展态势带来何种影响尚未明确.本研究以塔里木盆地南缘策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林为对象,利用树木年轮技术手段,采集年轮材料,分析了该地区胡杨在1984-2021年间的径向生长对主要气候要素及其变化的响应.结果表明:胡杨年轮宽度指数与当年2月、5月和上一年9月温度呈显著负相关,而与当年3月、5月和上一年9月降水量呈显著正相关,与当年2月、5月标准化降水蒸散指数(SPEI)具有显著正相关关系.年轮宽度指数与组合月份气候要素的关系更为明显.滑动相关分析表明,年轮宽度指数与生长季温度的相关性整体趋于增强,而与降水量、SPEI之间的相关性整体趋于下降或保持平稳.与单月气候要素相比,组合月份气候要素与年轮宽度指数之间相关性的动态变化趋势更为明显.当前区域暖湿化特征有利于策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林的生长发展及其生态防护功能的提升.

树木径向生长是森林固碳的主要方式,明确树木生长动态及其与环境要素的响应关系对于预测气候变化背景下森林固碳能力具有重要意义.针叶树生长对气候变化非常敏感,其生长动态能够快速响应气候变化.本文收集了 1975-2023年的99篇文献,评述了外源因素(温度、水分和光周期)和内在因素(树龄、树种)对针叶树形成层活动和径向生长的影响及其机制.结果表明:气候变暖可能会导致温带和北方针叶树木质部分化的各阶段开始时间提前,生长停止时间推迟;水分条件参与调控形成层活动的开始并通过影响水势和细胞膨压进而调节树木生长;光周期除了可以参与调节生长开始、结束时间外,也对最大生长速率发生时间产生重要影响.未来气候变暖可能会使北方针叶树生长季延长、生长量增加,并使森林向更高海拔或高纬度地区迁移.同时,未来降水格局改变以及温度升高导致的蒸散发加剧可能会使干旱区树木生长季提前结束,生长速率下降.在未来研究中,还需进一步开发树木生长过程模型,量化径向生长与气候要素的关系,以便进一步明确树木生长对气候要素响应的生理机制.

在细胞尺度上定量分析导管特征,对于揭示植物对环境的适应策略具有重要意义.直接打磨样品并结合体视显微镜成像技术是目前研究木质部解剖结构(针叶树管胞和阔叶树导管)的主要方法之一,但仍不可避免损伤木质部细胞,限制了对木质部细胞真实解剖结构的认识.本研究选取了加拿大魁北克南部的糖枫树、北美白桦、美洲白蜡树、美洲铁木、大齿杨、苦味山核桃、北美红橡7个阔叶树种,应用计算机显微断层扫描技术(μCT)和体视显微镜法分别测量各树种的导管直径和面积,采用线性模型对两种方法的测量结果进行数据拟合,探讨采用μCT量化阔叶树导管大小的可行性.结果表明:对所测定的7个树种,应用两种方法测量导管大小的结果高度相似(R2=0.98).环孔材树种应用两种方法测量的导管直径结果拟合优度(苦味山核桃R2=0.98,美洲白蜡树R2=0.96,北美红橡R2=0.99)高于散孔材树种(北美白桦R2=0.88,美洲铁木R2=0.73,糖枫树R2=0.68,大齿杨R2=0.88).应用2种方法测量小导管(直径≤200 μm,R2=0.94)的结果拟合优度高于大导管(直径＞200 μm,R2=0.92).μCT技术为量化阔叶树种木质部导管提供了 一种无损检测新途径.