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.

本研究将垂柳(Salix babylonica L.)、元宝枫(Acer pictum subsp.mono(Maxim.)H.Ohashi)、银杏(Ginkgo biloba L.)、龙爪槐(Sophora japonica L.var.japonica f.pendula Hort.)、油松(Pinus tabuliformis Carrière)、刺柏(Juniperus formosana Hayata)、侧柏(Platycladus orientalis(L.)Franco)和云杉(Picea asperata Mast.)等8种北方城市常见绿化树种的凋落物与延安市城区受到频繁扰动的表层土壤以2%(凋落物/干土)的比例混合,在模拟自然条件下的土壤容重和含水量的基础上进行120 d的室内培养实验,检测处理后土壤有机碳及其各组分的含量以及相应碳库指数的变化,并分析凋落物化学特性与上述指标的关系.结果显示,8种供试凋落物中,除五角枫和刺柏外的所有凋落物处理均显著提高了土壤总有机碳含量,除五角枫、银杏和刺柏外的凋落物处理显著提高了其稳定组分的含量,而所有凋落物处理普遍显著提高了中等和高活性组分的含量.垂柳、侧柏、云杉和油松凋落物处理显著提高了土壤碳库指数,几乎所有处理均显著提高了土壤有机碳活度指数和碳库管理指数,仅侧柏凋落物处理显著提高了土壤固碳指数.凋落物氮和氨基酸含量与土壤有机碳各组分含量和相关碳库指数总体呈负相关;凋落物总酚和可溶性糖含量以及碳氮比、碳磷比和氮磷比与高活性、低活性和稳定有机碳组分含量呈正相关,其总有机酸、磷、总碳、萜类、酚类含量和碳氮比则与中等活性有机碳组分含量呈正相关.仅从提高土壤有机碳总量及其各组分含量,以及土壤有机碳活性和稳定的角度考虑,侧柏凋落物可作为处理城市土壤的优选材料,其次为垂柳、云杉和油松凋落物.

元宝槭(Acer truncatum)是无患子科槭属的落叶乔木,又名华北五角枫、元宝槭.因其翅果的形状像中国古代的金元宝故而得此名,是我国特有的油料树种.为了系统研究元宝槭在我国的地理分布和资源特点,该文通过调研国内外主要数字化标本馆的馆藏标本和已有文献,分析了元宝槭的地理分布格局与主要分布区的资源特点.结果表明:基于对收集的1 913 份元宝槭标本的分析,元宝槭主要分布于我国东北和华北等地区的 27 个省/区/市,分布区域广、海拔差异大;不同地区元宝槭叶片、果实形态大小存在差异,陕西省采集标本的平均果实直径明显大于其他地区;部分元宝槭标本的采集地、采集时间等信息不全,少量标本由于采集或管理不当导致标本不完整.该文为利用数字化标本资源研究特色油料植物的资源分布情况提供了新的思路和方法.

以科尔沁沙地南缘的彰武县章古台万亩林为研究对象,野外取样调查和实验室检测分析相结合,以樟子松固沙林采伐迹地为对照,研究不同植被恢复类型下樟子松固沙林更新迹地生境的改良效果,探讨植被重建后植物多样性及土壤理化性质的响应.结果表明:1)樟子松(Pinus sylvestris)固沙林更新迹地植被重建后,草本植物物种多样性增加,林下植物偶见种数目增多,13种草本植物在8个样地中未重复出现;2)与采伐迹地相比,不同植被重建类型土壤理化性质均有所改善,土壤容重、田间持水量、有机质、全氮、碱解氮、速效钾在彰武小钻杨(Populus xiaozhuanica)、五角枫(Acer mono)林地改良效果较好,全钾在红刺榆林(Hemiptelea davidii)地含量明显提高、山杏(Armeniaca sibirica)林地的有效磷相比采伐迹地明显提高,且均表现为上层改良效果优于下层;3)不同植被恢复类型土壤理化性质间存在显著差异,随着物种多样性的增加,土壤理化性质逐渐改善,土壤容重、田间持水量、有机质、全磷与植物多样性具有显著的相关性,土壤理化性质的与植物多样性相互作用,共同促进生态系统正向演替.研究结果为控制科尔沁沙地土壤沙化,加速该区生态系统的恢复与重建提供理论依据.

城市树木和森林植被净化大气颗粒污染物的功能受到了广泛的重视,但由于受多种植被特征与环境因素的影响,定量评价城市植被净化大气颗粒污染物功能非常困难.研究了不同降雨条件下大叶黄杨、银杏、栾树、五角枫、杜仲5种我国北方城市绿化典型树种叶面滞尘量的变化特征.在选定的样树冠层分上、中、下3层和东、南、西、北4个方向,采集成熟叶片,采用刷洗样本叶表,抽取水样及分级抽滤并烘干称重的方法,测定这5种树种降雨后12d(夏季累积滞尘量)、14mm降雨后(小雨)、29mm降雨后(中雨)以及室内模拟降雨30mm/h(15mm雨量)后叶片表面不同粒径大气颗粒污染物的滞留量.研究结果表明:降雨对不同粒径颗粒物去除能力有较大差异,除银杏以外,PM＞10以上颗粒物更容易去除;小雨对颗粒物的冲刷能力有限;中雨可以冲刷掉50％以上总颗粒物;室内模拟强降雨可以冲刷掉90％以上颗粒物,随着降雨增大,各粒径颗粒物随之冲刷量增加;同时叶表结构对抗冲刷能力有显著影响,革质叶片更容易滞尘及冲刷,绒毛结构滞尘能力较低,抗冲刷能力较强;北方大叶黄杨具有综合去除空气中颗粒物优势(小雨TSP冲刷量为(775.06±33.99) mg,/m2),银杏具有去除细颗粒物优势(中雨PM2.5冲刷量为(426.55±40.83.99) mg/m2).

为了阐明木兰围场天然次生林优势种群的结构和动态特征,对群落乔木层组成以及优势种群的径级结构、静态生命表、存活曲线、死亡曲线、生存函数和时间序列预测等进行研究.结果表明:群落乔木层有9个种群,其中,五角枫、蒙古栎、糠椴和白桦种群为群落的优势种群;五角枫和糠椴种群存活曲线接近于Deevey-Ⅱ型,蒙古栎种群存活曲线趋于Deevey-Ⅲ型,白桦种群存活曲线为Deevey-Ⅱ型;随着径级的增加,各优势种群的死亡率和消失率曲线呈现相似的变化趋势,五角枫、蒙古栎、糠椴种群的消失率和死亡率分别在Ⅳ、Ⅰ和Ⅰ径级下出现最大值,而白桦种群在各径级呈现稳定的变化趋势;4种生存函数曲线分析表明,五角枫、蒙古栎和糠椴种群具有前期锐减、中后期相对稳定的特点;白桦种群数量波动不明显,具有较稳定的特点.种群数量的时间序列预测表明,白桦种群小径级(Ⅰ～Ⅱ级)个体数量逐渐减少,种群未来有趋于衰退的趋势,五角枫、蒙古栎和糠椴种群趋于相对稳定.推测该次生林将逐步演替为以五角枫、蒙古栎和糠椴为主要树种的天然次生林.

以北京西山针阔叶树种(白皮松Pinus bungeana、油松Pinus tabulaeformis、柳树Salix babylonica、五角枫Acermono、银杏Ginkgo biloba、杨树Populus spp.)为研究对象,应用气溶胶再发生器测定植物叶片夏秋季PM2.5吸附量,同时用原子力显微镜(AFM)观察叶表面微形态特征,并分析叶表面粗糙度等参数,探讨树种叶表面特征与其PM2.5吸附能力间的相关性.结果 表明:针叶树种年均单位叶面积PM25吸附量(1.70 μg/cm2)＞阔叶树种(0.48μg/cm2);各树种年均单位叶面积PM25吸附量大小排序为白皮松(1.71μg/cm2)＞油松(1.67 μg/cm2)＞柳树(0.54 μg/cm2)＞五角枫(0.51 μg/cm2)＞银杏(0.47 μg/cm2)＞杨树(0.39 μg/cm2).针叶树种单位叶面积PM2.5吸附量季节变化趋势为冬(2.86 μg/cm2)＞春(1.39μg/cm2)＞秋(1.13 μg/cm2)＞夏(0.96μg/cm2);而阔叶树种则是秋(0.56μg/cm2)＞夏(0.55 μg/cm2)＞春(0.015μg/cm2).叶片粗糙度与单位叶面积PM2.5吸附量呈显著线性正相关(P＜0.01),其中,针叶树种吸附PM2.5能力受粗糙度影响较明显.北京作为国际化大都市,大气环境PM2.5污染趋于严重.因此,分析了北京西山典型针阔叶树种PM2.5吸附量的季节差异及其影响因素,探讨各树种叶片吸附PM2.5机理,根据各树种吸附PM2.5特征及其与叶表面形态的关系,对针阔叶树种进行合理配置,充分发挥城市绿地系统的生态服务功能,为城市绿化树种的科学选择提供参考.

暖温带落叶阔叶林在维护区域生态系统功能和平衡中起着重要的作用,研究其在氮添加下的生长和生理生态响应,有助于深入理解暖温带落叶阔叶林在全球氮沉降背景下的生长和变化规律.该研究通过在北京东灵山落叶阔叶林的模拟氮沉降控制实验,以优势种辽东栎(Quercus wutaishanica)和伴生种五角枫(Acer pictum subsp.mono)为研究对象,设置对照和氮添加2种处理,每种处理4个重复,对照样地不做处理;氮添加样地施加尿素(CO(NH2)2),总的氮添加量为100 kg·hm-2·a-1,测定氮添加对其生长和光合生理生态特征的影响.结果 显示:氮添加显著提高了两个树种的净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量,同时扩大了叶片光系统Ⅱ反应中心电子传递体库,增加了基于光合电子流驱动的初级受体醌(QA)被还原的周转次数.氮添加也增加了两个树种当年生枝条的长度和生物量,同时在一定程度上提高了辽东栎种子的质量.辽东栎光合作用氮利用效率、枝条生物量对氮添加的响应程度明显超过五角枫.在未来氮沉降加剧的情景下,东灵山暖温带落叶阔叶林优势种辽东栎的优势地位会进一步加强.

根据2003-2014年气象数据和暖温带3种乔木(辽东栎、五角枫和核桃楸)和3种灌木(土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木)的物候观测数据资料,采用气候倾向率和回归分析等方法,观察乔木和灌木物候变化特征的差异,分析温度、降水以及乔木、灌木的物候变化趋势,同时对气象因子与乔木和灌木物候期的相关关系进行研究.结果 表明:①研究期间,北京东灵山平均气温呈不显著的上升趋势,气候倾向率为0.200℃·10n-1,春季(3-5月)和夏季(6-8月)温度显著上升;降水量呈下降趋势,平均减少71.630mm·10a-1,总体呈暖、干的趋势.②3种乔木的生长季长度都缩短,辽东栎、五角枫和核桃楸平均生长季长度分别缩短50.70 d·10a-1、29.83 d·10a-1和22.36 d·10a-1.3种灌木的生长季长度也都缩短,土庄绣线菊、毛叶丁香和六道木的平均生长季长度分别缩短42.55 d·10a-1、42.76 d·10a-1和38.15 d·10a-1.乔木和灌木的物候变化趋势相同,整体表现为春季物候推迟,秋季物候提前,生长季长度都缩短且生长季长度相差不大.乔木和灌木都表现出芽期推迟最明显,每10年推迟达19天以上.⑨乔木和灌木各物候期与气温总体表现为负相关,即气温升高,物候期提前,其相关性显示出夏季(6-8月)温度对植被物候期影响较大,夏季温度与各物候期表现为正相关,即夏季温度升高,物候期推迟.同时乔木和灌木与总体降水没有明显的相关关系,但秋季物候与不同时段降水表现不同的相关性,由此可知夏季温度变化对木本植物春季物候(出芽期、展叶期和首花期)的影响更大,而秋季物候(叶变色期和落叶期)受温度和降水共同影响.

为探究乡土和外来树种对城市不同污染环境的适应性,选取阜新市工业区、道路、矿区和公园绿地共有的10种树种作为研究对象,采用洗脱法测定了各树种单位叶面积滞尘量,并测定了叶片滞尘前后生理指标的变化,探讨不同种树叶片滞尘效应,以及叶片滞尘后对植物生理活动的影响.结果 表明:(1)在4个功能区的不同树种单位叶面积滞尘量均不同,其中新疆杨单位叶面积滞尘量都较高、均值为1.45 g/m2,银杏单位叶面积滞尘量都较低、均值仅有0.92 g/m2.(2)叶片滞尘之后生理指标分析显示,叶片SPAD值呈显著下降趋势,渗透调节物质(脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖)含量和细胞膜透性(MDA、Rec)均呈上升趋势,而抗氧化酶活性(SOD和POD)呈下降趋势但下降率不明显.(3)银杏和五角枫滞尘量与各生理指标之间有显著相关关系,更适合从生理方面检测城市粉尘污染环境指示物.(4)4个功能区不同树种滞尘能力与抗尘能力聚类分析显示,新疆杨、紫丁香、山皂荚和臭椿的滞尘能力和抗尘能力均较强;阜新市外来树种新疆杨、紫叶李、臭椿等的滞尘和抗尘能力均与乡土树种相当.研究认为,在长期粉尘污染胁迫下,各绿化树种可能通过提高渗透调节物质含量和抗氧化酶的活性等来缓解粉尘污染的伤害,外来树种与乡土树种同样在各污染环境中表现出较强的适应能力;在不造成生物入侵危害的前提下应该积极引进能够有效滞尘和治沙防风的外来树种.