为探索植物非结构性碳水化合物(NSC)组分随环境的变化特征,在云南普洱季风常绿阔叶林原始林选取6块60 m×60 m样地进行野外调查,各样地分别选择重要值前10位的物种进行取样,通过测定不同样地主要物种的NSC及其组分和样地环境因素,分析其非结构性碳水化合物与环境的关系.结果显示:(1)云南普洱季风常绿阔叶林植物中总体淀粉、可溶性糖、NSC含量分别为13.91％、3.31％、17.21％,淀粉和NSC含量在各器官中排序依次为根＞干＞枝＞叶,而可溶性糖含量排序依次为叶＞根＞枝＞干;淀粉、可溶性糖、NSC含量变异最大值分别为叶片19.09％、干15.32％和根16.30％.(2)云南普洱季风常绿阔叶林植物不同器官中淀粉含量仅与凋落物厚度、土壤pH及速效钾、全钾存在显著正或负相关关系,可溶性糖含量与海拔高度及土壤理化性质存在显著正或负相关关系;但茶梨与红椎中淀粉含量与土壤有效磷或全磷存在显著正相关关系,茶梨各器官中可溶性糖含量与所有环境因子均无显著相关性,红椎根中可溶性糖含量与pH值、枝中可溶性糖含量与全钾分别呈显著负相关关系;短刺椎各器官中淀粉含量与所有环境因子均无显著相关性,可溶性糖含量则与水解性氮、有效磷含量呈显著负相关关系,与坡度、全钾含量、凋落物厚度呈显著正相关关系.(3)单因素回归分析显示,海拔高度、有机质、水解性氮、全氮影响季风常绿阔叶林的总体可溶性糖含量,而其淀粉含量则主要受pH值影响.研究发现,季风常绿阔叶林NSC受环境因子影响,但不同NSC组分的环境影响因子不同.

以胸径为单变量,利用幂函数、指数函数和多项式函数方程模拟麻竹(Dendrocalamus latiflorus)、毛竹(Phyllostachys pubescens)和粉单竹(Bambusoideae cerosissima)林各类器官的生物量,研究比较了3种不同种类竹林的生物量分配特征.结果表明,所选模型可以很好的估测竹林及各器官生物量.麻竹、毛竹和粉单竹单株平均生物量为18.160、13.736和4.372 kg,其林分生物量分别为15.124、28.598和5.102 t·ha-1.竹林单株和林分器官分配一致,均以竹秆最大,其次为竹根,再者为竹枝、竹叶,但麻竹竹叶>竹枝例外.不同竹林生态系统总生物量与灌木层、草本层、凋落物变化规律一致,粉单竹>毛竹>麻竹;但各层生物量分配不同,麻竹和毛竹表现为乔木层>凋落物层>灌木层、草本层,乔木层占绝对优势;而粉单竹表现为草本层>凋落物层>灌木层>乔木层,且各层次优势不明显.根据单株和林分生物量分配特征,地上部分和地下部分生物量不均,应适当调整竹林林分密度和制定合理的采伐措施,提高竹林的生产力水平,从而增强其碳储存能力.

为揭示不同程度的人为干扰对中亚热带森林生物量及其空间分布格局的影响机制,在湘中丘陵区4种处于不同程度的人为干扰、地域相邻的植物群落:檵木-南烛-满山红灌草丛(LVR)、檵木-杉木-白栎灌木林(LCQ)、马尾松-石栎-檵木针阔混交林(PLL)、石栎-红淡比-青冈常绿阔叶林(LAG)设置固定样地,结合植物群落调查,采用收获法和建立主要树种各器官生物量相对生长方程,测定和估算群落生物量.结果表明:(1)随着人为干扰程度减弱,群落总生物量呈显著的指数函数增长(p＜0.05),地上部分、地下部分生物量表现为异速生长,LAG与PLL乔木层生物量差异不显著(P＞0.05),4个群落灌木层生物量及其各器官、地上部分、地下部分生物量均呈先增加后下降的变化特征,草本层生物量及其地上部分、地下部分生物量先下降再增高,凋落物层现存量总体上呈增加趋势;(2)不同程度的人为干扰,群落生物量的空间分布格局不同,LVR群落灌木层、草本层生物量相当,LCQ群落灌木层生物量占明显优势,草本层生物量下降,PLL和LAG群落乔木层生物量占绝对优势,灌木层、草本层和凋落物层生物量占群落总生物量低于10％;(3)群落总生物量与树种多样性指数呈显著的正相关(P＜0.05),与土壤有机碳、全氮、水解氮、有效磷含量呈显著的正相关(P＜0.05),表明不同程度的人为干扰造成群落树种多样性、土壤养分含量的变化,是导致群落生物量变化的主要因素.

为促进沿海合理营林和碳库平衡, 基于对福州市滨海后沿沙地上营造的人工林的调查, 研究尾巨桉、木麻黄、纹荚相思3种人工林生态系统的碳含量、碳储量及分配格局.结果表明, 尾巨桉、木麻黄、纹荚相思不同器官平均碳含量分别为456.08-482.68、431.89-464.90、472.93-505.10 g/kg.相同树种不同器官之间和相同器官不同树种之间的碳含量均存在显著差异 (P＜0.05).不同林分间乔木层的碳储量表现为木麻黄 (32.89 t/hm2)＞纹荚相思 (31.33 t/hm2)＞尾巨桉 (30.20 t/hm2), 其中, 乔木层各器官碳储量均以树干 (10.92 t/hm2、10.36 t/hm2、15.00 t/hm2) 最大, 分别占各自乔木层碳储量的33.20％、33.06％、49.67％;地被层 (包括林下植被层和凋落物层) 的碳储量表现为尾巨桉 (6.42 t/hm2)＞纹荚相思 (6.19 t/hm2)＞木麻黄 (4.57 t/hm2), 其中凋落物层碳储量均远远大于草本层碳储量;土壤层的碳储量表现为木麻黄 (8.02 t/hm2)＞纹荚相思 (7.31 t/hm2)＞尾巨桉 (6.42 t/hm2).这3种人工林生态系统总碳储量表现为木麻黄 (45.48 t/hm2)＞纹荚相思 (44.83 t/hm2)＞尾巨桉 (43.04 t/hm2), 且碳储量分布格局均为乔木层＞土壤层＞凋落物层＞草本层.因此, 滨海沙地这3种人工林生态系统固碳效益无显著差异, 纹荚相思、尾巨桉和木麻黄都是很好的固碳树种.

陆生植物在长期的进化过程中,普遍形成了以资源投资-收益权衡为基础的一类重要功能性状谱,即植物经济学谱(plant economics spectrum).植物经济学谱最初发现于成熟植物的器官,它与植物死亡后凋落物分解的关系是近年来研究的热点.植物经济学谱与凋落物分解速率显著相关,但相关性程度在不同研究间存在较大差异,这种差异性却鲜有探讨.近期研究发现,植物中存在一些与经济学谱相对独立的功能性状谱,如水分输导谱和化学防御谱等,我们称之为非经济学谱.本文在综述植物经济学谱与凋落物分解关系的基础上,首次提出从非经济学谱的角度认识不同研究中出现的经济学谱与凋落物分解相关性的差异.我们分别评述非经济学谱中水分传导谱和化学防御谱影响凋落物分解,进而影响经济学谱与凋落物分解关系的可能途径,并对比了根和叶之间在此方面的异同.最后,我们指出了从非经济学谱的角度探索不同研究中经济学谱与凋落物分解相关性的差异时需要关注的一些方向.

凋落物的可提取腐殖质碳可随着植物生长节律及物候时期的变化而变化,并进而影响物质循环的过程,为深入了解以凋落物为载体的生态系统物质循环特征,该研究以华西雨屏区麻栎(Quercus acutissima)、楠木(Phoebe zhennan)、柳杉(Cryptomeria fortune)和喜树(Camptotheca acuminate)为对象,通过定点动态收集萌芽期、展叶期、盛叶期和落叶期的不同类型凋落物,分析其可提取腐殖质碳(extractable humus carbon,HC)、胡敏酸碳(humic acid carbon,HAC)、富里酸碳(fulvic acid carbon,FAC)以及胡敏酸碳/富里酸碳(humic acid carbon/fulvic acid carbon,HAC/FAC)的差异.结果 表明:相对于其他凋落器官,在同一物候时期凋落叶中的HC和HAC含量都最高,大致都表现为凋落叶＞凋落枝＞凋落果,且在落叶树种中更为显著;相对于其他时期,展叶期四个树种凋落叶均表现出较高的FAC含量,但不同物候期凋落枝和凋落果的HAC含量以及FAC含量受物种的影响较大.尽管HAC/FAC在各器官间差异并不显著,但落叶树种相同器官的HAC/FAC低于常绿树种,表明落叶树种凋落物富里酸相对含量较高,形成速度相对较快,难降解程度也相对较大.统计分析表明关键时期、物种类型、器官类型及其相互作用对凋落物中HC、HAC、FAC含量和HAC/FAC均具有不同程度的影响,这为进一步深入认识区域生态系统以凋落物为载体的物质循环过程提供了理论依据及新的思路.

为科学评价植被恢复促进沙漠化逆转对碳氮储量的影响,以流动沙地、半固定沙地、油蒿固定沙地、柠条固定沙地、沙柳固定沙地5个阶段荒漠生态系统为研究对象,采用时空替代法分析植被恢复过程中荒漠生态系统碳氮储量及分配格局.结果表明:不同恢复阶段碳氮储量均表现为:流动沙地(3320.97 kg C/hm2、346.69 kg N/hm2)＜半固定沙地(4371.46 kg C/hm2、435.95kg N/hm2)＜油蒿固定沙地(6096.50 kg C/hm2、513.76 kg N/hm2)＜柠条固定沙地(9556.80 kg C/hm2、926.31 kg N/hm2)＜沙柳固定沙地(19488.54 kg C/hm2、982.11 kg N/hm2).植被层碳氮储量均呈现随植被恢复逐渐增加的趋势,除流动沙地外,其他阶段碳氮储量均以灌木层为主,占比分别为66.65％-91.41％和52.94％-93.39％,草本和凋落物占比较小.灌木各器官生物量及碳储量分配均为:茎＞根＞叶,氮储量分配无明显规律,草本各器官生物量及碳氮储量分配均为地上部分高于地下部分.土壤层是荒漠生态系统碳氮储量的主体,碳储量占比为68.64％-99.62％,氮储量占比为89.26％-99.89％,同样呈现随植被恢复逐渐增加的趋势.碳氮储量随土层加深逐渐降低,具有明显的表层富集特征,且随植被恢复过程富集性显著加强.这说明人工建植促进植被演替实现沙漠化逆转可以显著增强荒漠生态系统的碳氮固存能力.

枯落物具有重要的径流拦蓄功能,研究枯落物的凋落动态和其持水性对认识枯落物初级生产力及其水土保持功能具有重要意义.通过对黄土丘陵区6种典型植物样地[刺槐(Robinia psendoacacia)、油松(Pinus tabulaeformis)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、狼牙刺(Sophora viciifolia)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)]为期一年的凋落物动态监测及其持水性的测定.结果表明:(1)6种植物全年凋落物量为70.65-455.57g/m2,落叶占凋落物总量的48.17％-91.09％;逐月凋落物量为1.86-160.21 g/m2,包含了单峰型、双峰型及不规则型的年动态变化.(2)凋落物持水量与浸水时间呈极显著对数函数关系(P＜0.01),浸水5 min、24 h和48 h时的持水量分别是其最大持水量的48.41％、93.96％和97.70％;逐月凋落物最大持水量变化范围为1.19-3.95 g/g.(3)6种植物全年凋落物拦蓄量为1.33-13.33 t/hm2,落叶占凋落物拦蓄总量的57.19％-86.12％.综合可知:落叶是凋落物最主要成分并提供最多的径流拦蓄;密度对凋落物持水性有显著影响(P＜0.01),比表面积和结构特征的差异导致凋落物持水性不同;植物是通过影响枯落物的凋落继而对该植物样地枯落物的水土保持功能产生影响.研究结果旨在为评价该地区不同植物恢复模式的枯落物水土保持功能和维持提供科学依据.

稳定碳同位素组成能精确指示生态系统碳循环过程,可以为深入研究森林演替进程对碳循环过程和固碳潜力的影响提供关键信息.利用稳定碳同位素技术对长白山阔叶红松林演替序列3种林分——中龄杨桦次生林、成熟杨桦次生林、阔叶红松林的叶片、树干、根系、凋落物和土壤δ13C值及碳、氮元素含量进行测定.结果表明:各演替序列优势树种叶片δBC从冠上到冠下均呈降低趋势;树干δ13C表现为树皮小于木质部;根系δ13C表现为细根小于粗根.阔叶红松林未分解凋落物δ13C小于半分解及全分解凋落物,次生林相反;土壤δ13C沿深度逐渐增加.总体上,δ13C值叶片＜凋落物＜根系＜树干＜土壤,说明植物各器官之间有明显的碳同位素分馏效应,且相同器官不同部位之间也存在差异;植物δ13C沿演替方向先减小后增加,土壤δ13C沿演替方向不断增加,且变化规律可以通过氮元素含量与碳同位素分馏效应的关系解释,说明长白山阔叶红松林演替过程优势树种和碳周转速率的变化影响了碳同位素分馏.

凋落物是联结陆地生态系统植物与土壤养分的重要媒介,了解凋落物养分特征有助于理解陆地生态系统物质循环的机理.该研究于2015年收集了神农架地区常绿落叶阔叶混交林的新鲜凋落物及现存凋落物,测定其不同器官中大量元素(C、N、P、K、Ca、Mg)的含量,据此分析其养分含量、养分归还量、养分储量及化学计量比的特征.结果 发现:该常绿落叶阔叶混交林新鲜凋落物的C、K养分含量显著高于现存凋落物,N、P、Ca、Mg养分含量显著低于现存凋落物;其凋落物大量元素的养分归还量及养分储量大小顺序均为C＞Ca＞N＞Mg＞K＞P,分别为1569.84、52.44、34.82、6.24、5.24、1.30 kg hm-2 a-1及1835.29、87.87、51.17、12.12、3.90、1.95 kg hm-2 a-1;其新鲜凋落物及现存凋落物的C∶N∶P分别为1307.33∶27.73∶1及976.48∶26.77∶1,新鲜凋落物的C∶N、C∶P显著高于现存凋落物,N∶P无显著区别.研究表明,新鲜凋落物与现存凋落物养分含量之间的差异与不同元素在分解过程中的可淋溶性及生物固持等因素有关.该地区常绿落叶阔叶混交林凋落物养分归还量及养分储量相对于亚热带阔叶林平均水平较低;且显著低于喀斯特地区同类型森林,主要与其凋落物产量、降水量及植被类型有关.该森林生态系统新鲜凋落叶与中国及全球范围内阔叶树种凋落叶相比C∶N较低,C∶P、N∶P较高,这可能是由于该地区N沉降及P限制现象较为严重所致.