个体大小反映林木径向生长状况,细根对根际土壤环境变化具有高度敏感性,探讨不同大小个体的林木细根功能性状与根际土壤微环境之间的关系,有助于从个体水平揭示林木地下生态系统内的相互作用机制.该研究以11年生刨花楠(正名:刨花润楠,Machilus pauhoi)为对象,基于不同大小个体进行细根与根际土壤取样,分析不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际土壤养分含量、微生物群落结构及酶活性的关系.结果表明:1)不同大小林木个体细根功能性状与根际微环境均存在差异,其中细根生物量、比根长、根长密度、根体积密度、根组织密度、根氮含量和根磷含量等指标差异显著,除比根面积和根组织密度外,其他各细根功能性状均以中等个体为最大,根际土壤碳氮磷含量也以中等个体刨花楠为最高.2)不同大小刨花楠个体细根比根长、根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌、放线菌含量等性状变异系数较大,其中中等刨花楠个体变异系数相对较大,而小刨花楠个体相对较小,各大小个体都倾向于通过调节根体积密度、细根生物量及根际土壤真菌含量、硝态氮含量等性状以适应环境变化.3)不同大小个体细根采取的资源利用策略不同,中等刨花楠个体具有较大的比根长、根氮含量、根磷含量,采取资源获取型策略以优化其对养分的获取能力,根组织密度较大的小个体细根采取资源保守型策略以提升其应对环境胁迫的能力,而大个体细根则采取地上、地下协同生长的资源权衡策略.4)根际土壤微环境中的土壤全碳含量、微生物生物量碳含量、放线菌含量、铵态氮含量、酸性磷酸酶活性和微生物生物量氮含量是影响刨花楠细根功能性状的主要因子.不同大小刨花楠个体细根功能性状与根际微环境间关系存在差异.小刨花楠个体细根主要受根际土壤养分的影响;中等刨花楠个体细根主要受根际土壤中放线菌含量及酸性磷酸酶活性影响;而大刨花楠个体细根性状表现出既受根际土壤养分影响又受根际土壤微生物群落结构中细菌、放线菌含量影响的特征.研究结果可为开展刨花楠微地形造林、精确制定其人工林抚育间伐措施、培育大径材人工林等提供理论依据.

研究杉木间伐后补栽闽楠、刨花楠进行近自然改造后对杉木人工林土壤化学性质及水解酶活性变化.在江西省新余市山下林场为研究近自然改造对杉木林的影响而设置3种林分,分别是杉木纯林(CLP)、杉木-闽楠改造林(MPC)、杉木-刨花楠改造林(MMC).测定0-20、20-40、40-60 cm 土壤化学性质和水解酶活性,分析土壤化学性质与水解酶间的关系.不同林分土壤有机质、有效磷和速效钾均随土层深度增加而降低.0-20 cm 土层,改造林pH、有机质和有效磷显著增加,其中有机质分别提高22.52％与21.04％,有效磷分别提高5.9％与9.57％.20-40 cm 土层,改造林有机质显著增加,有效磷、速效钾含量无显著差异.不同林分对养分全量的影响不一.40-60 cm 土层,改造林与杉木纯林在有机质、全氮、全钾、速效钾含量有显著差异.不同林分土壤N∶P均低于我国亚热带区域土壤N∶P,土壤有效磷元素缺乏;改造林土壤C∶N、C∶P均高于杉木纯林.杉木-闽楠改造林土壤纤维二糖水解酶(CBH)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(ACP)酶活性相比杉木纯林显著降低;土壤β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(ACP),杉木-刨花楠改造林较杉木纯林显著增加.相关性分析表明,不同林分土壤pH、有机质、全氮、全磷、全钾、有效磷、土壤酶活性之间存在显著关系.[结论]杉木纯林间伐后近自然改造有助于土壤养分积累,改善杉木人工林土壤质量,提高杉木胸径、材积,减缓单一树种种植带来的土壤肥力下降等问题.

氮是影响植物生长的重要营养物质元素,生物量分配模式和功能性状反映植物在不同环境中的适应性策略,揭示不同种源个体对氮沉降的生态响应,有助于阐明植物对氮沉降的适应机制.该研究以刨花楠(也称刨花润楠,Machilus pauhoi)典型分布区福建万木林、福建茫荡山、江西遂川、浙江建德、湖南茶陵、江西安福6个种源地的刨花楠苗木为对象,通过设置施肥和不施肥处理,探讨氮添加、种源及其交互作用对刨花楠苗木生物量分配与功能性状的影响.结果表明:1)氮添加会显著促进刨花楠苗木的生物量累积及其相对生长速率,建德种源苗木在施氮处理后长势最好;氮添加对各种源苗木生物量分配的影响表现不同,添加氮会显著增加建德和安福种源苗木叶质量分数及万木林和安福种源苗木的叶茎比.2)氮添加对各种源苗木叶性状的影响存在差异;施氮会显著降低建德、茶陵和安福种源苗木的比叶面积,增加茶陵种源苗木的叶面积及叶片氮磷比.3)各种源苗木细根主要功能性状对氮添加的响应也存在差异;施氮会显著降低建德种源苗木的细根平均直径及遂川、建德和安福种源苗木的根组织密度,但却会增加万木林种源苗木根组织密度、茫荡山和建德种源苗木的比根长及遂川和建德种源苗木的细根比表面积;氮添加显著增加安福种源苗木的细根氮含量,降低万木林、茫荡山和遂川种源苗木的细根磷含量,并使各种源苗木细根氮磷比均显著高于对照.4)不同种源间刨花楠苗木细根和与生物量分配相关的表型可塑性相对高于叶片表型可塑性,其中建德种源苗木的表型可塑性最高,遂川种源苗木表型可塑性最低.5)结构方程模型表明,种源与氮添加对刨花楠苗木生长影响显著,氮添加通过影响叶茎比和叶片氮磷比进而对生长产生影响,种源则通过影响其比叶面积与细根比表面积进而影响其生长.不同种源间刨花楠苗木生长、生物量分配及主要功能性状对氮添加的生态适应策略具有差异性,其中建德种源苗木更适应外界环境的变化,这是其长期适应种源地环境的结果.研究结果可为我国受氮沉降影响的亚热带区域开展刨花楠优良种源选择等提供理论依据.

为辨别环境变化与遗传因素对植物叶片主要功能性状的影响,以同期生长在4种源地母树林下及异地同质园的1.5年生刨花楠苗木为研究对象,对其叶片表型及养分性状进行对比分析.结果显示:(1)刨花楠叶面积、叶厚、叶干物质含量等叶片表型性状受遗传与环境因素共同影响;叶片碳(C)含量受遗传因素调控,环境对其影响较小;叶片氮、磷(N、P)含量主要受环境因素影响;(2)不同种源刨花楠比叶面积、叶厚、叶干物质含量、叶形指数等性状变异系数较大(8.85％—37.03％),其中江西遂川种源变异系数相对较大,而湖南茶陵种源则相对较小,各种源都倾向于通过调节比叶面积、叶厚、叶片氮磷含量等性状以适应生境变化;(3)种源地与同质园刨花楠的比叶面积虽均与叶厚呈显著负相关,但同质园刨花楠比叶面积与叶形指数呈显著正相关,与叶片氮含量无明显相关,而种源地刨花楠比叶面积则与叶形指数无明显相关,与叶片氮含量则呈显著负相关;(4)不同种源苗木叶性状指标在种源地与同质园间存在不同的协调与权衡,体现了植物在不同生境下的适应策略.其中湖南茶陵种源在两种生境下都具有更保守的资源获取策略,而江西安福种源对环境变化则更为敏感,资源获取策略更为灵活.研究结果初步探明了不同种源刨花楠苗木叶性状对遗传与环境变化的适应策略,可为选择不同种源的适宜造林地环境、开展刨花楠人工林高效经营等提供理论依据和实践参考.

以1年生刨花楠幼苗为研究对象,通过不同的氮磷配施实验,采用扫描根系法和磷脂脂肪酸法,研究不同氮磷配施处理对刨花楠幼苗1-4级细根根序形态特征及其土壤微生物的影响.结果表明:(1)4种氮磷配施处理均显著增加了刨花楠1-2级根的比根长和比根面积(P＜0.05),降低了3-4级根的比根面积(P＜0.05);(2)通过不同梯度的氮磷配施,1-2级细根的根组织密度呈下降态势,而3-4级根的组织密度则显著增加(P＜0.05),体现低级根与高级根之间的权衡;(3)4种氮磷配施处理都显著降低刨花楠1-4级细根的平均直径(P＜0.05);(4)随着氮磷比的增加,微生物总量及细菌、真菌与放线菌数量等均呈现先增加后降低的趋势,并均在N∶P为10∶1时达到最大;(5)氮磷配施条件下,细菌、真菌等与1-2级细根的比根长和比根面积呈显著正相关,而与4级根的比根长和比根面积则呈显著负相关,革兰氏阳性菌、真菌等与3-4级根的组织密度存在显著正相关,而与1-2级根的组织密度无显著相关性.各级根序的平均直径均与土壤微生物无显著相关性.研究结果表明,短期氮磷配施以N∶P为10∶1的效果最好,其最有利于提高刨花楠苗木细根的养分吸收能力与养分吸收效率,苗木通过调整细根形态来适应氮沉降,其地下生物群落如土壤微生物及其与细根的关系也发生变化,进而影响地下生态系统碳氮循环和养分流动.

为了阐明樟科(Lauraceae)幼树的水分生理特征,比较了同质园中自然生长的5年生刨花楠(Machilus pauhoi)、香樟(Cinnamomum camphora)和闽楠(Phoebe bournei)幼树在生长季节叶片的水分生理特征和地径(D)、株高(H)的差异.结果表明,香樟的相对含水量(RWC)、叶片水势(Ψ)、枝条木质部比导率(Ks)都显著高于闽楠和刨花楠(P<0.05),而枝条木质部导水损失率(PLC)则显著低于闽楠和刨花楠(P<0.05),说明香樟具有更高的保水能力、水分传输效率,并对水分缺失具有更高的抵抗力.3物种幼树均会因枝条空穴化的加强而降低枝条水分的运输效率.刨花楠幼树通过提高水分利用效率以应对导水效率的降低,香樟幼树叶片具有较高的含水量,气孔保持膨胀,可实现较高的蒸腾速率,闽楠幼树通过提高水分运输的效率和安全性以维持叶片相对含水量.

楠属与润楠属的许多树种的木材都属于珍贵木材, 这些木材的解剖构造特征非常相似, 仅仅依据传统的识别方法难以将这些木材准确识别出来.通过采用分子生物学中的DNA条形码技术对5种来自于楠属和润楠属的木材进行分子鉴定, 试图从分子水平识别5种木材.以楠属的闽楠 (Phoebe bournei) 、桢楠 (Phoebe zhennan) 、紫楠 (Phoebe sheareri) 和润楠属的建润楠 (Machilus oreophila) 、刨花润楠 (Machilus pauhoi) 为研究对象, 采用Qiagen试剂盒法提取木材总DNA, 并分别对5个树种的ycf3、psb C-trn S、rpo C1和ITS这4段DNA序列进行PCR扩增, 并对PCR产物进行测序和序列的比对分析.测序分析所得5个树种的ycf3序列中, 共有6个多态性位点, 根据其差异可将桢楠、建润楠、刨花润楠从中区分出来, 但是闽楠和紫楠之间不能区分.psb C-trn S序列的比对结果显示共有7个多态性位点, 可以将紫楠、建润楠和刨花润楠区分出来, 但其余两个树种难以区分.5个树种的ITS序列仅有1个多态性位点, 可以对两个属间进行区分, 不能进行种间的区分.5个树种的rpo C1序列完全一致, 不能用于区分这几个树种.综合来看, 将ycf3和psb C-trn S这两段DNA条形码结合起来对比分析, 可以将5种木材在分子水平区分开来.从5个树种的ycf3序列构建的系统发育树来看, 几个树种基本可以正确聚类, 作为区分几个树种的参考.

为了给刨花楠材质预测、轮伐期选择及木材合理高效利用提供理论基础,本研究以17年生刨花楠人工林为对象,采用木材性质快速测定仪(SilviScan-3TM)获得木材性质参数,研究人工林刨花楠解剖特性、木材密度与弹性模量的径向变异规律及其对气象因子的响应,重点分析生长轮宽度、年龄与各材性性质参数之间的相关性.结果表明:刨花楠不同材性性状的径向变异规律不同,7～11生长轮为其变异曲线的转折点;木材密度和纤维壁腔比与生长轮宽度的相关性不显著,生长速度和生长轮年龄对大部分材性性状具有重要影响;不同气象因子对不同材性性状影响程度不尽相同,相对湿度是影响刨花楠材性的主要生态因子;各材性性状中,微纤丝角和弹性模量对气象因子的响应更敏感.

为探究生物炭对刨花润楠(Machilus pauhoi)的促生及土壤保肥的长期效应,以刨花润楠一梅叶冬青(Ilex latifolia)间作系统为研究对象,开展田间小区试验,研究0 kg(CK)、1.2 kg(T1)、2.4 kg(T2)、和4.8 kg(T3)4个生物炭用量对2015-2017年间刨花润楠生长动态及土壤养分含量年际变化的影响.结果 表明:移栽前期,刨花润楠生长较慢,但16月后生长速度加快.生物炭可促进刨花润楠株高、叶长及叶宽的生长,但不同用量间差异不显著;与对照相比,T1、T2和T3处理下刨花润楠地上部干重分别增加35.71％、59.02％和31.81％,地下部干重分别增加28.02％、39.69％和20.52％;3个年份生物炭处理下0-15 cm和15-30 cm土层pH、有机质和速效钾含量均高于对照,且均随着生物炭施用量的增加而增加;生物炭处理下土壤全氮、全磷、全钾含量均略有提高.施用生物炭后,2015年和2016年0-15 cm土层碱解氮含量降低,2017年则有所增加,但影响不显著(P＞0.05).15-30 cm土层碱解氮含量变化不明显;生物炭对2015年0-15 cm土层有效磷含量的影响不显著,到2016年和2017年则增加其含量,且T1和T3处理下效应最显著.生物炭可增加15-30 cm土层有效磷含量,但到后期(2017年)效应不显著(P＞0.05).总体看来,不同处理下土壤各养分含量均表现为0-15 cm＞ 15-30 cm,2015年＞2016年＞2017年.刨花润楠生物量与0-15 cm土壤养分含量间存在显著正相关性,各养分含量间也存在正相关关系.适量生物炭(T2)处理促生保肥效应最佳,且具有长效性.

以江西大岗山生态站低海拔常绿阔叶林乔木层为研究对象,在样地调查的基础上,开展了物种组成、空间分布、生物多样性和群落结构的研究.结果 表明:1)样地植株密度为1667株·hm-2,来自于22科34属41种,个体数最多的为樟科、壳斗科和山茶科,其个体占样地内总个体数的52.49％,各物种在环境因素、干扰因素与生物学特性相互影响下,在空间上呈现规律性分布;2)Simpson指数、Shannon指数、Pielou均匀度指数和Menhinick丰富度指数分别为0.896、2.674、0.725和0.978,生物多样性指数低于亚热带其他地区常绿阔叶林;3)整个样地植株树高阶和径阶均呈现近似倒“J”型分布,表现为典型的异龄林结构,说明群落结构较为稳定,但就每个物种而言,树高阶和径阶具有多种分布形式,如在径阶分布方面,刨花楠(Machilus pauhoi)为类似泊松分布,而丝栗栲(Castanopsis fargesii)则为多峰分布;4)群落处于近顶极群落阶段,建群种为丝栗栲、刨花楠和山矾(Symplocos sumuntia),从树高阶分布和径阶分布上看,三者具有稳定的种群结构,有利于整个群落的稳定发展.本研究有助于认识多物种组成在演替过程中资源竞争变化规律,为探讨森林群落演替过程及其维持机制和生态系统服务功能提升提供了科学依据.