枝条数量作为重要的枝条特征因子,对树冠结构特征、树木生长及木材质量具有重要的影响.本研究以辽宁省清原县大孤家林场日本落叶松人工林为研究对象,基于负二项分布模型构建包含水枝的日本落叶松一级枝条数量混合效应预估模型,又基于负指数模型构建包含水枝的日本落叶松一级枝条密度混合效应预估模型.结果表明:对于一级枝条数量模型来说,考虑样木水平的混合效应模型可以有效地降低异方差性和自相关性,拟合效果优于传统模型.模拟结果表明,树木的冠长率越大,枝条的数量越多.将最优一级枝条数量基础模型的截距作为随机效应参数的混合效应模型被确定为最优模型,其Ra2=0.552,均方根误差为7.242.对于一级枝条密度来说,考虑样木水平的混合模型同样降低了模型的异方差性和自相关性,枝条的密度随着冠长率的增大而增大.将最优的一级枝条密度基础模型的截距与着枝深度作为随机效应参数的混合效应模型被确定为最优模型,其Rae=0.792,均方根误差为4.447.本研究构建的日本落叶松枝条数量及密度模型为制定科学的森林经营方案以提高木材质量奠定了重要基础.

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.

为阐明不同壳斗科树种木材栽培香菇产量及其主要营养成分差异,以江西大岗山地区 9 种主要壳斗科树种为材料,对其干部木材基本密度、含水率、全氮、全磷、全钾、有机碳、总酚含量及其培育香菇产量、蛋白质、多糖和脂肪质量分数进行了测定分析.不同壳斗科树种木材基本密度、木材含水率、全氮、全钾、有机碳、C/N、总酚质量分数、香菇总产量和蛋白质质量分数均存在显著或极显著差异,其中木姜叶柯培育香菇总产量最高,为 170.58 g/kg,苦槠培育香菇蛋白质含量最丰富,达 2.65 mg/g.壳斗科树种香菇日均产量趋势随时间推移呈现明显的波动性,细叶青冈和木姜叶柯在其第 3 次产香菇峰期时产量最高,而其他树种在第 1 潮菇时产量最高.香菇总产量与木材含水率和总酚质量分数呈极显著正相关关系,木材基本密度与香菇蛋白质质量分数呈显著负相关关系;香菇蛋白质质量分数与总产量显著负相关,多糖质量分数与脂肪质量分数极显著正相关.钩锥和白栎木材适宜作为香菇丰产栽培基质,在香菇生产中应用.

探究不同间伐强度对青山杨人工林生长及木材性状的影响,为东北地区培育杨树优质工业资源材提供理论基础.以18年生青山杨为试验材料,以初植株行距2 m×3 m为对照,设置3种强度的间伐处理(4 m×3 m、6 m×3 m、4 m×6 m).间伐后第5年对试验林的生长性状(树高、胸径、2米径、冠幅)及木材性状(基本密度、纤维长、纤维宽、半纤维素含量、纤维素含量、综纤维素含量、木质素含量)进行了测定,并利用树高、胸径计算出单株材积及单位面积蓄积.方差分析结果表明,除基本密度外,各指标差异均达到极显著水平(P＜0.01).均值分析结果表明,林木各生长指标与木质素含量的均值在株行距为6 m×3 m时达到最大,其余各木材指标均在株行距为4 m×3 m或6 m×4 m时达到最大;各测定指标表型变异系数变化范围为3.35%～29.87%;除基本密度外,各指标重复力均超过0.590.相关性分析结果表明,各生长指标间均达显著正相关水平(0.690＜r＜0.993),而木材性状间及生长性状与木材性状间的相关性较弱.分别以生长性状、木材性状及联合生长与木材性状为评价指标对各处理进行综合评价后发现,Qi分别在株行距为6 m×3 m、4 m×6 m及4 m×6 m时达到最大.间伐能够促进林分生长,改良林木材性,且保留株行距为4 m×6 m时,林木材性及生长与木材综合改良效果较为优良;保留株行距为6 m×3 m时,林木生长效果最好.因此,今后可根据培育目标的不同选择适宜的间伐强度进行东北地区杨树优质工业资源材的培育.

半湿润常绿阔叶林是中国常绿阔叶林西部中亚热带类型的代表,为了解其群落的功能多样性,本研究对云南滇中地区金光寺、鸡足山、雕翎山、筇竹寺和珠江源5个半湿润常绿阔叶林分布点进行群落调查和木本植物性状测定,分析不同样地和群落类型的植物功能特征和群落功能多样性,探究滇中半湿润常绿阔叶林木本植物之间的差异及其环境影响因素.结果表明:(1)不同样地和不同群落类型下功能性状的群落加权平均值大致相当;灌木层的比叶面积平均值高于乔木层;乔木层、灌木层的木材平均密度无显著差异(约0.5 g/cm3);(2)基于最大株高、比叶面积和木材密度计算的半湿润常绿阔叶林乔木层功能多样性在不同样地间差异显著(P＜0.05),其中鸡足山和雕翎山的乔木层功能丰富度、均匀度和冗余度较高,群落更稳定.不同群落类型所占的功能空间大小不同,但群落内物种功能分异度、均匀度和冗余度相似.此外,灌木层的物种丰富度高于乔木层,功能丰富度却相对较低;(3)功能丰富度和功能冗余度都与物种丰富度显著正相关(P＜0.05),与其他多样性指数关系不显著.环境因子中气候和土壤因素共同解释群落乔木层、灌木层功能性状和功能多样性的60％以上变异性,人类活动也会对植物群落功能多样性造成一定影响.本研究揭示了半湿润常绿阔叶林不同群落类型和层次的植物功能性状差异及其区域变化,为该植被类型的生物多样性和生态系统功能保护与恢复提供科学依据.

为揭示海桑次生木质部导管解剖特征随土壤理化因子年内动态变动而变化的适应机制,该研究利用海桑具有生长轮的特点,通过显微技术界定了海桑采样枝条一年内10个不同连续时间段形成的新“生长层”(新形成的次生木质部),观测了10个不同连续时间段新“生长层”的导管解剖特征,并对10个新“生长层”形成阶段所对应的土壤理化因子数量特征进行了测定,用逐步回归法分析了10个不同连续时间段海桑新“生长层”管孔数量解剖特征与对应土壤理化因子数量特征之间的关系.结果显示:(1)10个不同连续时间段海桑形成新“生长层”管孔数量特征指标,除相邻管孔间接触壁长占比无显著差异外,其他8项指标包括管孔径向直径、管孔弦向直径、导管壁厚、导管长度、管孔密度、单孔率、导管聚合度和相邻管孔间接触壁长等均具有显著差异(P＜0.05);多重比较显示,10个不同连续时间段海桑形成新“生长层”管孔数量特征8项指标具不同程度的变动.(2)海桑新“生长层”形成阶段(10个不同连续时间段)土壤理化因子,包括土壤有机质含量、土壤全氮含量、土壤全磷含量、土壤pH值和土壤全盐量等5项指标均具有显著差异(P＜0.05);多重比较显示,海桑新“生长层”形成阶段(10个不同连续时间段)土壤理化因子指标均具有不同程度变动.(3)10个不同连续时间段海桑形成新“生长层”的管孔数量解剖特征,与所对应新“生长层”形成阶段土壤理化因子数量特征的逐步回归分析表明,随着土壤全盐含量的升高,海桑导管弦向直径和导管聚合度同时呈显著增大趋势(P＜0.05).研究表明,海桑在一年内不同连续时间段,随土壤全盐量增加,土壤渗透势将增大,水分在次生木质部导管中输导的安全性将下降,而海桑导管分子随一年内不同连续时间段土壤全盐量的增加呈增大趋势,根据木材生态解剖学的观点,水分输导的安全性将进一步降低,但导管聚合度随一年内不同连续时间段土壤全盐量的增加而增大,具有增进水分输导安全性的作用,这可能是海桑对土壤盐含量变化的生态适应策略.

利用模拟降雨控制试验(对照、降雨增加45％和减少50％),研究了黄土高原水蚀风蚀交错带典型灌木沙柳和柠条茎水力学特性对模拟降雨改变的响应,以揭示两种灌木对未来降雨改变的适应性.结果表明:沙柳茎比导水率(Ks)、比叶导水率(K1)和Huber值对增水有显著响应,而对干旱无显著响应;柠条黎明前和正午叶水势、水分传输效率(Ks及K1)对干旱有显著响应,但对增水无响应.两种灌木不同处理间抵抗栓塞能力无显著差异,沙柳不同处理间正午原位栓塞程度亦无显著差异,而柠条干旱处理正午原位栓塞程度显著增大.沙柳增水处理导管直径和导管面积占边材面积的比例显著增加,干旱导致沙柳导管密度显著增大,水力直径变小;柠条增水处理的木质部结构无明显改变,干旱导致其导管密度和木材密度显著增加.说明增水提升了沙柳的水力功能,而长期干旱显著降低了柠条水力功能,预测在未来气候旱化条件下,柠条的水力适应性可能不如沙柳.

维管植物从蕨类植物、裸子植物到被子植物的演化过程中,生理结构和功能都被认为更趋向于适应干旱的环境.但是关于3类植物是否提升了水分传导和水分利用效率的研究目前多基于叶脉和气孔的形态结构推断,而对水分传导速率的直接测量则集中于被子植物内部.因此,同时测定3类植物叶片和枝条尺度的水力性状,可以研究维管植物水力性状的演化趋势和协同演化关系.该研究测定了中国科学院华南植物园内的蕨类植物(芒萁(Dicranopteris pedata)、华南毛蕨(Cyclosorus parasiticus)、乌毛蕨(Blechnum orientale)),裸子植物(罗汉松(Podocarpus macrophyllus)、竹柏(Podoearpus nagi)、落羽杉(Taxodium distichum))和被子植物(海南木莲(Manglietia fordiana var.hainanensis)、东京油楠(Sindora tonkinensis)、羊蹄甲(Bauhinia purpurea))共9种植物的水力结构与功能的相关性状.发现9种植物从原始到更演化物种的枝条比导水率(KS)、叶片比导水率(KL)和叶片水力导度(Keaf)依次升高;叶片蒸腾速率(E)和潜在水分利用效率(WUEi)升高趋势不显著;气孔面积指数(SPI)和木材密度(WD)在3个类群间无明显变化趋势.水力功能性状在枝条(KS)和叶片(KL、Kleaf和E)尺度显著相关,但和两个结构性状并无显著相关性.对显著相关的性状进行系统发育独立差分析发现相关性依然存在,表明枝条导水和叶片导水、叶片失水的协同性独立于系统发育而存在.该文以9种维管植物为例,发现演化过程中水分传导相关的功能性状有显著提升,且导水和失水的性状存在着协同演化关系.上述维管植物水力性状演化趋势的结论需要对更多物种、更精细的水力结构性状的进行测定验证.

为探究气候变化背景下降雨减少对森林的影响,2013年在宝天曼锐齿栎天然次生林原位建立了3块降水减少(截雨)样地,研究降雨减少对锐齿栎水碳关系和生长的影响.结果表明:降雨减少后锐齿栎枝条水势显著低于对照,最低水势为(-1.36±0.11)MPa,但锐齿栎木质部栓塞88％的水势值为-3.19MPa,叶片气孔关闭时的水势值为-2.5MPa,故降雨减少在这一地区没有对锐齿栎水力结构造成严重的干扰.降雨减少后,锐齿栎的叶片、韧皮部和木质部的总非结构性碳浓度与对照没有显著差异.木质部导管密度和叶片气孔密度变大,而导管直径和气孔长度变小.在天气较为干旱时,降雨减少处理的锐齿栎气孔导度日变化呈“双峰”曲线,而在湿润天气时呈“单峰”曲线且中午峰值显著大于对照.降雨减少处理的锐齿栎木材密度、Huber值、比叶面积和胸径生长与对照没有显著差异.降雨减少后锐齿栎树木没有遭受水力失衡或碳饥饿的危害,生长也没有受到显著影响,但是水力输导系统发生了适应性调节.

理解群落结构和动态的主导机制是生态学研究的基本目标之一.群落内树种的存活受到其邻近树木的显著影响.为探究不同树种的存活对邻体组成的响应差异,本研究基于鼎湖山南亚热带阔叶林20 ha森林动态监测样地中常见的90个树种的存活监测数据和功能性状数据,建立了一系列关于邻体效应的树种存活模型.结果表明:约58％的树种存活对邻体组成有敏感的响应,共存树种间的功能性状差异影响着50％的树种存活动态.不同树种对邻体组成的响应差异与其耐阴性相关,耐阴能力较弱的树种更倾向于表现出对邻体的敏感性.低比叶面积、高叶干物质含量、木材密度和最大胸径意味着较强的耐阴能力,与光资源利用策略有关的生态位分化可能是邻域尺度上物种共存的原因.本研究为量化邻体间的相互作用和解释局域群落的物种共存提供了新的视角.