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.

红松(Pinus koraiensis)是东北地区重要的果材兼用树种,但由于生长周期长,遗传改良进展缓慢,为评价和筛选优质红松种质资源,以吉林省永吉县西阳林木种子园内36个20年生红松半同胞家系为材料,对其生长性状和木材性状进行测定.方差分析结果表明,各性状在家系间差异均达显著水平(P＜0.01),各性状表型变异系数为5.89％～45.21％;除通直度(0.46)外,其他性状的家系遗传力均超过0.5,属于高遗传力.相关分析结果表明,树高、胸径等生长性状间均达极显著正相关水平(r＞0.663),木材性状间半纤维素、纤维素和综纤维素含量间达显著相关水平,而生长性状与木材性状间仅纤维素含量、综纤维素含量与部分生长性状呈显著负相关.主成分分析结果表明,14个性状构成5个主成分,累计贡献率为79.24％.利用综合评价法对36个半同胞家系进行评价,以10％的入选率,依据生长性状,初步筛选3个优良家系(家系PK61、PK29和PK22),各生长性状遗传增益为6.41％～33.91％;依据木材性状,初步筛选3个优良家系(家系PK16、PK78和PK10),各木材性状遗传增益为1.08％～6.72％;结合生长和木材性状初步筛选出3个优良家系(家系PK61、PK29和PK44),各指标遗传增益为0.27％～37.28％.该研究选出的优良家系可为红松良种选用提供基础.

小黑杨(Populus simonii×P.nigra)是东北地区速生、耐寒、材性优良的树种.为了创制适种范围广、耐旱性状明显改良的林木新种质,利用小黑杨为材料,以干旱胁迫关键响应因子PsnNAC007转录因子为对象,创制了小黑杨过表达OE-PsnNAC007转基因植株.对OE-PsnNAC007转基因植株的生长指标、干旱胁迫适应能力、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、导水率指标、细胞形态和木材组分进行分析.结果显示:与野生型小黑杨相比,转基因植株的生长情况无明显差异,而干旱胁迫成活率提高了26.15%.在干旱胁迫条件下,转基因植株气孔导度减小、蒸腾速率下降、水分利用效率明显提高,植株茎干的导水率损失显著减少.解剖学分析发现,PsnNAC007的过量表达导致植株茎干产生更多、更小的导管细胞,这种细胞特性有利于植株在干旱条件下维持水分连续高效的运输.木材组分分析发现,转基因植株茎干木质素沉积明显增强,构成纤维素、半纤维素的单糖含量均无明显变化.

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.

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.

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.

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.

该研究以桂林岩溶石山不同坡向的植物群落为对象,探讨植物功能性状(比叶面积、叶绿素含量、木材密度和环境因子随坡向的变化规律.结果表明:比叶面积和叶绿素含量为阴坡>半阴坡>阳坡,阴坡和半阴坡分别与阳坡差异性显著;木材密度为阴坡<半阴坡<阳坡,阴坡、半阴坡分别与阳坡差异性显著.土壤有机质含量表现为阴坡大于阳坡,且阴坡与阳坡差异性显著;土壤全磷、土壤有效磷均表现为阳坡含量最高,且阴坡与阳坡差异性显著;土壤有效钾、土壤全钾则分别为阴坡、半阴坡含量最高,土壤全钾含量在各坡向上差异均显著,而土壤有效钾则为阴坡、半阴坡与阳坡均差异性显著.回归分析表明群落水平比叶面积在阴坡和半阴坡上与土壤有机质含量呈显著负相关;群落水平叶绿素含量与土壤全磷含量和土壤有效钾含量在阴坡上呈显著正相关;在不同坡向梯度上群落水平木材密度与环境因子无相关性.群落水平上植物功能性状随坡向的变化规律,反映了岩溶石山植物群落构建过程中环境对功能性状的筛选效应.

杨树是重要的用材林和防护林树种,土壤干旱不仅影响杨树正常生长发育,甚至降低木材产量与品质.评价杨树全同胞家系抗旱性,筛选抗旱指标,对培育抗旱新品种、干旱土地的利用及生态环境建设具有重要意义.本研究以123个丹红杨×通辽1号杨杂交子代无性系为材料,采用盆栽控水试验,在中度干旱胁迫下,测定植株的生长、光合、叶形和水分生理等12个指标;建立田间试验林,测定一年生田间生长量.结果表明,干旱胁迫对杂交子代各指标均有极显著影响(P＜0.01),其中气孔导度(Ga)变异系数最大.相关性分析发现,各抗旱性状之间呈现不同程度的相关性.利用主成分分析法和隶属函数法进行苗期抗旱性综合评价,将杂交群体划分为干旱敏感型、中等抗旱型和高抗旱型3种类型,分别包含30个、73个和22个无性系,DX-27、DX-4、DX-3等10个无性系抗旱性强于父本通辽1号杨,其中无性系DX-55和DX-81抗旱性D值(均为0.60)最大,抗旱能力最强.逐步线性回归分析和相关性分析表明基径(D)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Ga)和蒸腾速率(Tr)对抗旱性影响显著,可作为苗期抗旱性评价指标,其中G口对抗旱性直接效应最大.采用布雷金多性状综合评价法对杂交子代田间生长性状综合评价,将杂交群体划分为4级,亲本丹红杨和通辽1号杨分别隶属优级和差级,6个抗旱性强于父本通辽1号杨的无性系(DX-76、DX-78、DX-53、DX-55、DX-3、DX-20)隶属优级和良级,初步筛选为抗旱速生材料.本研究为杨树抗旱遗传改良及苗期抗旱性鉴定提供理论依据.