叶性状受植株大小的影响,但也会因成年树和幼树所处林冠条件的不同而产生差异.因此植物可通过调整叶性状进而选择不同的生存策略.该研究测量了小兴安岭阔叶红松(Pinus korainesis)林中花楷槭(Acer ukurunduense)、青楷槭(A.tegmentosum)、五角槭(A.pictum subsp.mono)3种槭树的林隙成年树、林隙幼树和林内幼树的叶经济谱性状:比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶片厚度(LT)、叶绿素(Chl)含量、净光合速率(Aarea)和非结构性碳水化合物(NSC)含量及防御性状:总酚(TP)含量和类黄酮(FLA)含量,通过研究植株大小和林冠条件对叶性状变异及相关性的影响,阐述林隙如何通过影响叶性状进而影响林分更新以及不同生境下植株所选生存策略的差异.结果表明:林隙成年树的LDMC、Chl含量、FLA含量和NSC含量显著高于林隙幼树,SLA则显著低于林隙幼树;而林隙幼树的LDMC、LT、Chl含量和Aarea均显著高于林内幼树;成年树SLA和LDMC相关性斜率的绝对值显著大于林隙幼树,林内幼树两者间的斜率的绝对值又显著小于林隙幼树.林隙成年树表现为"保守型"策略,林内幼树表现为"获取型"策略;林隙幼树则表现为两种策略之间的过渡策略.研究结果表明,当幼树不再受到林内环境光照条件限制时,植株大小对叶性状的影响可能发生改变.另外,林隙可以通过提高幼树光合速率,提高对病虫害的抵抗能力等方式促进林分更新.

林冠穿透雨空间异质性(即不同冠层位置穿透雨量的非均一性)及其在一定时间段内的持续性(即时间稳定性)关系着土壤水分补给数量和效率,通过影响资源有效性作用于植物个体竞争和群落演替.本研究基于关键词检索并分析整理了 Web of Science和中国知网数据库2000-2022年发表的554篇相关主题论文数据,量化并对比了全球不同气候带和植物功能型的穿透雨数量、空间异质性及其时间稳定性特征.结果表明:全球范围内旱区穿透雨比例(72.0％±13.6％)小于湿润(75.1％±9.3％)和半湿润区(79.9％±10.4％),热带(80.9％±14.6％)高于暖温带(74.2％±7.5％)和冷温带(74.1％±14.6％),灌木(68.9％±14.9％)小于乔木(76.7％±9.1％),但阔叶植物(75.2％±11.1％)和针叶植物(75.1％±9.9％)、常绿植物(76.7％±10.0％)和落叶植物(74.7％±11.9％)的林冠穿透雨比例接近,其空间变异系数在上述不同干湿区、温度带和植物功能型之间差异均不显著.穿透雨空间分布格局易保持相对稳定,冠层结构是影响其时间稳定性的主导因子,但缺乏不同时间尺度上典型地理单元(即地理环境条件基本一致的空间单元)之间的对比.建议未来研究通过向上延展至基于全球的空间尺度规律汇总,向下延展至基于过程的时间尺度机制分析,刻画穿透雨空间分布动态变化,并统一观测规范来增进不同研究之间的可参比性,以高效推进林冠穿透雨研究,为保护自然、管理人工、恢复受损生态系统提供生态水文依据.

在森林生态系统中,林冠层的附生维管植物通过缓冲环境压力,为其他生物营建出重要的生境条件,增加了森林生态系统的复杂性,提升了物种多样性和群落稳定性.不同附生维管植物类群可以营建出不同的生境形式,进而发挥独特的生态功能,根据附生维管植物形态、功能特征的不同,可将其分为收集型植物和蚁巢型植物两大类,前者包括"篮式植物"和"水箱植物",后者包括"蚂蚁花园植物"和"蚁栖植物".该文论述了附生维管植物所营建的生境对林冠生物多样性起到的积极作用;同时揭示这些微生境的存在可以增加林冠群落结构及食物网的复杂性,使群落更加稳定;并进一步剖析植食性防御与营养获取是如何促使附生维管植物演化出营建生境的特殊结构,以及这些结构对其他林冠生物演化产生的影响.结合当前林冠学研究热点,探究具有生境营建能力的附生维管植物在林冠中的生物互作、群落演替、响应全球变化这3个热点问题中发挥的作用.该文论证了附生维管植物通过营建特殊生境和庇护所,成为全球变化背景下具有极大保护价值的"伞护种".建议加强不同类型附生维管植物演化历史与生态功能的研究,并探讨在全球变化背景下的热带、亚热带森林生态系统生物多样性保护策略.

2014年5-10月,在宁夏六盘山香水河小流域选择了一个东南坡向的典型华北落叶松人工林坡面,设立上、中上、中、中下、下5个坡位的样地(P1、P2、P3、P4、P5),利用热扩散探针法监测树干液流,并同步监测气象、土壤水势等环境因子.结果表明:研究期间林分日蒸腾(Tr,mm·d-1)存在显著的坡位差异,不同坡位Tr为:P2(0.975) ＞P4(0.876) ＞P3(0.726) ＞P1(0.653) ＞P5(0.628).Tr与日最高气温(Tmax)、日均太阳辐射强度(SR)、日均饱和水汽压差(VPD)、日潜在蒸散(PET)、日均土壤水势(Ψ)呈显著正相关,与日均大气相对湿度(RH)、日降水量(P)、日最低气温(Tmin)呈显著负相关.基于边界线的斜率绝对值分析表明,从坡上到坡下,Tr对日均气温(T)、RH、VPD、PET和Ψ的响应呈现逐渐减小的趋势,而对SR、土壤体积含水量(VSM)的响应程度则逐渐增大.进一步回归分析和偏相关分析表明,VPD、PET和RH对不同坡位Tr的影响均占主导地位,Ψ和T对上坡样地Tr影响较大,而下坡样地Tr受SR、Tmin和VSM的影响较大.总体来看,Tr的坡位差异是土壤水分和气象条件共同作用的结果,在利用特定观测样地的液流速率尺度外推计算坡面Tr时,需同时考虑土壤水分和气象因子随坡位的变化.

林冠光能截取(LI)与叶片光合生理特性的关联性反映了植物功能性状对光环境变化的响应及适应,是冠层结构和环境条件综合作用的结果.在张掖市黑河干流边缘的洪泛平原湿地随机选择10个样地,按等分原则将样地内的旱柳(Salix matsudana)冠层分为上、中、下3个层次,研究了旱柳冠层各层次LI与叶片蒸腾速率(Tr)、净光合速率(Pn)的相互关系.结果表明:随着旱柳冠层下降,叶面积指数(LAI)、平均叶倾角(MLA)、叶厚度、光合有效辐射(PAR)、LI、Tr和Pn均呈逐渐减小趋势,叶面积呈逐渐增加趋势,叶片含水量呈先增大后减小的趋势,叶片聚集类型由聚集为主转向分散为主;在树冠上层和下层,LI与Tr、Pn均呈显著正相关(P＜0.05),中层呈极显著正相关(P＜0.01).在旱柳冠层内部,上层倾向于减小LI、Tr与Pn的保守性生存模式,中层和下层选择增大LI、Tr与Pn的开拓性模式,反映了湿地植物在异质性生境中根据其功能需求在自身性状之间进行的资源优化配置.

利用涡动相关系统测定黄河小浪底森林生态系统定位研究站人工林在萌芽期(2015年3月15日至4月15日,春季)和叶片成型期(2015年7月15日至8月15日,夏季)的微气象数据,分析了冠层湍流微气象特征、湍流强度、湍流风速标准差和总体输送系数,旨在深入了解森林生态系统的微气象特征,为进一步研究能量平衡与物质交换提供工作基础.结果表明:冠层湍流谱在低频部分具有峰值频率,惯性副区具有明显的耗散趋势,基本符合-5/3规律.冠层结构对湍流强度影响明显,春季湍流旺盛时,风速小于3m·s-1,而夏季时风速小于2m·s-1.湍流风速标准差符合1/3次幂相似规律,且水平方向比垂直方向的拟合效果好.冠层风速在u、v、w3个方向分量的风速标准差与摩擦风速比值在春季为2.55、2.06和1.30,在夏季为2.61、2.45和1.21.总体输送系数随稳定度的增加而逐渐减小,在不稳定层结和稳定层结条件下可相差1～2个量级,冠层结构对各方向的湍流风速具有直接影响,从而改变物质能量在冠层的扩散方向.

选择金佛山国家自然保护区内落叶阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、常绿阔叶林3种典型群落类型,研究冠层结构和光环境特征,以及林下优势种——紫耳箭竹的种群特征.结果表明:随着落叶阔叶林→常绿落叶阔叶混交林→常绿阔叶林的演替,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou指数呈增加趋势,表明群落趋于稳定发展的状态;冠层结构特征也发生了显著改变,冠层开度和平均叶倾角减小,叶面积指数增加,冠层的消光能力增强,林下光照水平降低.上层林冠是造成林型郁闭的主要原因,其中冠层厚度和冠层面积是2个主要的影响因素.冠层结构与林下光照指标显著相关,对林下散射光的影响最大.冠层开度、林下光照条件均随着生长季的到来而下降,而叶面积指数呈现增长的趋势,峰值出现在6、7月;平均叶倾角在春季达到最大值,在夏季为最小值.紫耳箭竹的生长与冠层结构和光环境密切相关,其在光照适中的常绿落叶阔叶混交林中生长得最好,分株粗壮、密度大(29.69±1.68株·m-2),地下茎拓展能力强;落叶阔叶林中的强光环境可能造成土壤水分缺失,从而对其生长产生影响;而在常绿阔叶林的低光环境下紫耳箭竹分株矮小,密度小(5.80±1.16株·m-2),克隆扩展能力降低.在森林结构演变的过程中,冠层结构发生了明显的改变,显著影响林下光环境,过度的低光环境对紫耳箭竹种群的更新和发展有限制作用.

小枝与叶片间的关系能够很好地反映植物对环境的适应策略.目前,从枝叶间权衡关系的角度研究树木对庇荫环境适应性的报道尚少,其中主要包括“生长-生长”权衡和“生长-生存”权衡两种假说.因此,为了探讨灌木在庇荫环境中,是否会在小枝和叶性状间采取权衡策略,来提高光照资源的利用能力或增强生存和防御能力,在城市绿地的林隙和林冠下两种光环境中,选择了没有人工修枝、整形等经营措施的金银木(Lonicera maackii)、小花溲疏(Deutzia parviflora)和连翘(Forsythia suspensa)等11种、79株观赏灌木作为研究对象,采集其当年生小枝,观测并计算了每棵灌木所处环境的有效光合辐射(PAR)相对累积光量和红光/远红光(R/FR),以及灌木的小枝干重(TDW)、单位小枝叶干重(LDW)、出叶强度(LN/TDW)、叶面积支持效率(LA/TDW)、比枝长(TL/TDW)和单叶面积(ILA)6个性状.对数据进行标准化和数据转换后,运用Pearson相关检验分析光环境指标和灌木枝叶性状间的相关性;采用标准化主轴估计法进行异速生长方程的参数估计;使用多元回归分析不同光强下各性状的相互关系.结果表明:(1)PAR相对累积光量和R/ FR与TDW和LDW呈极显著(P＜0.01或P＜0.001)正相关,与TL/TDW、LA/TDW、LN/TDW呈极显著(P＜0.001)负相关,与ILA相关性不显著(P＞0.05).整体上,R/FR与各灌木性状的相关性大于PAR相对累积光量;(2)TDW和LDW存在极显著(P＜0.001)的异速生长正相关关系.随着光强的减小,灌木当年生小枝和叶片的生物量都趋于减小,但是表现出相对偏向于叶片生物量的投资偏好;(3) LA/TDW和TL/TDW存在极显著(P＜0.001)的等速生长正相关关系.但随着光强的减小,比枝长随叶面积支持效率增加而增加的速率却减小,说明灌木在庇荫条件下,更倾向于采取忍耐型的光资源利用策略;(4) ILA和LN/TDW呈极显著(P＜0.001)异速生长负相关关系.随着光强的减小,灌木趋向于表现出单位小枝上着生大量小叶的现象.所以总体上,庇荫环境下的观赏灌木存在投资偏好和权衡,倾向于通过枝叶生长提高光截获能力来适应弱光环境,与“生长-生长”的权衡假说相符,但整体上,观赏灌木的耐阴性较差,故不建议种植在庇荫环境中.

植物幼苗建成阶段是决定种群自然更新的关键生活史阶段.研究林冠环境对常绿阔叶林优势种幼苗建成阶段的影响对该类森林的恢复和管理具有重要意义.2014-2016年,该研究在重庆市缙云山国家级自然保护区的常绿阔叶林的不同林冠环境(大林窗:＞150 m2,中林窗:100-150m2,小林窗:50-100 m2,对照:林下)下进行栲(Castanopsis fargesii)种子野外播种实验,并对栲幼苗命运和生长情况进行了3年的持续监测.结果 表明:(1)栲幼苗出土时间从7月持续到12月,出苗时间较长,大林窗对幼苗出土具有延迟作用;(2)栲种子野外平均萌发率为(62.8士2.0)％,第3个生长季(2016年)末幼苗平均存活率为(65.1±2.2)％,枯萎是栲幼苗死亡的主要原因;(3)林冠环境对栲种子萌发率及第1个生长季(2014年)末的幼苗存活率无显著影响,对第2个(2015年)和第3个生长季末的幼苗存活率具有显著影响;(4)林冠环境在第1个生长季对幼苗生长无明显影响,但在第2个和第3个生长季具有显著影响,大、中林窗中幼苗总生物量、株高、基径、根长和叶片数显著高于林下,比叶面积显著低于林下;(5)3个生长季内,4类林冠条件下栲幼苗的叶质量比和茎质量比升高,根质量比和根冠比降低,并且从第2个生长季开始大林窗中栲幼苗的叶质量比显著高于林下,根质量比和根冠比显著低于林下.栲幼苗早期的存活和生长依赖种子储存的能量,受林冠条件影响较弱,后期则依赖光合作用,受林冠条件影响较强,从整个幼苗建成过程看,大、中林窗更有利于栲幼苗定居.

为探究北方典型人工林生态系统在干旱条件下的水量平衡及其影响因素,本研究分析了干旱年份(2014年)北京山区油松(Pinus tabuliformis)和侧柏(Platycladus orientalis)林分的水量平衡组分及其影响因素.结果 表明:2014年降水仅为多年(1958-2011年)平均的47％.蒸腾为两种林分最大水分输出项,油松为247.16 mm,侧柏为259.89mm.其余水分输出项依次为土壤蒸发(油松87.26 mm,侧柏60.02 mm)＞林冠截留(油松56.63 mm,侧柏50.23 mm)＞枯落物蒸发(油松9.99 mm,侧柏8.30 mm).两种林分土壤水补给整体为亏缺状况,仅在生长季中、后期出现水分补给.油松林生态系统年水分亏缺量为81.24 mm,侧柏林生态系统为67.45 mm.环境因子对水分输出各项影响显著.此外,蒸腾还与胸径有显著相关,林冠截留则受到郁闭度及风速的共同影响.根据本研究观测,侧柏和油松林分在干旱年份无法仅依靠自然降水维持水量平衡.因此,未来气候变化导致降水减少情境会对这些林分的自然存活带来较大挑战.