本研究以福建三明森林生态系统国家野外观测研究站的青冈、格氏栲、马尾松、闽楠、香樟林5种人工林为研究对象,分析了 0～10 cm表层土壤微生物呼吸对葡萄糖添加的代谢响应.结果表明:与对照相比,葡萄糖添加使土壤微生物呼吸提高了 82.4％～349.5％,不同树种间差异显著.对照中,土壤微生物呼吸与微生物生物量、土壤有机碳及真菌/细菌有显著的相关关系,表明在没有活性碳供应时,微生物代谢受土壤有机碳含量的调控,且与土壤微生物生物量和群落结构有关.在葡萄糖添加处理中,土壤微生物呼吸与土壤总氮、溶解性有机氮和矿质氮呈显著正相关,表明当活性碳供应充足时,微生物代谢主要受土壤氮含量及其有效性制约.微生物呼吸的代谢响应,即葡萄糖添加处理与对照土壤微生物呼吸的比值,主要受土壤碳氮比的影响,呈现出微生物代谢响应随土壤碳氮比的下降而升高.此外,土壤pH也是影响微生物代谢响应的重要因素.土壤碳、氮含量及有效性对微生物呼吸的影响依赖于微生物是否受碳限制,土壤碳含量调控了碳限制时的微生物呼吸,而土壤氮含量及有效性调控了碳限制解除后的微生物呼吸.

菌根多样性和形态可塑性决定了寄主植物适应生境变化的能力.为了解针阔叶树种混交对外生菌根形态特征的影响及其潜在机制,本研究调查了山西太岳山油松和辽东栎纯林及混交林(油松与辽东栎3∶1混交、1∶1混交、1∶3混交)外生菌根形态特征,分析了环境因子对外生菌根形态变异的影响.结果表明:所有林型中油松和辽东栎外生菌根均以无外延菌丝或极少外延菌丝的密接型为主;油松在混交林中根部密接型和中程型外生菌根的根尖数量分别比纯林显著升高3％～10％和10％～16％,辽东栎在混交林中根部密接型外生菌根养分获取类型的根尖数量比纯林显著升高5％～10％;油松和辽东栎在混交林中外生菌根Simpson形态多样性指数显著高于纯林.冗余分析表明,油松中土壤氮磷比对其外生菌根形态变异的影响最大(解释率为7.5％),其次为土壤含水率(5.2％),而土壤碳含量对辽东栎外生菌根形态变异的影响最大(3.5％).油松和辽东栎在混交时均可以通过外生菌根的形态变异以适应对土壤养分的竞争和共享.

凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

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.

根际微生物在植物养分获取以及碳、氮循环中发挥着重要作用,而植物细根(包括吸收根和运输根)与根际微生物群落关系密切.阐明火后森林恢复过程中先锋树种细根性状的变化与根际微生物群落的关系,可为基于细根和根际微生物动态的火后植被恢复管理提供理论支持.该研究以大兴安岭30年时间序列火烧迹地先锋树种白桦(Betula platyphylla)为研究对象,利用16SrRNA高通量测序技术,分析了火后恢复过程中白桦根际细菌群落结构与土壤性质和细根性状的关系.结果表明,火后恢复时间显著影响土壤pH、吸收根性状和根际细菌α多样性.随火后时间的增加,土壤pH呈先升高后下降再升高的趋势,吸收根比根长和比表面积呈先升高后下降的趋势.火后9年是白桦根际细菌α多样性逐渐回升的转折点.不同火后恢复时间根际细菌群落主要优势门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota)和酸杆菌门(Acidobacteriota),主要优势属为慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium).玫瑰弯菌属(Roseiarcus)、酸球菌属(Acidipila)以及分枝杆菌属(Mycobacterium)等优势属的相对丰度在不同火后恢复时间中差异显著.根际细菌α多样性主要受土壤pH和吸收根比根长的显著影响,细菌群落结构变化受细根的碳、氮含量和运输根磷含量的影响.综上,细根、土壤和微生物之间的互作共同影响了根际细菌的群落结构及多样性,从而塑造了根际环境,促进火后生态系统的恢复.

土壤生态化学计量是土壤肥力和植物养分状况的重要指标,探索森林的恢复方式对土壤生态化学计量特征的影响,可为准确评价生态系统物质循环过程对干扰和恢复的响应提供理论依据和数据支撑.该研究比较测定了东北东部山区人工恢复的3种针阔混交林和天然恢复的4种落叶阔叶林的土壤、凋落物和枯落物的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,以及土壤pH、土壤密度等理化性质.结果显示:人工针阔混交林和天然落叶阔叶林的土壤C、N和P含量均随着土壤深度的增加而降低.各林分类型的O(有机质)层土壤C、N和P含量的波动范围分别为53.78-90.59、5.02-7.83和0.75-0.91 g?kg-1.人工针阔混交林O层土壤的C和N含量显著低于天然落叶阔叶林,而人工针阔混交林A(腐殖质)和B(淀积)层土壤的C、N和P含量均高于天然落叶阔叶林.人工针阔混交林O层土壤的C密度显著低于天然阔叶林.土壤C:N、C:P和N:P的波动范围为10.08-12.53、43.97-135.52和4.56-11.64;O层土壤的C:N在两种恢复方式的森林间无显著差异,人工针阔混交林O和A层土壤的C:P和N:P显著低于天然落叶阔叶林.土壤各层次的C和N含量均存在显著的正相关关系(R2范围0.40-0.76).除C:N以外,恢复方式、土壤发生层及其二者交互作用对土壤C、N、P含量、密度和计量比均存在显著影响.土壤密度和凋落物C含量显著影响土壤C、N和P含量.这些结果表明,通过人工恢复方式增加针叶树种的比重,使表层土壤的C、N含量降低,导致表层土壤的碳固持量减弱;但是对C:N无显著影响,表现出相对稳定的土壤C、N计量特征.

以不同修复年限的 2 块油页岩尾矿废弃地上生长的优势树种大叶相思(Acacia auriculiformis)和尾叶桉(Eucalyptus urophylla)及其根区土壤为对象,探讨树种和年限对废弃地生态修复效果的影响.结果表明,经过 31 a修复的南排尾矿地土壤重金属污染系数为8,显著低于修复18 a北排尾矿地的12.33,表明当前南排尾矿地土壤重金属污染程度更轻.同时,南排尾矿地的大叶相思和尾叶桉叶片中重金属含量和富集系数显著高于北排尾矿地,且南排尾矿地植物对土壤中的重金属修复效果好于北排尾矿地.除尾叶桉叶片富集更多的锰外,大叶相思有更高的叶片碳含量以及锌、镉含量,表明在多种污染元素并存的油页岩尾矿修复中种植大叶相思比尾叶桉能收获更好的生态效果.大叶相思和尾叶桉都具有较强的去除油页岩尾矿中重金属等有害元素和改善土壤质量的能力,特别是在土壤贫瘠和多元素污染共存的胁迫下,大叶相思比尾叶桉表现出更强的优势.

为探究氮沉降和干旱交互作用对亚热带森林植物生长的影响,研究了亚热带4典型树种马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、海南红豆(Ormosia pinnata)和木荷(Schima superba)幼树生长对不同氮添加量和干旱程度的响应.结果表明,干旱和氮添加处理2.5 a对不同树种生长的影响不同.氮添加显著促进了对照和轻度干旱下木荷与杉木的总生物量、株高和基径生长,抑制了轻度干旱下马尾松的根茎生物量和基径生长,对重度干旱下4 种幼树的生长均没有显著影响.氮添加和干旱处理降低了海南红豆、马尾松和杉木的株高和总生物量,且随干旱程度的加重抑制作用更明显.不施氮和干旱对木荷总生物量和株高无显著影响;氮添加和重度干旱显著降低木荷的基径和总生物量.干旱显著增加杉木根冠比,但对其他树种根冠比无显著影响.干旱和氮添加对非豆科植物(木荷)生长的促进作用均比豆科植物(海南红豆)明显,这表明氮沉降可能加剧极端干旱对亚热带部分树种生长的抑制作用.

为了探究退化森林的树种组成变化和生物量储量的恢复规律,该研究选取云南哀牢山不同演替阶段的常绿阔叶林为对象,比较了不同演替阶段森林群落结构、树种多样性和生物量变化.结果表明,从演替早期到演替末期,乔木的科数先减少后增多,属数和种数则逐渐增加;Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数随演替进程均呈增加的趋势;乔木生物量储量随演替进程逐渐升高,演替早期和演替中期的生物量分别为演替末期生物量的9.87%和65.98%;群落水平的树种多样性指数与总生物量呈显著正相关关系(P<0.05).树木的生长和树种多样性的提高是影响群落乔木生物量储量递增的因素,且哀牢山处于湿冷的气候条件,退化森林植被的恢复相对比较缓慢.

活立木茎干水分含量作为一种典型的生理水分参数,一直是活立木生命状态最为有效的表征参数之一,对维持整株树木水分平衡起着极其重要的作用,受到研究者、林木抚育者的高度重视.但活立木茎干水分含量的获取方法一直受到操作烦琐、成本昂贵、实时性不强、准确率不高及有损活立木生命等因素的影响,限制了对其深入的应用研究.该研究创新性地采用一种具有自主知识产权的茎干水分传感器,实时、无损地获取活立木茎干水分含量,并对茎干水分含量序列特征及其影响因素进行较为详细的研究.以常见的绿化树种五角枫(五角槭,Acer pictum subsp.mono)为研究对象,采用基于驻波率原理的植物茎干水分传感器实现对五角枫茎干水分含量原位且无损监测,同步监测相关气象因子,分析生长季不同时期茎干水分含量序列特征及其与各气象因子的关系.结果显示:(1)茎干水分含量在春季(4月)和秋季中后期(9-10月)呈"昼升夜降"的趋势,夏季至秋季中期(5-8月)呈"昼降夜升"的趋势;阴天会抑制茎干水分含量的日极差与极大值,雨天时,茎干水分含量会明显上升;干燥天气会使茎干水分含量呈下降趋势;(2)生长季萌芽期,对茎干水分含量变化起直接作用的气象因子主要是空气温度和饱和水汽压差,茎干水分含量与空气温度和土壤水分含量呈显著相关关系;生长期,影响茎干水分含量的主导因子为饱和水汽压差和土壤温度,茎干水分含量与饱和水汽压差和空气温度呈显著相关关系;落叶期,对茎干水分含量变化起直接作用的因子主要为空气温度和饱和水汽压差,且茎干水分含量与两因子的皮尔逊相关系数较高.采用逐步回归分析法构建3个时期茎干水分含量与各气象因子的回归方程模型,不同时期进入回归模型中的气象因子均有所不同.综上所述,该研究揭示了在不同气象因子协同作用下生长季茎干水分含量呈现出不同的序列特征及其影响因素,可为理解植物茎干内部水分运移规律及其环境适应机制提供一定的借鉴作用.