森林生态系统强大的碳源/汇功能是实现"碳中和"和"碳达峰"战略目标最经济、有效的自然气候解决方案和固碳增汇手段.准确评估森林生态系统的碳汇能力,对于明确森林碳储量有重要意义.为明确亚热带-暖温带气候过渡带的常绿落叶阔叶混交林的碳通量特征及其驱动因素,2011-2020年利用涡度相关法开展了大别山常绿落叶阔叶混交林碳通量和环境要素的观测试验.结果表明:大别山常绿落叶阔叶混交林净生态系统CO2交换量、生态系统呼吸(Reco)、总初级生态生产力分别为-788.13 gC m-2 a-1、1074.14 gC m-2 a-1、1862.27 gC m-2 a-1,该森林生态系统整体表现为碳汇,其固碳能力与相近纬度的常绿落叶阔叶混交林基本持平,并高于针阔叶混交林、毛竹林等其他类型的森林生态系统.10年间,大别山常绿落叶阔叶混交林的固碳能力有所增强.影响大别山常绿落叶阔叶混交林碳通量的主要环境因子为温度与太阳辐射,气温(Ta)、净辐射(Rn)、光合有效辐射和总辐射与生态系统碳生产力和GPP呈显著正相关(P＜0.001),Reco与Ta和Rn呈显著正相关(P＜0.001).研究结果为气候变化响应敏感的南北气候过渡带森林生态系统的碳储量估算、碳循环过程模拟提供观测数据支持和科学依据.

种间关系是植物群落重要的数量与结构特征之一,直接影响群落的稳定性,探究种间关系与群落稳定性对于植物种群的保护和稳定性维持具有重要意义.以贵州省赤水桫椤国家级自然保护区内的桫椤群落为研究对象,采用样方法对桫椤(Alsophila spinulosa)群落进行调查,分析植物总体关联性、种间相关性并计算群落的稳定性系数.结果表明,毛竹(Phyllostachys edulis)在群落中占绝对优势,毛竹与桫椤的种间关系表现为显著正相关;桫椤在发育前期受到物种间的影响较大,而在发育的后期处于相对独立的状态,与物种间的关系表现为弱相关或不相关,受到物种间的影响较小;贡献定律法分析表明毛竹-桫椤群落的稳定性系数为21/79,说明金沙沟区域的毛竹-桫椤群落处于稳定状态.

为揭示毛竹(Phyllostachys edulis)种子生长过程中胚、胚乳、果皮及种皮的发育规律,以桂林海洋山一带的开花毛竹为材料,采集并固定不同时期的开花毛竹种子,使用石蜡制片法制片,显微镜观察胚、胚乳、果皮与种皮的结构变化.结果表明:(1)毛竹花后1 d完成受精并形成合子,合子休眠时长约为5 d.经过原胚阶段、胚芽鞘阶段、幼胚生长阶段及成熟胚阶段,花后40 d的胚发育基本成熟,其发育类型为禾本型.(2)胚乳发育早于胚的发育,其发育类型为核型胚乳,历经游离核、细胞化、细胞分化及成熟4个阶段.在细胞分化阶段胚乳细胞分化形成淀粉胚乳细胞以及糊粉层细胞,淀粉胚乳细胞主要积累淀粉粒,糊粉层细胞主要积累矿质元素、脂类及蛋白质等.(3)花后1 d的果皮细胞及珠被细胞形状规则、内含物丰富、结构完整;花后10～20 d,内、外果皮及珠被细胞层数递减,形状发生改变,中果皮细胞开始出现淀粉粒;花后20～60 d,随着胚乳细胞营养物质的积累及体积的增大,向外产生机械压力,中果皮细胞逐步消解仅剩残留的细胞壁;外果皮细胞呈长条形,细胞壁加厚,与残留的中果皮细胞壁组成保护结构;皮层在种子发育过程中主要起到合成、运输营养物质以及保护胚和胚乳发育的作用.该研究结果为完善毛竹生殖生物学相关内容以及了解竹类植物胚和胚乳的发育提供了理论依据.

森林可燃物模型可以对具有巨大变异性的可燃物进行综合描述,是建立林火模拟系统和进行林火行为预报和模拟的基础.本文从潜在林火行为的角度出发,依据可燃物的关键参数,利用系统聚类方法对可燃物分类并进行火行为预测,最终建立赣南地区标准森林可燃物模型.结果表明:坡度不变条件下,不同可燃物的蔓延速率、火焰长度随着风速的增加而上升;可燃物对坡度和风速敏感,火线强度随之增大而增加.赣南地区可建立4个标准可燃物模型,代表性植被类型分别为毛竹林(模型FL-Ⅰ)、马尾松林(模型FL-Ⅱ)、针叶(马杉)、针阔(马杉木)混交林和杉木林(模型FL-Ⅲ)以及木荷林和阔叶林(木枫)混交(模型FL-Ⅳ).不同可燃物林火行为的预测结果以及4个标准可燃物模型的地表和垂直结构特征可为林火管理提供帮助.

类黄酮在植物耐低温胁迫方面发挥着重要作用,为揭示低温对毛竹(Phyllostachys edulis)叶片中类黄酮合成的影响,采用分光光度法测定了不同生长时期和低温胁迫下毛竹幼苗叶片中的类黄酮含量,通过生物信息学方法对毛竹类黄酮早期生物合成关键酶基因进行了鉴定,并用qPCR方法分析了其表达模式.结果表明,随着叶片的生长,类黄酮含量呈现先升高后降低的趋势,而低温下,功能叶片中类黄酮含量则呈现上调趋势,且在8 h时达极显著水平.在毛竹基因组中鉴定了类黄酮早期生物合成3个酶基因家族共29个成员,包括20个查尔酮合酶基因(PeCHSs)、8个查尔酮异构酶基因(PeCHIs)和1个黄酮-3-烃化酶基因(PeF3H1),这些基因的启动子中均含有响应低温及其他非生物胁迫的调控元件.PeCHSs倾向在根和叶中表达,而PeCHIs为组成型表达.在不同生长时期的叶片中,仅PeCHS1 表达与类黄酮的含量变化趋势一致;而低温胁迫下,3 个PeCHSs、2个PeCHIs和PeF3H1在功能叶片中呈上调表达,与类黄酮含量变化趋势一致.因此,毛竹可能通过提高类黄酮早期生物合成酶基因的表达量促进类黄酮的合成来响应低温胁迫.

为了解暴雨时期亚热带森林生态系统水分在植物体内运移转换过程中同位素组成的变化特征以及对环境的响应机制,基于2020年7月梅汛期新安江源区亚热带常绿针叶林典型植物氢氧稳定同位素测试,结合黄山水文站涡动通量塔环境要素监测数据,分析了代表性树种杉木(Cunninghamia lanceolata)不同部位(根、皮、枝、叶)和样地多种优势植物叶片水同位素组成(δ18O和δ2H)的 日间变化特征及δ18O-δ2H相关关系,并讨论了不同植物叶片水δ18O和δ2H的环境控制因子.结果表明:杉木根、皮及枝水分同位素组成较为接近且日间变化平缓,叶片水同位素最为富集且日间变幅较大.受随机性强降雨影响,7月2-4日各来源δ18O和δ2H昼间变化无显著一致性规律,三 日分别大致呈单峰型、单谷型和波动型变化.5种典型植物叶片水δ18O-δ2H线性回归得出的蒸腾线斜率从高到低依次为:狗脊(Woodwardia japonica)、茶(Camellia sinen-sis)、大豆(Glycine max)、杉木、毛竹(Phyllostachys heterocycla),说明毛竹叶水同位素动力分馏效应最强,狗脊最弱.各植物叶片水δ18O和δ2H的环境控制因子有所差异,杉木和狗脊叶片水δ18O和δ2H对土壤含水率和土壤温度的变化最敏感,气温和净辐射则是影响茶和大豆叶片水δ18O和δ2H的主导因子,毛竹叶水δ18O和δ2H与气温、相对湿度、土壤温度、土壤含水率和风速的相关性较强.研究结果有助于明晰湿润区生态水文过程,并为进一步构建同位素水文模型提供数据支持.

为了探究短期氮沉降对凋落物和土壤有机质化学组成的影响,以亚热带毛竹林为对象,于2020年7月—2022年1月设置氮沉降增加(施氮量50 kgN·hm-2·a-1)处理,利用热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术,对毛竹林毛竹叶/根凋落物和土壤的有机质化学组分进行了分析.结果表明:与对照相比,短期氮沉降处理土壤有机质中酚类的相对含量显著增加了 50.9％,而脂肪酸的相对含量显著减少了 26.3％;叶凋落物中烷烯烃和木质素的相对含量显著增加了 51.9％和33.5％,酚类和多糖的相对含量显著减少了52.2％和56.3％;根凋落物中多杂环芳香烃的相对含量显著减少了 16.6％.土壤有机质中脂肪酸的相对含量与叶凋落物中多糖的相对含量呈显著正相关;土壤有机质中酚类的相对含量与叶凋落物中木质素的相对含量呈显著正相关,与多糖的相对含量呈显著负相关.短期氮沉降对毛竹林毛竹叶/根凋落物和土壤的总有机碳、总氮和碳氮比均无显著影响,但是会显著改变三者的有机质化学组成;另外,短期氮沉降下土壤有机质化学组成的变化受叶凋落物有机质化学组成的影响.

竹子节部对竹秆的中空结构以及竹秆快速高生长起着关键作用,研究竹子解剖结构有助于认识竹子生长机制.本研究利用核磁共振成像(MRI)无创、高分辨率和准确的技术优势,对毛竹幼竹去笋箨梢部进行横切面高精度核磁共振成像扫描,使用MATLAB软件对MRI进行灰度值采集,分析节部、近节部和节间水分分布差异.结果表明:无数维管束在毛竹幼竹节隔以及近节隔内腔反复扭曲和水平转动,组成了一个错综复杂和高度连接的网络结构,通过分轴向载荷来保护重要组织免受机械应力,同时实现水分和营养物质的横向运输,这是毛竹在短时间内快速完成高生长的重要基础.MRI信号值(亮度值)表明,幼竹维管束的水分含量远远高于周围的基本组织.节间平均水分含量和像素点间含水量标准差显著高于节部,近节部居中.MRI技术可以在未来竹子解剖学和生理生化学研究中发挥作用.

为探究毛竹林下种植茶树对土壤有机碳储量与碳组分的影响,该研究以毛竹纯林、竹茶混交林和常绿阔叶林为研究对象,采集这 3 种林分类型的表层(0～10 cm)土壤,测定土壤有机碳(SOC)、碳组分、生物与非生物因素指标.结果表明:(1)竹茶混交林林下植物多样性相较于毛竹纯林显著降低,但其土壤有机碳密度(22.54±2.09)t.hm-2、碳组分与毛竹纯林无显著差异(P>0.05).竹茶混交林的矿物结合态有机碳(MOC)为(20.13±1.83)g.kg-1,占总有机碳的 92.66%.常绿阔叶林土壤有机碳密度比竹茶混交林和毛竹纯林高土壤有机碳密度分别高 41.15%和 41.00%(P<0.05).(2)3 种林分类型土壤微生物量碳(MBC)含量范围为 0.58～3.08 g.kg-1,土壤 16S rRNA丰度范围为 2.18×1010～5.65×1010copies.g-1,固碳基因cbb L丰度范围为 0.37×108～1.10×108 copies.g-1,土壤微生物碳利用效率范围为 0.03～0.28;3 种林分类型之间微生物相关指标不存在显著差异(P>0.05).(3)3 种林分类型SOC与土壤pH、砂粒含量和地上凋落物生物量呈显著负相关,与土壤黏粒含量、粉粒含量、总氮、C ∶ N、总磷和铵态氮含量呈显著正相关(P<0.05).(4)就不同碳组分而言,颗粒有机碳(POC)和MOC均与土壤pH、砂粒含量和根系生物量呈显著负相关,与土壤含水量、黏粒含量、粉粒含量、总氮、C ∶ N、总磷和铵态氮含量呈显著正相关(P<0.05).综上表明,竹茶混交改造会造成原生毛竹纯林林下植被多样性下降,但并未造成土壤碳储量下降;而相较于常绿阔叶林,毛竹经营措施需要改进,以提升其碳汇效益.

基于沙鞭的三代转录组数据,该研究利用PCR技术克隆DREB 基因,并对其进行生物信息学分析;采用实时荧光定量PCR分析该基因的表达模式以及在20％PEG-6000模拟干旱胁迫处理下的表达特征,以探讨干旱胁迫下沙鞭DREB转录因子的功能和作用,为揭示PvDREB基因响应沙鞭的耐旱分子机制奠定基础.结果表明:(1)成功克隆获得一个沙鞭DREB基因,命名为Pv DREB;Pv DREB基因编码区长度831 bp、编码276个氨基酸,含有典型的AP2转录因子保守结构域;PvDREB蛋白是亲水性蛋白,不具有信号肽结构,存在跨膜结构和可能的糖基化及磷酸化位点.(2)系统进化分析显示,Poo DREB基因与毛竹的DREB 亲缘关系较近.(3)亚细胞定位预测表明,PvDREB蛋白定位于线粒体和细胞核中.(4)qRT-PCR显示,沙鞭根、茎和叶中PvDREB均可诱导表达但差异较大,且在茎中表达量最高,叶中次之,根中最低,具有明显的组织特异性;20％PEG-6000模拟干旱下,PvDREB基因在叶中的表达量随干旱胁迫时间增加而增加,12 h时达到最高,之后逐渐下降.研究推测,沙鞭PvDREB基因受干旱胁迫诱导表达,且该基因可能在沙鞭响应干旱胁迫的过程中起重要作用.