氮是影响植物生长的重要营养物质元素,生物量分配模式和功能性状反映植物在不同环境中的适应性策略,揭示不同种源个体对氮沉降的生态响应,有助于阐明植物对氮沉降的适应机制.该研究以刨花楠(也称刨花润楠,Machilus pauhoi)典型分布区福建万木林、福建茫荡山、江西遂川、浙江建德、湖南茶陵、江西安福6个种源地的刨花楠苗木为对象,通过设置施肥和不施肥处理,探讨氮添加、种源及其交互作用对刨花楠苗木生物量分配与功能性状的影响.结果表明:1)氮添加会显著促进刨花楠苗木的生物量累积及其相对生长速率,建德种源苗木在施氮处理后长势最好;氮添加对各种源苗木生物量分配的影响表现不同,添加氮会显著增加建德和安福种源苗木叶质量分数及万木林和安福种源苗木的叶茎比.2)氮添加对各种源苗木叶性状的影响存在差异;施氮会显著降低建德、茶陵和安福种源苗木的比叶面积,增加茶陵种源苗木的叶面积及叶片氮磷比.3)各种源苗木细根主要功能性状对氮添加的响应也存在差异;施氮会显著降低建德种源苗木的细根平均直径及遂川、建德和安福种源苗木的根组织密度,但却会增加万木林种源苗木根组织密度、茫荡山和建德种源苗木的比根长及遂川和建德种源苗木的细根比表面积;氮添加显著增加安福种源苗木的细根氮含量,降低万木林、茫荡山和遂川种源苗木的细根磷含量,并使各种源苗木细根氮磷比均显著高于对照.4)不同种源间刨花楠苗木细根和与生物量分配相关的表型可塑性相对高于叶片表型可塑性,其中建德种源苗木的表型可塑性最高,遂川种源苗木表型可塑性最低.5)结构方程模型表明,种源与氮添加对刨花楠苗木生长影响显著,氮添加通过影响叶茎比和叶片氮磷比进而对生长产生影响,种源则通过影响其比叶面积与细根比表面积进而影响其生长.不同种源间刨花楠苗木生长、生物量分配及主要功能性状对氮添加的生态适应策略具有差异性,其中建德种源苗木更适应外界环境的变化,这是其长期适应种源地环境的结果.研究结果可为我国受氮沉降影响的亚热带区域开展刨花楠优良种源选择等提供理论依据.

桉树-乡土树种混交林在提高林分生产力和生态系统功能等方面具有较大潜力.该研究以南亚热带4种桉树-乡土树种混交林(桉树与乡土树种混交比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)和桉树纯林为研究对象,研究了3种优势乡土树种华润楠(Machilus chinensis)、阴香(Cinnamomum burmannii)、灰木莲(Manglietia glauca)和速生树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla)的叶片生理、结构和化学性状在不同比例混交林中的差异.结果表明,4 优势造林树种的叶片性状存在明显的种间差异,其中灰木莲的比叶面积(SLA)、光合磷利用效率(PPUE)、单位质量叶片最大光合速率(Amass)和蒸腾速率(Tmass)以及叶片养分含量最高,说明灰木莲采取资源获取型的生态策略;尾叶桉的SLA、Amass、Tmass及叶片养分含量最低,但具有最高的PPUE,说明尾叶桉兼顾了资源获取型和保守型的物种特征.灰木莲与尾叶桉在SLA、Amass、Tmass、PPUE、叶片氮含量和氮磷比等叶片性状上几乎没有任何重叠,说明灰木莲与尾叶桉之间的叶片资源利用高度互补,可能是与尾叶桉混交的理想树种.物种水平上,灰木莲叶片氮含量、华润楠叶片磷含量以及干季时阴香叶片Amass和PPUE随乡土树种混交比例增加有增加的趋势,但总体上树种混交比例对于 4 造林树种的叶片结构、化学和生理性状的影响不大;林分水平上,桉树-乡土树种混交林的比叶面积、光合能力以及叶片氮磷比显著高于尾叶桉纯林,说明桉树与乡土树种混交能够提高林分整体的光捕获和光合能力,但同时也加剧了植物生长的磷限制.因此,建议在未来南亚热带桉树人工林的构建与改造中,应优先挑选与桉树资源利用互补并能够优化混交林磷素循环利用的乡土树种.

为探究润楠叶片多糖的最佳提取工艺和结构表征,分析其体外抗氧化及抗肿瘤细胞活性.该文以产自湖北省恩施市的润楠叶片为材料,通过单因素试验探究体系pH、超声温度、超声功率及超声时间对润楠叶片多糖得率的影响,正交试验设计优化超声辅助复合酶(纤维素酶、果胶酶)提取润楠叶片多糖工艺;采用傅里叶红外光谱法和扫描电镜分析润楠叶片多糖结构;进一步采用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮柱前衍生高效液相色谱(PMP-HPLC)法测定其单糖组成;最后,采用体外抗氧化实验和细胞实验探究其生物活性.实验结果表明润楠叶片多糖的最佳提取工艺为体系pH为5、超声温度50℃、超声功率250 W、超声时间20 min,多糖得率达到7.00%以上;润楠叶片多糖红外光谱图呈现出多糖的典型特征吸收峰;扫描电镜图呈结构疏松不规则的块状形态;单糖组成分析表明润楠叶片多糖主要由甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖醛酸、葡萄糖和阿拉伯糖等构成的水溶性杂多糖;体外抗氧化、细胞抗肿瘤试验表明润楠叶片多糖具有良好的生物活性,在保健、生物食品与药品等方面具有开发潜能.

凋落物分解对于维持源头溪流生态系统碳和养分平衡有重要意义.以亚热带典型源头溪流金佛山溪流为代表,选取3种河岸带常见凋落叶为分解对象,设计3个单种和4个混合物种的凋落物组合,在原位放置3种孔径的分解袋(0.05mm、0.25mm和2mm),探讨混合凋落物的性状与底栖分解类群对叶片质量损失和混合效应的影响.结果表明:(1)微生物在凋落物分解过程中相对贡献均大于50％,小型和大型底栖动物进一步加速了凋落物的分解过程.(2)单种凋落物分解速率存在显著差异:八角枫(Alangium chinense,质量损失率为 53.05％)＞缺萼枫香(Liquidambar acalycina,30.00％)＞薄叶润楠(Machiilus leptophylla,12.63％).(3)混合凋落物中仅微生物参与的处理均表现为负的非加和效应,其中八角枫+缺萼枫香、八角枫+薄叶润楠、八角枫+缺萼枫香+薄叶润楠三个处理的效应显著;小型底栖动物加入后均表现为正的非加和效应,但不显著;在微生物、小型和大型底栖动物的共同作用下,缺萼枫香+薄叶润楠和八角枫+缺萼枫香+薄叶润楠的两个处理的正的非加和效应显著.亚热带源头溪流中凋落物分解功能与河岸植物和分解者类群的复杂性密切相关.

气候变化下,不同生态策略的树种对环境变化有着不同的响应能力,影响其叶片淋溶产生的DOM(Dissolved organic matter)的数量和质量,进而影响土壤的养分循环.通过探究亚热带地区不同生态策略树种叶片DOM数量及光谱学特征的差异,评估不同数量和结构特征DOM输入到土壤对养分循环的影响.本研究选取6种树种鲜叶进行浸提,其中竞争型(Competitive,C)和忍耐型(Stress-tolerant,S)各3种(树参(Dendropanax dentiger),黄绒润楠(Machilus grijsii),黄牛奶树(Symplocos cochinchinensis(Lour.)),细柄阿丁枫(Altingia gracilipes),丝栗栲(Castanopsis fargesii)和罗浮栲(Castanopsis faberi)).通过溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、溶解性有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)表征DOM的数量特征,通过紫外吸收值(Special Ultraviolet-Visible Absorption,SUVA),腐殖化指标(Humification index,HIX)和傅里叶红外光谱(Fouriertransform infrared,FTIR)等光谱指标表征DOM质量特征.结果表明:不同生态策略树种的叶浸提液中可溶性有机碳浓度无显著差异,但是C策略树种浸提液中可溶性有机氮浓度大于S策略的DON浓度.此外,S策略的芳香化指数(Aromatic index,AI)和腐殖化指数(HIX)均高于C策略.C策略树种的发射荧光强度也高于S策略,说明C策略树种DOM腐殖化程度较低,易分解物质含量高;S策略难分解物质多,腐殖化程度较高.傅里叶红外光谱结果表明,各树种叶浸提的DOM存在相似的吸收峰,其中以H键键合的-OH伸缩振动最强且C策略树种结果相对简单,验证了荧光光谱的结果.总体而言,与C策略相比,S策略树种叶片浸提的DOM结构更复杂,养分含量更高.这可能是因为,S策略树种对环境变化具有更高的适应性.由于其DOM结构相对复杂,输入土壤后减缓土壤碳周转速率,在未来气候变化情景下,S策略树种可能有利于土壤碳汇的形成.

为探讨夏季南亚热带森林演替过程中优势树种幼叶的光保护机制,以演替中期优势树种木荷(Schima superba)、黧蒴(Castanopsis fissa)、锥栗(C.chinensis)和演替后期优势种华润楠(Machilus chinensis)、厚壳桂(Cryptocarya chinensis)、黄果厚壳桂(C.concinna)为材料,分析了2种生长光强(全光照和30％全光照)下6种优势种幼叶和成熟叶的叶片表型、光合色素含量、花色素苷含量、抗氧化能力、类黄酮含量、总酚含量和最大量子产量(Fv/Fm)恢复效率间的差异.结果表明,两个演替阶段幼叶的叶绿素含量(Chl a+b)、Chl a/b比成熟叶低,但光保护物质比成熟叶多;演替中期幼叶的花色素苷含量和总抗氧化能力比演替后期的高,而类黄酮和总酚含量比演替后期的低;全光照下幼叶的总酚、类黄酮、总抗氧化能力及Fv/Fm恢复效率都要比30％全光照的高,并且含有花色素苷的幼叶恢复得更快.因此,植物的光合能力与自身的光保护潜力成反比关系,演替中期优势种幼叶的光保护在很大程度上是因为花色素苷的积累而演替后期优势种是因为自身抗氧化物质(类黄酮、总酚)的共同作用.

以润楠属(Machilus)7种植物成年个体为材料,对其进行生理指标测定,并对它们的叶片水分供需关系以及木质部纹孔特征和导水效率之间的关联进行分析.结果显示,润楠属7种植物相比原始被子植物具有更高的叶脉密度(VD),叶脉密度为9.8～14.1 mm/mm2;气孔密度(SD)与叶脉密度呈显著正相关,说明叶片水分供需存在协同关系;气孔密度与气孔大小(GLC)呈负相关;气孔越大的叶片其膨压丧失点(TLP)的绝对值越低.枝条边材比导率(Ks)较低,为0.13 ～ 1.87 kg·m-1·s-1·MPa-1,且种间差异较大.叶脉和气孔密度均与边材比导率呈正相关.边材比导率与纹孔膜面积、纹孔口面积以及纹孔口长短轴比例相关性不显著.研究结果表明润楠属植物虽然叶脉密度较高,且木质部水分供应和叶片结构具有协同关系,但木质部解剖结构较为原始,导管多具梯形穿孔板,导水效率低,只能适应比较湿润的生境.

植物叶片非结构性碳水化合物(NSC)不仅为植物代谢提供重要能量,还能一定程度上反映植物对外界环境的适应策略.以亚热带常绿阔叶林林下6种植物:茶(Camellia sinesis、细枝柃(Eurya loquaiana)、润楠(Machilus pingii)、短刺米槠(Castanopsis carlesii)、大叶山矾(Symplocos grandis)和薄叶山矾(Symplocos anomala)为对象,研究各物种抽枝展叶进程中叶片大小、比叶重(LMA)、光合色素以非结构性碳水化合物及其组分含量的动态变化,分析NSC组分之间及与光合色素与LMA间的相互关系,探讨展叶过程中引起叶片NSC差异的原因.结果表明:(1)各物种单叶面积随叶片展开而增加直至明下旬达到最大,为9.20(茶)-40.81 cm2(大叶山矾);而LMA在展叶初期下降后随叶片展开逐步升高,直到次年1月下旬还在持续缓慢增加,因各物种不同,最大值为82.90-152.10 g/m2;光合色素则在展叶进程中逐渐增加,6月下旬达到较高值后在整个夏秋季维持较高的含量,次年1月有所下降.(2)在整个当年生叶片生长进程中,6种植物叶片可溶性糖含量总体上由展叶初期逐渐增加,而淀粉含量随着叶片的生长成熟逐渐降低;各物种NSC含量为87.00(薄叶山矾)-163.35 mg/g(细枝柃),除大叶山矾和薄叶山矾外,NSC含量随着叶片生长进程逐渐增加;(3)各物种可溶性糖含量随着淀粉含量的增加而降低,叶绿素含量随着LMA的增加而显著增加,可溶性糖与LMA具有显著的正相关关系,而淀粉与LMA-呈显著负相关(R2=0.51-0.86,P＜0.004),表明展叶后期部分淀粉转化为可溶性糖,这与展叶后期林内光资源的可利用性以及植物的生理活动相关.综上所述,随着展叶进程,非结构性碳水化合物及其组分具有不同的变化规律,一方面与叶片增大增厚进程中的生理活动有关,另一方面也反映了叶片功能属性间的权衡关系,研究结果可为阐明亚热带常绿阔叶林林下木本植物展叶期的碳代谢提供理论基础,亦丰富了森林植物生活史对策理论.

在湖南省炎陵县青石冈国有林场选择杨梅、木荷、山矾、润楠、甜槠、青冈6种亚热带典型树种,通过测定植物不同龄组(幼龄林、中龄林、成熟林)和器官(叶、枝、皮)等指示抗火性状的形态及物理和化学性质,探究同一树种不同器官、龄组间抗火性差异以及不同树种抗火性的综合排序.结果 表明:抗火性在不同器官和龄组间均呈现显著差异;相对于枝和皮,叶片具有较高的含水率(53.7％)、较高的粗灰分含量(4.5％)和较低的粗纤维含量(23.9％);随着林龄的增长,树木抗火性呈现先降后增的规律,中龄林的含水率、粗灰分和粗纤维含量最低.各器官的综合抗火性能在不同物种间差异显著.树叶的抗火性排序为:润楠＞甜槠＞山矾＞杨梅＞木荷＞青冈;树枝的综合抗火性表现为润楠、甜槠最强,其次是杨梅、木荷;树皮表现为木荷和甜槠的抗火性较强,抗火性最弱的为润楠和青冈.各物种的综合抗火性能综合得分呈现分异特征,其中抗火性最强的为木荷(1.033)和杨梅(0.526),润楠(-0.405)和青冈(-1.151)的抗火性最弱.因此,木荷和杨梅是我国南方亚热带森林防火林带的首选树种.

以滇润楠一年生实生苗为试验材料,研究在良好水分条件(土壤含水量为70％～75％田间持水量)、轻度干旱胁迫及重度干旱胁迫处理下(50％～55％和30％～ 35％田间持水量)进行外源脱落酸(ABA)喷施对其生长及生理特性的影响.结果 表明:干旱胁迫使得滇润楠幼苗叶片的相对含水量、株高和生物量显著下降,净光合速率及叶绿素荧光参数(PSⅡ最大光化学效率,Fv/Fm)有不同程度的下降,而根冠比、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著增加.外源ABA的喷施可提高干旱胁迫下滇润楠幼苗的适应性,尤其是重度干旱下,外源ABA显著提高了叶片相对含水量21.0％,同时增加了植株株高和生物量的累积,提高了根冠比,为良好水分条件的2.1倍;减少了干旱下膜脂过氧化产物MDA的累积,提高了抗氧化酶过氧化氢酶、超氧化物岐化酶的活性,显著增加了脯氨酸的含量,为良好水分条件的7.7倍.外源ABA的喷施显著缓解了干旱胁迫对植株光合器官的不利影响,减少干旱引起的叶片净光合速率及气孔导度的下降,并且减轻了PSⅡ受到干旱的伤害程度,重度干旱下喷施ABA的植株的Fv/Fm显著高于未喷施ABA的植株.外源ABA的喷施可以减轻干旱对滇润楠植株的伤害,提高其抗旱性.