藓类植物是林地常见地被物,具有重要生态功能.水分是影响藓类植物生长发育最重要的因素,水分变化会引起藓类植物的生理响应.以黄土丘陵区林下厚角绢藓(Entodon concinnus)、荫地绢藓(Entodon caliginosus)、青藓(Barchythecium albicans)为对象,研究了干燥速率对其生理特征的影响,以期明确其生理耐干性.结果表明:(1)3种藓在干燥后均受到了水分胁迫,3种藓干燥后的丙二醛(MDA)、可溶性蛋白、可溶性糖含量、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性增加.(2)干燥速率对3种藓水分的胁迫程度不同,快干加剧了藓类植物的水分胁迫,快干后3种藓MDA、可溶性蛋白、可溶性糖含量,POD、SOD活性大于慢干.(3)干燥过程对藓类植物造成的水分胁迫有种间差异,3种藓干燥后MDA、可溶性蛋白、可溶性糖含量、POD、SOD活性增幅不同.(4)青藓有较高的耐干性,干燥后其氧化损伤较低,MDA含量在快干后显著低于荫地绢藓37.7％,慢干后显著低于厚角绢藓39.3％.青藓细胞调节能力较高,可溶性糖含量在快干后分别高出厚角绢藓和荫地绢藓57.3％和50.9％,慢干后分别高13.6％和99.8％.青藓抗氧化能力较强,快干后其POD活性较厚角绢藓和荫地绢藓分别增加120％和260％,慢干后分别增加19.4％和240.0％.同时,青藓具有较强的光合恢复能力,快干-复水后青藓叶绿素含量恢复率64.4％,显著高出厚角绢藓和荫地绢藓的55.7％和13.1％.以上结果表明,干燥增加了林下藓类植物的水分胁迫,干燥速率的增加可加剧藓类水分胁迫程度.不同藓种耐干性有差异,耐干性较强的藓种在干燥过程中有较强抵抗水分胁迫能力.研究结果可为藓类植物的生态功能研究及多样性保护提供科学依据.

天然林的林分结构复杂、物种多样性丰富,为分析林分生长与制定合理的森林经营决策方案带来了巨大的挑战.树高-胸径关系对于预测林分生长、制定森林管理经营措施具有重要意义.本文基于48块帽儿山阔叶混交林样地的调查数据,根据树种结构、生长特征及生态学特性将23个树种分为4个树种组,通过再参数化方法建立包含林分、林木竞争、树种混交情况及物种多样性变量的广义模型,并建立样地、树种组两水平混合效应模型,利用留一交叉验证法检验模型的预测能力.结果表明:Ratkowsky(1990)模型为最优基础模型,引入优势木平均高、大于对象木断面积之和、树种占比和Shannon指数能更好地解释帽儿山阔叶混交林树高-胸径关系;引入样地、树种组混合效应模型可显著提高模型的预测精度,Ra2为0.83.此外,在相同梯度的环境因素下,喜光树种比耐荫树种表现出更高的树高.本研究利用所构建的树高-胸径模型分析了树种混交及树木功能性状对树高生长的影响,为精准预测阔叶混交林不同树种的树高以及进一步分析阔叶混交林分生长关系提供理论基础.

为探讨红树植物光适应的生理生态策略,对6种真红树植物[无瓣海桑(Sonneratia apetala)、秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、卤蕨(Acrostichum aureum)]和 2 种半红树植物[银叶树(Heritiera littoralis)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)]的1 a生幼苗在不同生长光强(自然光强的100%、45%、30%、10%)下的光合光响应特征进行了研究.结果表明,不同生长光强对红树植物光响应特征的影响因物种而异,遮荫显著提高了秋茄和木榄的最大净光合速率(Pmax),而对其他红树植物的Pmax没有显著影响;秋茄在 45%光强下具有较高的Pmax,木榄的Pmax则在 45%和 30%光强下显著高于其他 2 个处理.随着生长光强的下降,秋茄幼苗叶片的光饱和点显著上升,木榄、老鼠簕和卤蕨的光补偿点呈下降趋势,木榄和卤蕨的表观量子效率升高的同时暗呼吸速率下降.木榄、老鼠簕和卤蕨具有较强的耐荫性,适宜种植在光强较弱的林下;无瓣海桑、秋茄、桐花树、银叶树和黄槿则适宜作为中上层树种或在郁闭度较低的林下种植.

随着植株生长,不同耐荫性树种枝叶性状对资源的响应策略存在差异.探究不同耐荫性树种在不同径级间枝叶性状变异及其相关关系,对理解植物功能性状种内和种间变异以及植物对资源的响应策略具有重要意义.以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松(Pinus koraiensis)林中不同径级(小树、中等树和大树)的喜光树种(白桦Betula platyphylla、枫桦Betula costata)和耐荫树种(春榆Ulmus japonica、紫椴Tilia amurensis、色木槭Acer mono)为研究对象,测定其出叶强度、枝横截面积、枝干重、单叶面积、总叶面积、总叶干重共 6 个枝叶性状.利用单因素方差(LSD)分析检验不同耐荫性树种在不同径级间其枝、叶性状是否存在显著差异;以标准化主轴估计(SMA)对不同耐荫性树种枝叶性状间相关关系进行分析.结果表明:除枝干重外,耐荫树种枝叶性状均大于喜光树种;不同耐荫性树种大树枝横截面积均最大,中等树叶面积均最小;喜光树种不同径级间枝干重、总叶干重和出叶强度无显著差异,而耐荫树种均存在显著差异.随径级增大,不同耐荫性树种枝横截面积与叶面积均呈正异速生长关系,且除耐荫树种枝横截面积与单叶面积外,均存在共同斜率;不同耐荫性树种出叶强度与单叶面积存在共同斜率为-0.51 和0.47,小树和中等树枝横截面积与总叶面积和总叶干重的异速生长指数均与 1 存在显著差异,而大树与 1 无显著差异.结果表明:不同耐荫性树种在不同径级间对资源的获取策略存在差异,不同耐荫性树种小树阶段均表现出资源获取策略,大树阶段则表现出资源保守型策略.与耐荫树种相比,喜光树种表现为快速生长策略,而随着径级增大不同耐荫性树种这种差异逐渐消失,本研究结果为森林演替过程中种内和种间的相互作用提供了一个新的视角.

探究林隙对不同需光性树种早期生长特征和功能性状的影响,对揭示林隙微生境影响次生林内幼苗更新机制具有重要意义.以亚热带次生林中耐荫常绿树种香樟和阳性落叶树种枫香幼苗为试验对象,研究大林隙(D/H介于 1.5-2.0)、中林隙(D/H介于 1.0-1.5)和小林隙(D/H介于 0.5-1.0)对不同需光树种幼苗早期(1-3 年生)生长特征和功能性状的影响.结果表明:(1)林隙大小对两种幼苗的生长均有显著影响.其中,中林隙可显著促进香樟2-3年生幼苗的生长,大林隙对枫香1-3年生幼苗的生长均具有显著促进作用.(2)对林隙环境因子与幼苗功能性状的关系进行冗余分析表明,香樟幼苗功能性状的变化与林隙土壤有机质含量、水解性氮含量、酸碱度和有效磷含量密切相关,而枫香幼苗功能性状则主要受林隙土壤酸碱度、有机质含量、水解性氮含量、土壤含水率、冠层透光率和土壤有效磷含量的影响.(3)维持较高的根重比、细根比根长、叶碳氮比和叶碳磷比是幼苗应对林隙环境影响的重要生理生态调节机制.

为了研究遮荫对贫瘠土壤上生长的植物存活率、相对生长率(RGR)、生物量分配模式及光合特性的影响,本文以耐荫的沙地柏和不耐荫的樟子松苗木为试材,进行全光和不同遮荫处理(35％、65％和95％),遮荫处理时间为2个生长季.结果表明,随着光照强度减弱,沙地柏的存活率和生长量没有明显变化,总生物量和RGR均呈先上升后下降的趋势,且RGR指标均为正值,茎根比显著提高;而樟子松存活率和生长量显著降低,总生物量和RGR一直呈下降趋势,且95％遮荫率下RGR为负值,茎根比显著降低.沙地柏的最大光化学效率(Fv/Fm)对遮荫更加敏感,在35％遮荫率下就显著增加,而樟子松在65％遮荫率时才开始显著增加.JIP-测定进一步表明,遮荫下沙地柏标准化荧光值(Vt)从O相到接近P相的过程中均明显低于全光照(CK),电子越过QA的能量占反应中心捕获能量的比例(ψo)、用于电子传递的量子比率(ψEo)均提高,且质体醌库(Sm)变大,质体醌库还原速率(Sm/Tfm)提高、初级醌受体被还原的次数(N)增多,单位激发态面积用于电子传递的能量(ETo/ CSo)增加、反应中心数目(RC/Cso)增多,单位反应中心电子传递的能量(ETo/Rc)增加,同时单位激发态面积(DIo/cs.)和单位反应中心(DIo/RC)的热耗散的能量均降低,最终导致其性能指数(PIABS,PJCSo,PICSm)明显高于全光照.遮荫下樟子松标准化荧光值从O相到接近P相的过程中均明显高于CK,除热耗散指标外以上这些荧光参数与CK没有明显差异,甚至更低,而DIo/RC指标保持不变,最终导致其性能指数(PIABS,PICSo,PICSm)与CK没有明显差异.以上结果暗示,沙地柏在较低的光强下能维持较高的生长量,通过维持正向碳平衡保持了较高的存活率,增加了地上生物量的比例,提高了光反应阶段电子传递的能量水平;而樟子松碳收支失衡导致了较低的存活率,地上生物量比例下降,电子传递的能量水平降低.

为了解尾叶桉林下不同植物种类的生理生态特性和生长适应性,在鹤山站尾叶桉林中选取分布较多且药用价值和经济价值较高的5种林下植物为研究对象,测定各植物的叶片特征、叶绿素含量和光合-光响应曲线,同时结合2006年和2011年尾叶桉林的样方调查数据分析了5种林下植物生物量的变化和个体数量的消长.结果表明:(1)野牡丹叶片的宽度、厚度、单片叶面积等指标最大,梅叶冬青最小,桃金娘、栀子和山苍子处于两者之间;桃金娘、野牡丹和山苍子的光合速率随光照的增强迅速增大,其光饱和点较高;梅叶冬青和栀子的光合速率也随光照的增强而增大,但其斜率比野牡丹和山苍子大,并很快就达到光饱和点.综合聚类分析植物的耐阴程度,5种植物可分为2类:第1类为耐阴性较强的梅叶冬青、栀子,第2类为耐阴性较弱的野牡丹、山苍子和桃金娘.(2)随着尾叶桉林的生长,5种林下植物的生物量都有不同程度的增加,其中增幅较大的是野牡丹和桃金娘分别增加74倍和18倍,增幅最小的是栀子仅1.3倍.野牡丹、桃金娘和山苍子这3个种生物量的增加主要是由个体高度和地径的增长引起,而栀子和梅叶冬青生物量的增加是其个体数量、株高和地径做出的贡献.(3)在尾叶桉林生长过程中,耐阴种类梅叶冬青随着个体密度、株高和地径的增长,其在林内发展成为主要优势灌木种类;栀子的密度虽然有一定的增大,但其株高和地径增加量小,生物量也小,发展为次要灌木种类.野牡丹、桃金娘和山苍子等3种的个体密度都在下降,虽然其地径、株高和生物量也有一定的增长,但其较强的阳生性不能适应林内的荫蔽环境,只适于林窗或林缘光照较强的地方生长.因此,在桉树林经营管理过程中应适当保护和种植梅叶冬青和栀子;在短轮伐期经营模式下,林窗和林缘也可适当保留野牡丹、桃金娘和山苍子.

耐冬山茶作为第三纪孑遗植物,是山茶自然分布最北缘的种群,具有丰富的形态特征与独特的遗传特性.以野生耐冬山茶幼苗为对象,设置2个光照梯度(全光照的65％、15％)、3个干旱梯度(田间持水量的75％、50％、25％),研究耐冬山茶在不同光照、水分条件下生理生态学响应机制,验证现存的4个理论假设是否能够解释耐冬山茶幼苗对遮荫与干旱的响应.结果表明:15％全光照限制了耐冬山茶幼苗的生长.与65％全光照相比,15％全光照使叶片的净光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量下降,最大降幅分别为63.3％、82.9％和17.5％,显著提高了叶片的比叶面积、叶片含水量和PSⅡ最大光化学效率,最大分别提高了60.3％、8.3％和6.4％.干旱抑制耐冬山茶的生长,使株高、基径下降.随着干旱胁迫的加重,植株叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著降低,最小值分别为0.83 μmol·m-2·s-1、0.30 μm0l·m-2·s-1和11.56 mmol·m-2·s-1.随干旱胁迫的加重,过氧化物酶和过氧化氢酶含量总体呈下降趋势,而丙二醛和脯氨酸含量显著上升.15％全光照缓解了干旱对耐冬山茶幼苗的消极影响,遮荫与干旱对耐冬山茶幼苗的交互作用符合“促进理论”.耐冬山茶幼苗能够通过多种调节机制适应环境变化,且能适应较大的光照和水分范围.此外,通过改善耐冬山茶生长的光照和水分条件,为其提供理想的生长环境,可以扩大其园林应用.

该研究采用石蜡切片和光学显微技术,对海南风吹楠营养器官的解剖结构及其对环境的适应性进行了探讨.结果表明:海南风吹楠为典型异面叶,叶片中脉发达,中部分化出髓,上表皮外侧具角质层,内侧具1层内皮层,下表皮外侧无角质层,有气孔器分布,气孔器为双环型,略下陷;栅栏组织3～4层细胞,海绵组织4～6层细胞.茎的初生结构中表皮轻微角质化,维管束为外韧型,8～10个初生维管束围绕髓排列为1轮;茎的次生结构中,表皮外部角质层加厚,维管柱紧密排列连成环状,次生韧皮部和次生木质部发达,形成层细胞3～5层.根的初生结构中表皮细胞外壁加厚,外皮层细胞体积大,形状不规则,内侧具1层形成层,内皮层具凯氏带,初生木质部为多原型,呈辐射状排列.根的次生结构中木栓层细胞5～6层,木栓层内侧具1层木栓形成层,栓内层细胞3层.海南风吹楠营养器官具有一定耐阴和耐旱结构特征,同时与其生活的热带雨林沟谷中高温荫湿的环境相适应.

为探究夏季强光和轻度遮荫对芍药(Paeonia lactiflora)衰老生理的影响,以主栽品种‘紫凤羽’、‘红凤羽’及芍药野生种为供试材料,设大田全光照及轻度遮荫处理,分析夏季强光(SL)和轻度遮荫(SS)对芍药叶片光合特性、叶绿素荧光参数、叶绿体超微结构、膜脂过氧化等的影响.结果表明:SS处理92 d后,各供试材料叶绿体呈典型的椭圆状,内外膜结构清晰完整,基粒和类囊体膜结构垛叠紧密;野生种、‘红凤羽’和‘紫凤羽’绿色期分别延长了40、20和l0d,且根增重率分别增加了119.76％、67.74％和1.42％.在SS处理下‘红凤羽’和野生种净光合速率(Pn)和表观量子效率(AQY)降低幅度均小于‘紫凤羽’,说明‘红凤羽’和野生种的遮荫效果明显好于‘紫凤羽’.在SS处理下‘红凤羽’和野生种的电子传递速率(ETR)和实际光化学反应效率(ΦPSII)的增加幅度均大于‘紫凤羽’,说明在SS处理下‘红凤羽’和野生种的光抑制程度受影响更小.在光保护机制方面,‘红凤羽’和野生种在轻度遮荫处理下其调节性能量耗散(NPQ)下降幅度大于‘紫凤羽’,且叶黄素循环(A+Z)/(A+Z+V)上升幅度大于‘紫凤羽’,说明SS处理下‘红凤羽’和野生种与‘紫凤羽’相比更倾向于通过叶黄素循环途径耗散过量的激发能,以保护光合器官免受伤害.在膜脂过氧化方面,各供试材料在前期SS处理下其超氧化物歧化酶(SOD)活性、超氧化物歧化酶活性/丙二醛含量(SOD/MDA)和相对电导率(RIL)变化幅度不显著,其中‘红凤羽’和野生种更稳定;但在9月1日的SS处理下,各供试材料SOD活性显著降低,且RIL显著上升,说明因外界光强降低而轻度遮荫表现为弱光逆境,使得遮荫延缓衰老进程效果具有阶段性.研究结果为选育强光耐受性强的品种和实现根高产栽培提供依据.