树木径向生长是森林固碳的主要方式,明确树木生长动态及其与环境要素的响应关系对于预测气候变化背景下森林固碳能力具有重要意义.针叶树生长对气候变化非常敏感,其生长动态能够快速响应气候变化.本文收集了 1975-2023年的99篇文献,评述了外源因素(温度、水分和光周期)和内在因素(树龄、树种)对针叶树形成层活动和径向生长的影响及其机制.结果表明:气候变暖可能会导致温带和北方针叶树木质部分化的各阶段开始时间提前,生长停止时间推迟;水分条件参与调控形成层活动的开始并通过影响水势和细胞膨压进而调节树木生长;光周期除了可以参与调节生长开始、结束时间外,也对最大生长速率发生时间产生重要影响.未来气候变暖可能会使北方针叶树生长季延长、生长量增加,并使森林向更高海拔或高纬度地区迁移.同时,未来降水格局改变以及温度升高导致的蒸散发加剧可能会使干旱区树木生长季提前结束,生长速率下降.在未来研究中,还需进一步开发树木生长过程模型,量化径向生长与气候要素的关系,以便进一步明确树木生长对气候要素响应的生理机制.

在细胞尺度上定量分析导管特征,对于揭示植物对环境的适应策略具有重要意义.直接打磨样品并结合体视显微镜成像技术是目前研究木质部解剖结构(针叶树管胞和阔叶树导管)的主要方法之一,但仍不可避免损伤木质部细胞,限制了对木质部细胞真实解剖结构的认识.本研究选取了加拿大魁北克南部的糖枫树、北美白桦、美洲白蜡树、美洲铁木、大齿杨、苦味山核桃、北美红橡7个阔叶树种,应用计算机显微断层扫描技术(μCT)和体视显微镜法分别测量各树种的导管直径和面积,采用线性模型对两种方法的测量结果进行数据拟合,探讨采用μCT量化阔叶树导管大小的可行性.结果表明:对所测定的7个树种,应用两种方法测量导管大小的结果高度相似(R2=0.98).环孔材树种应用两种方法测量的导管直径结果拟合优度(苦味山核桃R2=0.98,美洲白蜡树R2=0.96,北美红橡R2=0.99)高于散孔材树种(北美白桦R2=0.88,美洲铁木R2=0.73,糖枫树R2=0.68,大齿杨R2=0.88).应用2种方法测量小导管(直径≤200 μm,R2=0.94)的结果拟合优度高于大导管(直径＞200 μm,R2=0.92).μCT技术为量化阔叶树种木质部导管提供了 一种无损检测新途径.

树木视觉形态性状是城市绿地微景观美学质量的重要影响因素之一,树木视觉形态性状的变化与其周围邻体木的竞争作用息息相关,但邻体竞争对树木视觉性状的作用机制尚不明确.研究于 2022 年 8-10 月对北京市城市公园中常见的针叶树种白皮松、侧柏、油松、圆柏展开调查,从树冠形态、干冠协调、树干形态 3 个方面构建了 9 个树木视觉形态性状指标,采用 3 个不同的竞争指标分析邻体竞争对针叶树种视觉形态性状的影响.结果表明,针叶树的树冠形态对邻体竞争的响应比较敏感,竞争中的白皮松、侧柏、油松、圆柏偏冠指数与孤立木相比分别提高了 16.95%、28.95%、22.76%、17.67%;树冠缺失率分别提高了3.92%、6.09%、4.87%、4.95%.与孤立木相比,部分针叶树种高径比、分枝角变异度在多侧竞争环境中显著提高,而树冠舒展度则显著降低.邻体竞争强度越大,针叶树树冠的偏移与缺失程度越大.当针叶树受到强烈的侧方竞争时,对象木树冠和树干的径向生长显著受阻,表现为树冠舒展度大幅度下降、高径比显著提高,使树冠向细高方向发展.当针叶树上方的生长空间被占据时,其轴向生长同样受到严重阻碍,树木的冠径比和高径比维持较稳定状态.总体而言,四种针叶树种在视觉形态上对竞争胁迫的响应具有一定差异性,其中油松最为敏感,圆柏次之.综上,在城市森林微景观中,邻体竞争会导致针叶树种的树冠及树形发生明显变化,这种变化主要受综合资源竞争的影响,与其周围潜在生长空间的大小及对称性有关.在城市森林景观营建时,建议将针叶树栽植在对称的竞争环境中,但是其邻体木不宜过高,通过四周邻体木的适度竞争,能够促进针叶树的轴向生长,同时降低树冠偏移或变形的风险,提高其视觉美学效果.

川西亚高山森林作为西南林区主体,是长江上游的生态屏障,该区域植被恢复方式主要为人工恢复和自然恢复,比较不同恢复方式下森林的物种组成和群落结构动态变化,对于川西亚高山森林恢复与重建有重要的意义,可以为制定合理的森林管理策略提供科学依据.基于茂县山地生态系统定位研究站不同恢复模式形成的的华山松人工林、油松人工林和自然恢复的次生林野外调查数据,分析了 2005-2020年乔、灌、草三个层次的群落结构特征和多样性.结果表明:(1)不同恢复途径下,乔木层物种数都呈现增加趋势,华山松人工林、油松人工林、自然恢复的次生林乔木层物种数分别增加了 11种、7种、8种;(2)华山松人工林中华山松重要值从48.06％降低到31.1％,乡土阔叶树种四川蜡瓣花进入乔木层,2020年重要值增大至21.62％,油松人工林中油松重要值逐渐降低,从43.59％降至29.76％;自然恢复的次生林中,乡土树种锐齿槲栎逐渐成为第一优势种,2020年重要值增至19.9％.(3)华山松人工林、油松人工林和自然恢复的次生林中,温带区系成分分别占总属数的71.43％,80.77％和84％,温带区系特征明显.(4)华山松人工林和油松人工林乔木层径级结构均为偏正态分布;而自然恢复的次生林径级分布呈倒"J"形,以小径级个体为主.(5)不同林型的乔木层高度在15年间呈现增加的趋势,具体表现为油松人工林＞华山松人工林＞自然恢复的次生林.(6)乔木层Shannon-wiener指数和Simpson指数均表现为自然恢复的次生林显著大于两个人工林,丰富度指数和均匀度指数表现为油松人工林最大;灌木层4个多样性指数均表现为油松人工林最大;草本层的丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson指数均表现为油松人工林较大,均匀度指数没有显著差异.结论:人工林恢复速度大于自然恢复的次生林,但自然恢复的次生林更新能力更强,且更有利于多样性的保存.两个人工林逐渐由常绿针叶林演替为以常绿针叶树为主的针阔混交林,自然恢复的次生林演替为以常绿阔叶树为主的针阔混交林.

为探究湘西石漠化区湿地松-马褂木人工混交林林分结构及土壤理化性质,该研究以湘西石漠化地区湿地松-马褂木人工针阔混交林为对象,利用植物群落学分析和野外取样检测的方法,分析林分结构和土壤理化性质,运用Winklemass 1.0计算林分空间结构参数,并用三维离散随机变量分析了优势种的空间分布格局.结果表明:(1)林分内胸径(DBH)≥2 cm的林木株数为897 plants·hm-2,隶属于15科16属.主林层为湿地松,平均DBH为32.3 cm,重要值为44.2％;次林层为阔叶树,中幼龄林木居多,其中樟树、马褂木为优势树种,重要值分别为17.1％和13.2％.此外,还存在较多处于劣势生态位的天然更新种.(2)林木的水平分布格局偏向于随机分布((W)=0.503);林分整体趋向于中庸偏劣势过渡的态势((U)=0.505);种间隔离程度较高(M=0.689),林木混交状况良好.空间结构参数的三维离散随机变量表明,湿地松87.3％为优势和亚优势,马褂木41.7％为亚优势、26.9％为中庸态势,樟树23.5％为中庸态势、56.8％为劣势和绝对劣势.(3)林分土壤pH值趋于中性;与撂荒地相比,林分土壤的容重、持水量、孔隙度、有机碳、全钾、全氮、全磷等因子均明显改善,但整体而言,林分土壤仍然较为贫瘠,局部土壤紧实,保水能力差.综上表明,湿地松、马褂木作为先锋树种生长43年后,林分有向异龄林、强度混交林演替的趋势;林分内中幼龄阔叶树株数占比较大,近熟林出现断层,老龄针叶树占据优势生态区位,需抽针补阔、间针育阔,择伐劣势木,促使林分向阳生性阔叶树为主、中生性和耐阴性阔叶树为次的林分结构演替.该研究结果为湘西石漠化区的植被恢复、人工林结构优化和土壤改良提供了理论依据.

云南松是我国西南林区典型易燃针叶树,研究林火对云南松林地表可燃物负荷量及火烧后碳排放量的影响,对可燃物管理及区域碳平衡维持提供科学依据.本研究以四川省西昌市2020年3月30日云南松林火烧迹地为对象,设置不同火烧强度(轻度、中度、重度)和对照(未火烧)样地,分析不同火烧强度下地表可燃物负荷量的变化以及地表可燃物负荷量与环境因子之间的相关关系,通过乔木层、凋落物层及地表有机质层可燃物负荷量损失程度计算可燃物燃烧效率,进而计算不同组分可燃物的碳排放量.结果表明:(1)不同火烧强度下云南松林各类型地表可燃物负荷量均存在显著差异(P＜0.05),地表可燃物总负荷量具体表现为:重度火烧(50.94 t·hm-2)＞对照样地(41.08 t·hm-2)＞中度火烧(37.40 t·hm-2)＞轻度火烧(28.83 t· hm-2);(2)冗余分析结果表明,林分因子中,烧死木百分比、熏黑高度与树高的比值对灌木和草本可燃物负荷量的解释量较大;地形因子中,坡向对地表可燃物负荷量的解释量大于坡度和海拔;(3)云南松林乔木层、凋落物层、地表有机质层可燃物碳排放量在不同火烧强度样地间均存在显著差异(P＜0.05),碳排放量分别为23451.30、8322.86、5244.74 t,此次森林火灾碳排放量为37018.90 t.

探究森林可燃物与燃烧产生的细小颗粒物(PM2.5)中的元素含量及其相关性,以揭示林火过程中各元素迁移轨迹,为理解森林火灾对环境化学元素含量和生态系统物质循环的影响提供重要依据.以马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、大叶桉(Eucalyptus robusta)和香樟(Cinnamomum cam-phora)的树枝、树叶以及树皮3个不同部位器官为研究对象,采用自主设计的模拟燃烧装置进行室内阴、明燃两种不同燃烧状态模拟燃烧,测算5种常量元素Mg、Al、P、K、Ca及7种微量元素Na、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn的含量,同时比较阴、明燃情况下排放PM2.5中元素含量的差异,并分析森林可燃物自身元素含量与各元素排放因子的相关性.结果表明:森林可燃物中常量元素Mg、K、Ca和微量元素Zn含量高,森林可燃物元素含量针叶树高于阔叶树,不同器官元素含量差异显著;燃烧释放PM2.5中Mg、K、Ca、Zn排放因子较高,Cu次之,Cr最少,常量元素高于微量元素;不同燃烧状态下对排放因子也存在一定的影响,普遍表现为明燃大于阴燃;不同燃烧状态下,各器官释放PM2.5与自身元素含量的比值中,Cu元素最高,其他元素占比范围在0～0.09％;森林可燃物与PM2.5的元素间相关性较大,相关水平达0.700～0.999.不同森林可燃物器官燃烧释放烟气及PM2.5存在差异,且森林可燃物自身与燃烧释放颗粒物PM2.5具有较强的相关性.

为了研究树干木质部微生物群落的多样性及其动态变化,本研究分别采集了长白山北坡红松Pinus koraiensis(hs)、鱼鳞云杉Picea jezoensis(ys)和长白落叶松Larix olgensis(lys)的树芯 15 份,利用高通量测序技术分析了 3 种树种不同树龄组的木质部微生物的群落多样性及其群落的动态变化.研究结果表明,不同树龄组的木质部微生物群落多样性差异显著(真菌A组ys>lys;细菌 hs>lys>ys).木质部微生物的优势菌门是子囊菌门Ascomycota、担子菌门Basidiomycota、变形菌门Proteobacteria和放线菌门 Actinobacteria.差异分析表明,不同树种和不同树龄组的木质部优势属存在显著差异,属水平线性判别分析[line discriminant analysis(LDA)effect size,LEfSe]共检测到10个真菌指示类群和40个细菌指示类群,结果表明长白落叶松中的真菌群落和红松中的细菌群落具有较强的指示性.

在亚热带人工林中,凋落物经常经历干湿交替的现象.本研究选取我国亚热带典型人工林中常见的6种落叶阔叶树、4种常绿阔叶树和2种常绿针叶树的凋落叶作为研究对象,采用40天室内培养试验设置了干旱(维持凋落叶∶水的重量比小于20∶1)、湿润(维持凋落叶∶水的重量比为1∶1)和干湿交替(干旱4天湿润4天共计5个循环)3个处理,测定了凋落叶源溶解有机碳(DOC)数量和光谱特性(SUVA254、SUVA280和SUVA350值)的变化以及凋落叶质量损失,探究干湿交替对凋落物源DOC数量和特性的影响.结果表明:(1)湿润和干湿交替处理的凋落叶质量损失均显著高于干旱处理,且干湿交替处理凋落叶的质量损失与湿润处理相当;(2)对于落叶和常绿阔叶树而言,干湿交替处理凋落叶产生的DOC总量高于干旱处理,但低于湿润处理;对于常绿针叶树而言,干湿交替处理凋落叶产生的DOC总量均低于干旱处理和湿润处理;(3)在培养期间,干湿交替处理凋落叶源DOC的SUVA254、SUVA280和SUVA350值均高于干旱处理,即芳香化程度更高.综上,干湿交替是亚热带人工林中凋落物源溶解有机碳数量和质量的重要影响因素.

当年生小枝具有较少的次生组织,同时是植物分支系统中最具活力的部分,木本植物当年生小枝性状与生物量分配的海拔变化是理解物种对不同生境适应策略的重要内容.通过分析青藏高原东缘岷江源区两种优势亚高山针叶乔木(紫果云杉和岷江冷杉)当年生小枝性状(茎长、茎粗、比茎长)与不同部位器官(茎、叶)的生物量随天然生境的海拔(3500-3550 m、3650-3700 m和3800-3850 m)变化,尝试揭示两物种当年生小枝在不同海拔下的生物量权衡及其生长策略.结果表明:(1)不同海拔下茎生物量种间差异大于种内差异,3650-3700 m处的茎生物量变异最大(128.4％).(2)云杉的茎生物量、总叶生物量与海拔间存在显著的负相关关系(P＜0.05),比茎长与海拔呈显著正相关(P＜0.05);冷杉的总叶生物量与海拔间为显著负相关关系(P＜0.05).(3)随着海拔的升高,云杉茎生物量分配比逐渐从33.0％降低到27.0％;而冷杉的茎生物量分配比则从23.0％渐增至28.0％.(4)3500-3550 m和3650-3700 m两处的云杉茎生物量与总叶生物量、茎长与茎粗呈异速生长关系;3500-3550 m、3650-3700 m和3800-3850 m三处的冷杉茎生物量与总叶生物量、茎长与茎粗一直呈现异速生长关系.两种针叶树的茎生物量分配比及相关性状随海拔的变化差异表明冷杉更适应高海拔的胁迫环境.