目前尚不清楚地表臭氧(O3)污染下植物、土壤和微生物之间的直接或间接相互作用对森林地上和地下固碳功能的影响.采用开顶式气室装置和结构方程模型,研究4种O3浓度下欧美杨107(Populus euramericana cv.'74/76')的光合性状、叶和细根生化性状、土壤理化因子和土壤微生物群落特征对地上和地下生物量降低的直接和间接效应.结果表明,O3浓度升高(86 nmol/mol)分别导致杨树地上、地下和总生物量相比对照分别下降16％、11％和15％,对地上生物量降低的影响大于地下生物量.结构方程模型发现光合速率、叶淀粉和叶非结构性碳水化合物对地上生物量有直接的影响;表明O3主要通过影响植物的光合生理代谢过程对地上生物量积累产生直接作用.O3对地下生物量的影响是通过直接影响叶氮和土壤总碳,叶氮再影响叶淀粉从而间接影响地下生物量.土壤pH、总碳和土壤微生物(细菌和真菌群落)对地上产生直接效应,且O3对真菌群落的影响效应大于细菌群落,表明植物通过地下过程对O3的响应可直接反馈作用于生物量的积累和分配过程.本研究通过解析植物、土壤和微生物之间的直接或间接相互作用为评估O3污染对杨树人工林地上和地下固碳功能的影响提供科学依据.

叶性状受植株大小的影响,但也会因成年树和幼树所处林冠条件的不同而产生差异.因此植物可通过调整叶性状进而选择不同的生存策略.该研究测量了小兴安岭阔叶红松(Pinus korainesis)林中花楷槭(Acer ukurunduense)、青楷槭(A.tegmentosum)、五角槭(A.pictum subsp.mono)3种槭树的林隙成年树、林隙幼树和林内幼树的叶经济谱性状:比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶片厚度(LT)、叶绿素(Chl)含量、净光合速率(Aarea)和非结构性碳水化合物(NSC)含量及防御性状:总酚(TP)含量和类黄酮(FLA)含量,通过研究植株大小和林冠条件对叶性状变异及相关性的影响,阐述林隙如何通过影响叶性状进而影响林分更新以及不同生境下植株所选生存策略的差异.结果表明:林隙成年树的LDMC、Chl含量、FLA含量和NSC含量显著高于林隙幼树,SLA则显著低于林隙幼树;而林隙幼树的LDMC、LT、Chl含量和Aarea均显著高于林内幼树;成年树SLA和LDMC相关性斜率的绝对值显著大于林隙幼树,林内幼树两者间的斜率的绝对值又显著小于林隙幼树.林隙成年树表现为"保守型"策略,林内幼树表现为"获取型"策略;林隙幼树则表现为两种策略之间的过渡策略.研究结果表明,当幼树不再受到林内环境光照条件限制时,植株大小对叶性状的影响可能发生改变.另外,林隙可以通过提高幼树光合速率,提高对病虫害的抵抗能力等方式促进林分更新.

火是制约植物生长发育的重要干扰因子,影响植物的生理代谢,甚至导致植物死亡.非结构性碳水化合物(NSC)主要包括可溶性糖(SS)和淀粉(ST),对植物在干扰下存活具有重要作用.然而,关于植物NSC及其组分含量对火后时间响应机制的研究尚有不足.该研究采用"空间替代时间"的方法,在大兴安岭呼中区选取5个不同火烧时间的重度火烧地块和1个临近的未火烧地块,分别采集白桦(Betula platyphylla)的叶片、细根以及根际土壤样品,测定白桦叶片和细根的NSC及其组分含量、白桦叶片和细根的性状特征,以及根际土壤属性.结果表明:白桦叶片ST和NSC含量随火后时间的增加显著降低,而细根ST和NSC含量随火后时间的增加显著增加,叶片和细根的NSC含量分别在火后30年和火后17年与火烧前无显著差异,表明细根NSC含量从重度火烧干扰的影响中恢复得更快;火后时间对白桦叶片的NSC含量有直接影响,还通过影响比叶面积对叶片的NSC含量产生间接影响;火后时间对白桦细根NSC含量的影响主要是通过影响土壤pH和比叶面积间接产生.综上,火后时间对植物NSC含量的影响具有明显的器官差异性.该结果可为火烧迹地的植被恢复研究提供科学数据和理论基础.

非结构性碳水化合物(NSCs)包括淀粉和可溶性糖,两者之间的相互转化可以增强植物对环境胁迫的抵抗力.热带雨林在陆地生态系统碳库和缓解气候变化中占有重要地位,同时也是大气氮磷沉降的热点区域.目前,热带雨林原始林和次生林优势植物叶片NSCs对长期氮磷输入的响应尚不清楚.该研究基于海南尖峰岭原始林和次生林10年的氮磷添加实验,探究长期氮磷输入对两种森林各8个物种叶片NSCs的影响,并分析叶片性状、光合作用参数和土壤养分含量与NSCs的关系.研究结果表明,次生林优势植物叶片相对于原始林优势植物叶片有更高的可溶性糖和NSCs含量.低氮添加显著降低了原始林优势植物叶片淀粉的含量,磷添加显著增加了原始林优势植物叶片可溶性糖的含量,氮磷同时添加提高了原始林优势植物可溶性糖与淀粉的比值,而氮磷添加对次生林优势植物叶片NSCs含量均无显著影响.两种森林8个物种的叶片NSCs含量均与叶片pH和比叶面积负相关,而与叶片碳含量、光合速率和光合氮利用效率正相关.次生林土壤有效氮含量、总磷含量与叶片NSCs含量显著正相关.上述结果表明热带雨林优势植物叶片NSCs受到叶片性状和土壤养分的综合影响.该研究从叶片碳经济角度揭示了原始林优势植物相对于次生林优势植物对大气氮磷沉降的响应更敏感,并呼吁加强对热带原始雨林的保护.

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制.以连续 3 年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置 3 个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系.结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为 30.7%、41.8%和 42.3%,枝条导水率分别为 0.95、0.71、0.65 kg m-1 s-1 MPa-1.(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率.(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加.此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了 12.9%、31.1%和 45.7%,而淀粉含量降低了 40.7%.(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P＜0.01).综上所述,干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据.

为探讨不同种源树木对干旱-复水的生理生态响应,该研究以广东与福建种源木荷为对象,通过盆栽控水方式模拟干旱及复水条件,研究两个种源木荷的水力及碳生理特征、脯氨酸(Pro)及超氧化物歧化酶(SOD)对干旱-复水的响应.结果表明:(1)对照情况下,广东种源木荷的茎木质部水势(Ψxylem)、叶片相对含水量(RWC)、光合速率(4sat)与气孔导度(Gs)均低于福建种源木荷的.(2)两个种源木荷的水力特征、Pro与SOD对干旱-复水的响应呈一致趋势,其中Ψxylem、RWC与Pro均能较快恢复至对照水平,而茎木质部栓塞程度与SOD未恢复至对照水平.(3)福建种源木荷叶片的Asat对干旱的敏感性较广东种源的高且复水后恢复至对照水平需要更长时间.(4)复水后福建种源木荷非结构性碳水化合物(NSC)的恢复速率高于广东种源木荷.综上认为,福建与广东两个种源木荷均不能通过短期复水(30 d)来修复被栓塞的木质部.尽管广东种源木荷的光合速率能够更快地恢复至对照水平,但其光合速率低于福建种源木荷,并且其NSC的恢复能力较福建种源荷的低.因此,在未来干旱加剧背景下,广东种源木荷的生长及存活可能受到更大威胁.该研究结果有助于了解种源地气候条件对树木抗旱性的影响,为未来森林的经营与管理提供了理论参考.

[目的]探究不同龄林华山松非结构性碳水化合物(NSC)及其组分在各器官的分配随季节变化特征,对于揭示不同龄林华山松的碳分配机制有重要意义.[方法]以幼、中龄林华山松为研究对象,通过周期性采样,测定不同龄林华山松不同器官NSC及其组分含量,探究其年内季节动态变化.[结果](1)不同龄林华山松植株NSC及其组分在各器官间的分配规律基本一致,淀粉含量表现为根＞叶＞枝＞茎,且茎中淀粉含量显著低于其他器官,可溶性糖和NSC含量在叶、根、枝间差异不明显;茎中糖淀比显著高于其他器官.(2)在整个生长季内,华山松NSC及其组分主要受季节影响,季节×器官间交互作用的影响次之,林龄的影响最小.(3)在不同龄林中各器官NSC及其组分之间的相关性基本一致,除幼龄林糖淀比与淀粉、NSC,中龄林糖淀比与淀粉为负相关外,其余指标之间均为正相关.[结论]华山松各器官NSC及其组分含量存在明显的季节波动,当环境变化时不同器官间的碳供需协同变化,有利于华山松生长,并增强其应对极端环境的抵抗力和适应性.

为了探究珍贵树种毛红椿对施用不同肥料不同用量的响应,该文以毛红椿幼林为研究对象,设置氮肥(N)、磷肥(P)、复合肥(CF)及缓释肥(SRF)4种肥料3个施肥水平(高、中、低),研究施肥对毛红椿幼林生长和叶片养分、生理的影响.结果表明:(1)施肥均可促进毛红椿树高和胸径生长,氮肥和复合肥效果更明显,氮肥处理的4年生毛红椿平均树高、平均胸径、平均材积较不施肥(CK)分别提高了 15.0％、21.9％、67.5％,其中低氮肥(N1)处理的胸径年均生长量最大(2.99 cm),复合肥处理的平均树高、平均胸径、平均材积较CK分别提高了 16.7％、19.2％、54.3％.高缓释肥(SRF3)和低磷肥(P1)分别在第4年树高、胸径的年增长量达到最大(分别为1.96 m、2.33 cm).(2)施肥显著增加了毛红椿叶片叶绿素含量和非结构性碳水化合物含量,氮肥显著促进可溶性糖合成而磷肥显著促进淀粉合成.(3)N1和磷肥分别显著促进毛红椿叶片氮和磷含量的提高,磷肥、复合肥和氮肥均可显著提高叶片钾含量.(4)主成分分析结果表明,施肥促进生长效果依次为氮肥＞复合肥＞磷肥＞缓释肥＞不施肥,其中N1即100 g·plant-1·year-1的综合评价值最高.综合施肥成本和效益,施氮肥或复合肥能有效促进毛红椿幼林生长发育,推荐幼林期每年每株施100 g氮肥即可.该研究结果可为毛红椿造林初期林木养分管理提供参考.

探究干旱-复水条件下荒漠植物各器官非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSCs)的动态变化特征对揭示植物抗旱生理机制具有重要意义.以2年生复苏植物红砂为研究对象,通过盆栽称重控水法模拟干旱胁迫,设置适宜水分(AD)、轻度(MD)、中度(SD)和重度(VSD)水分胁迫,测定了干旱胁迫历时0、15、30、45、60d以及复水15 d各器官NSCs含量.结果表明:(1)干旱胁迫下NSCs随胁迫时间的增加而增加,其中,地上部分蔗糖和葡萄糖含量在60 d时达到显著水平,地下根系在30 d时达到显著水平.(2)可溶性糖在茎中升高而叶中降低(0～30d),各器官中可溶性糖转化为叶和根系的淀粉(30～45 d),叶和根系淀粉转化为各器官中可溶性糖(45～60 d).(3)复水后NSCs各组分含量在各器官中均降低,叶和茎恢复指数较粗根和细根大;在轻度胁迫下蔗糖和果糖恢复指数较大,重度下葡萄糖、可溶性糖和淀粉恢复指数较大.综上所述,干旱胁迫下红砂幼苗通过NSCs含量增加提高抗旱能力且根是干旱信号的优先感知器官,同时红砂通过调节不同时期可溶性糖和淀粉相互转化来抵御干旱胁迫,复水后红砂幼苗各器官通过不同程度恢复来修复干旱时产生的栓塞损伤,提高红砂抗旱性.

全光条件下紫椴(Tilia amurensis)更新困难,植被控制通过改变光照条件和土壤质量能够促进目的树种生长,研究植被控制强度对紫椴幼树根系性状和土壤因子的影响,为紫椴人工林培育提供支撑.以株行距为1.5 m×1.5 m的紫椴人工林(5年生)为对象,设置不同植被控制强度:幼树半径75 cm内所有灌草去除(T75)、半径50 cm范围灌草去除(T50)、半径30 cm范围灌草去除(T30)和不去除灌草(CK),测定不同植被控制强度下紫椴幼树吸收根和运输根的形态学性状、全量养分和非结构性碳水化合物等指标及土壤理化性质,揭示植被控制对根系性状和土壤因子的影响.植被控制显著改变了紫椴幼树所处环境中光照强度,其中,T75处理下光照强度最大,光照强度随着植被控制强度减弱而显著降低(P＜0.05).植被控制均显著降低了土壤全碳、全氮、速效氮和有效磷含量.随着植被控制强度的减弱,细根的直径、碳磷比、可溶性糖和淀粉含量均减小,比表面积、比根长、全碳、全氮和全磷含量均增加.土壤因子对紫椴幼树吸收根和运输根根系性状的变异的解释度分别为43.2%和37.9%.植被控制强度越大,紫椴幼树获得的光照强度越大,紫椴幼树根系形态、化学计量和生理特征随植被控制强度的变化均发生适应性改变,通过提高紫椴根系比表面积、比根长、全碳、全氮和全磷含量以增强幼树对低光条件的适应.植被控制强度变化下光照条件和土壤因子的改变可能是解释紫椴幼树根系性状变化的两个主要因素.