凋落物层作为森林土壤的"皮肤",具有涵养水源、保持水土的功能.本研究以亚热带地区枫香、米老排、苦槠、红锥、杉木、马尾松、福建柏、南方红豆杉8个树种的纯林及其不同组合的混交林为研究对象,分析树种丰富度、功能多样性和群落加权平均性状与凋落物现存量、最大持水率、有效拦蓄量的关系.结果表明:各树种组合中,未分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～419％、0～0.58 t·hm-2、0～1.66 t·hm-2;半分解层最大持水率、现存量和有效拦蓄量的范围分别为0～375％、0～6.14 t·hm-2、0～16.03 t·hm-2.树种丰富度和群落加权平均比叶面积对凋落物现存量和有效拦蓄量具有显著的正效应,群落加权平均叶氮含量对凋落物现存量具有显著的负效应.最大持水率随着比叶面积的多样性和群落加权平均比叶面积的增加而增加,随着群落加权平均叶片厚度的增加而降低.结构方程模型表明,树种丰富度通过增加比叶面积的多样性提高凋落物层持水能力;群落加权平均比叶面积通过增加凋落物现存量和最大持水率提高凋落层持水能力.在亚热带地区人工林的经营中,可以选择群落水平上具有较高比叶面积的混交林来提高凋落物层的持水能力.

有机磷(Po)是土壤磷库的重要组成部分.为探究马尾松人工林近自然化改造对土壤团聚体Po分布特征的影响,该研究以南亚热带的马尾松纯林(PP)和近自然化改造后的马尾松-阔叶树种混交林(CP)为对象,采集 0～10 cm土样后利用干筛法将其筛分为>2 mm、0.25～2 mm和<0.25 mm三部分粒径团聚体,并测定原土及各粒径团聚体中各Po组分、微生物生物量磷(MBP)含量和酸性磷酸酶(ACP)活性.结果表明:(1)CP的土壤Po组分与PP相比发生了变化,高稳定性有机磷(HRO-P)和中度活性有机磷(MLO-P)在原土以及各团聚体径级中均显著高于PP(P<0.05),而活性有机磷(LO-P)和中度稳定性有机磷(MRO-P)在CP和PP中并无显著差异,PP和CP各组分Po在原土和各团聚体径级中无明显变化规律.(2)各形态Po在PP中占比大小为HRO-P>MRO-P>MLO-P>LO-P,而在CP 中为HRO-P>MLO-P>MRO-P>LO-P.(3)CP中的MBP含量和ACP活性在原土及各团聚体径级中均显著高于PP,并且随着团聚体径级的减小,ACP 活性上升.(4)冗余分析发现,土壤有效磷(AP)、土壤团聚体平均重量直径(MWD)、MBP 和全氮(TN)为土壤Po组分的主要驱动因子.综上认为,近自然化改造有利于马尾松人工林土壤中磷的积累与转化,该研究结果为马尾松人工林土壤质量和生产力的提升提供了理论依据.

为了调整低效马尾松(Pinus massoniana,P)人工纯林的林分结构,探明其与乡土阔叶树种凋落叶混合分解过程中的可溶性有机碳(DOC)释放规律,该研究以马尾松、香樟(Cinnamomum camphora,C)和香椿(Toona sinensis,T)的凋落叶为研究对象,将其按照不同树种和质量比例组合为 15 个处理(3 个单一树种处理+12 个混合处理)后进行野外凋落叶分解实验,并探讨DOC释放最佳的凋落叶树种组合以及混合比例.结果表明:(1)马尾松和大部分混合处理凋落叶(除了PT64)在分解初期(0～6 个月)的DOC含量均显著升高,出现富集现象,之后随着分解时间的延长而降低,在分解中后期(12～18 个月)或分解末期(18～24 个月)再次出现小幅度的碳富集现象.阔叶所占比例越高,其后期DOC含量越低.(2)分解前期(0～6 个月)凋落叶DOC释放的拮抗效应较强(58.33%),仅有 8.33%(1/12)的混合处理表现出协同效应.之后(6～18个月)其协同效应逐渐增强(91.67%),分解末期(18～24 个月)凋落叶的协同效应有所减弱(66.67%).在所有混合处理中,PT64 在整个分解期间均出现协同效应,其次为PT73、PCT622 和PCT613 在大部分分解时期(3/4)出现协同效应.(3)偏最小二乘法(PLS)回归分析表明,凋落叶初始质量因子中N含量、P 含量、木质素含量、缩合单宁含量、C/N、C/P、木质素/N以及木质素/P是影响该研究区域中凋落物DOC释放的重要因素.总体而言,马尾松与阔叶凋落叶混合后的DOC释放受到树种、混合比例及分解时间的共同影响.相对于其他混合处理,阔叶占比大于等于 30.00%且含有香椿(T)的凋落叶混合处理(PT64、PT73、PCT622和PCT613)更能促进DOC的释放.

有毒金属离子在植物组织中的分布和亚细胞水平的定位与植物对金属离子的耐受性密切相关.为探究铝进入马尾松体内后在亚细胞水平下的分布情况,该研究分别设置0、0.5、1.0、2.0 mmol·L-14个铝浓度,通过盆栽试验研究不同铝浓度下马尾松的生长状况及亚细胞水平下铝的分配特征.结果表明:(1)低浓度铝(0.5 mmol·L-1)显著促进马尾松的生长(P＜0.05),随铝浓度的升高(≥1.0 mmol·L-1),马尾松根系生长和根尖细胞活力均受到抑制.(2)相较于茎叶,进入马尾松体内的铝主要沉积在根系中(P＜0.05),但随着铝浓度的增加,茎叶中的铝含量也开始增加.(3)亚细胞水平下,不同铝浓度影响了铝在细胞壁和液泡中的分配比例.当铝浓度为1.0 mmol·L-1及以下时,铝在根系和茎叶的细胞壁和液泡中的比例均较高,两者间铝含量差异不显著;而高铝浓度下(2.0 mmol·L-1),铝则主要沉积在细胞壁上,根系、茎叶的细胞壁铝含量分别占比55％和70％.相较而言,各铝浓度处理下细胞器和细胞质中的铝含量均维持在较低水平,这降低了铝对细胞功能的影响.综上认为,马尾松可以通过调整体内铝的分配来适应铝胁迫,这为后续从细胞及分子层面进一步阐明马尾松对铝环境的适应机制奠定了理论基础.

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.

马尾松是西南地区的主要造林树种之一,对酸沉降比较敏感,在生产实践中常常在受酸沉降影响严重的针叶林地进行林分改造来应对酸沉降.为了解酸雨区马尾松纯林改造对土壤性质的影响及科学指导经营管理,本研究以重庆铁山坪马尾松纯林及改造后的马尾松-香樟混交林以及香樟纯林为对象,分不同季节采集腐殖质层(Ah层)和淋溶层(E层)的样品进行分析,探讨林分改造对土壤酸化及养分的影响.结果表明:(1)林型对Ah层土壤性质影响显著(P＜0.05),且Ah层土壤养分显著高于E层,季节对两个土层的土壤性质影响均显著(P＜0.05).(2)当马尾松纯林改造后,Ah层土壤各季节平均pH表现为马尾松纯林＜马尾松-香樟混交林＜香樟纯林;马尾松纯林改造后显著降低了土壤NH4+∶N(3-,可缓解土壤酸化.(3)虽然马尾松林改造后显著降低了土壤有机碳和全氮含量,但明显增加了土壤全磷和全钾含量(P＜0.05),可以为缺磷缺钾的铁山坪酸性土壤提供更多的磷和钾,从而缓解磷、钾限制对植物生长的抑制作用.(4)通过模糊综合法评价3种林型的土壤综合肥力指数,在0.585～0.664,马尾松纯林改造成马尾松-香樟混交林、香樟纯林,可以提高土壤肥力水平.

干旱和土地盐渍化是制约林业可持续发展的重要因素,植物在遭受生物或非生物胁迫时,会在叶片释放萜类等挥发性物质.1-羟基-2-甲基-2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶(HDR)是MEP 途径的末端活性酶,具有提供前体萜类物质和主要限速作用.为探究马尾松HDR基因是否参与干旱和盐胁迫条件下的胁迫响应,该研究克隆了马尾松HDR基因开放阅读框,并初步分析了其生物信息、组织特异性表达水平和初步功能.结果表明:(1)PmHDR基因编码区长度为1 458 bp,编码485 个氨基酸,其编码蛋白包含LytB/IspH基因超家族的核心序列和PLN02821 多功能结构域,属于HDR家族.(2)PmHDR密码子使用偏好性较弱,偏好使用A/U结尾的密码子,烟草、拟南芥与酿酒酵母更适合作为其异源表达受体.(3)qRT-PCR结果显示,PmHDR基因在马尾松老叶中表达量最高,其次为幼叶、幼茎和老茎,在根中表达量最低.(4)构建基因表达载体pBI121-PmHDR并转化拟南芥,转基因拟南芥对干旱和盐胁迫表现出更强的抗逆性.以上研究结果表明PmHDR参与了植物干旱和盐胁迫的响应和调节,并为马尾松抗逆育种提供了一定的理论支持.

水分利用是植物光合固碳的关键过程,其效率反映植物对胁迫环境的适应能力,δ13C作为反映植物长期水分利用效率的关键指标,对于揭示植物与环境长期作用的关系具有重要意义.本研究以马尾松幼苗为对象,通过土壤水分和光照条件控制,设置干旱(土壤水分为30％饱和含水量)、遮荫(光照强度为全光照的30％)及干旱+遮荫(土壤水分为30％饱和含水量和光照强度为全光照的30％)3种胁迫方式和对照(CK,土壤水分为70％饱和含水量和全光照),研究干旱和遮荫对马尾松瞬时水分利用效率和δ13C的影响.结果表明:干旱和干旱+遮荫处理分别使马尾松当年生叶的瞬时水分利用效率显著增加了 67.96％和60.78％,遮荫对瞬时水分利用效率的影响不显著;当年生叶的δ13C在干旱处理下显著增加了 14.35％,但在遮荫和干旱+遮荫处理下未发生明显改变;各处理对1年生叶δ13C的影响均不显著;表明瞬时和长期水分利用效率的变化不同步,且马尾松的水分利用效率对干旱的响应较早;在各处理下,各库器官中的δ13C均大于源叶,茎干和根中的δ13C与源叶δ13C的相关系数较大,且与1年生叶呈极显著正相关,各库器官的δ13C主要受源叶δ13C供应的影响.表明环境变化导致水分利用效率的变化将引起各库器官δ13C发生改变.研究结果可为揭示马尾松幼苗对气候变化的响应机制提供参考.

为了探讨解磷菌肥分区施入对低磷胁迫下马尾松磷营养状况的影响,该文设置了局部和均匀施用解磷菌肥(PSB肥)的盆栽接种试验,并利用WinRHIZO Pro STD1600+根系图像分析软件、H2 SO4-H2 O2消煮和钼锑抗比色法研究了马尾松不同家系根系形态参数和苗木磷素吸收量对PSB肥不同施用方式的响应.结果表明:(1)局部和均匀施用PSB肥均对马尾松生长影响显著,局部施用较均匀显著增加了苗木苗高、地径、根冠比、根系和整株干物质量等主要生长指标.(2)局部施用PSB肥苗木根长、根表面积、根体积和根尖数显著增加,而均匀施用根系各参数有所增加但差异不显著;局部施用较均匀 0<根系直径(D)≤0.5 mm的细根根长增加了近 2 倍.两种处理根系生长的差异与局部施用PSB肥造成了土壤磷素的异质性分布有关.(3)与均匀施用PSB肥相比,局部施用显著增加了苗木根、茎、叶及整株磷素吸收量.相关性分析表明,苗木磷素吸收量与根系形态参数、D≤1.0 mm根系根长呈显著正相关.说明局部施用PSB肥通过诱导根系的生长促进苗木对磷素的吸收.(4)马尾松不同家系对施用PSB肥的响应存在差异.亲本为耐低磷种源的 22 号家系对局部施用PSB肥较敏感,其各生长指标均显著高于 10 号和 50 号家系.综上所述,低磷环境下局部施用PSB肥较均匀施用对马尾松幼苗生长和磷素吸收的影响更加显著,该研究结果可为磷匮乏立地上马尾松人工林的管理提供参考和指导.

海岛人工林建设有利于减弱和消除海岛生态脆弱性,但目前单一的人工林群落结构存在较多的缺点,选用的植被也存在不适应海岛环境的问题.通过样方法对宁德三都澳6个海岛的马尾松(Pinus massoniana)半自然林的植被类型、物种组成、植物功能性状、物种多样性进行分析,并利用冗余分析法分析物种多样性与环境因子的相关性,旨在了解其演替状况,群落结构特征和物种组成,及其物种多样性与环境因子的相关关系,丰富当地植被基础资料,同时为海岛人工林建设、植被修复选择及当地马尾松林的合理经营和管理提供理论基础.结果表明:(1)40个样方共记录维管束植物86科168属255种(含5变种),在生活型谱上,以乔木(37.25％)和灌木(30.20％)植物种类最多,高位芽植物(83.92％)占比显著,对光耐受性以中性植物(69.02％)为主.(2)通过组平均聚类法将研究区植被划分为5类群系33类群丛,分属于常绿针阔混交林和常绿针叶林2种植被型.(3)常绿针阔混交林的多样性指数显著(P＜0.05)高于常绿针叶林,但受林分郁闭度的影响,马尾松+杨桐(Adiniandra millettii)林灌木层多样性指数明显偏低.(4)灌木层是马尾松林中的绝对优势层片,多样性指数(除Pielou指数外)均显著(P＜0.05)高于乔木层和草本层.草本层受芒萁化感作用的影响,多样性指数明显偏低.(5)冗余分析法(RDA)分析结果表明,土壤pH和速效钾显著(P＜0.05)影响群落的物种多样性指数,两者对物种多样性的总解释量为27.6％.(6)灌木层鹅掌柴重要值与群落郁闭度之间存在显著(P＜0.05)的二次函数关系.