短期增温对贡嘎山峨眉冷杉幼苗生长及其CNP化学计量学特征的影响

2009年5月至10月,在中国科学院贡嘎山高山森林生态系统观测站附近,采用红外灯加热人工模拟气候变暖研究了增温对峨眉冷杉(Abies fabiri(Mast)Craib)幼苗生长和养分及其化学计量特征的影响。由于红外灯的增温作用,在幼苗的整个生长季节,增温样地地表下5、10、20 cm处土温平均高于对照样地5.04、4.81、4.35℃,而土壤含水量则分别降低了7.03%、6.10%、6.40%;地表20 cm处空气温度相比对照样地上升了1.12℃,而空气相对湿度则降低了6.30%。除茎重比外,增温处理降低了峨眉冷杉幼苗的根长、基径、株高、总生物量、根重比、叶重比、根冠比和比叶面积。经方差分析发现,增温处理后幼苗根、茎和叶的C平均含量与对照差异性均不显著(P>0.05),其中除茎的提高了2.76%外,根和叶分别降低了7.15%和2.29%;N平均含量除茎显著降低之外(P<0.05),根、叶分别提高了9.78%和5.70%;幼苗根、茎、叶的P平均含量均低于对照11.97%、10.69%和2.99%,并且根和茎与对照存在显著性差异(P<0.05)。增温处理后幼苗根、茎、叶各器官的C∶N、C∶P、N∶P与对照均不存在显著性差异(P>0.05),其中C∶P均大于对照,而C∶N和N∶P与对照相比,均有不同程度的减小;C∶N、N∶P和C∶P的平均值(±标准差)大小顺序依次为茎(92.59±4.92)>根(61.89±1.65)>叶(60.81±3.23)、叶(4.99±0.22)>根(4.44±0.58)>茎(3.64±0.10)和茎(336.35±8.70)>叶(302.85±4.49)>根(274.86±5.27)。实验结果表明:增温对幼苗生长和生物量积累具有明显的限制作用,对叶片生长的阻碍作用尤为突出;增温改变了幼苗根茎叶的CNP含量及其化学计量比格局;在养分供应上,增温和对照处理下幼苗生长均受N素限制。

贡嘎山峨眉冷杉成熟林凋落物量动态研究

研究了贡嘎山高山生态系统定位研究站8年(2001—2008年)来对峨眉冷杉成熟林凋落物量监测所积累的资料,分析了该群落凋落物量动态变化及组成特征。结果表明,贡嘎山峨眉冷杉成熟林在8年间的年凋落物量波动范围为125.84～377.17g/m2,平均凋落量为285.77g/m2,年际波动较大,凋落量总体呈逐年上升趋势;叶凋落量占凋落总量的77.99%,枯枝和花果杂物凋落量占凋落总量的分别19.55%和2.46%,叶凋落量高于枯枝和花果杂物凋落量所占比例;与多数森林凋落物一样,峨眉冷杉成熟林凋落物各组分比例由高到低依次为叶、枯枝、花果杂物。

凋落物和增温联合作用对峨眉冷杉幼苗抗氧化特征的影响

峨眉冷杉林是青藏高原东缘亚高山暗针叶林的重要组成部分,其自然更新对全球变化非常敏感,是研究气候变化对陆地生态系统影响的代表性森林类型。以峨眉冷杉幼苗为研究对象,以开顶式增温小室(Open top chambers,OTCs)和电热棒联合的方式增加环境温度,人为添加不同类型凋落物(A,75%峨眉冷杉针叶+25%杜鹃荚灌木叶凋落物;B,55%峨眉冷杉针叶+45%杜鹃荚灌木叶凋落物),共设置4个处理:(1)凋落物A+增温T(A-T);(2)凋落物B+增温T(B-T);(3)凋落物A+环境温度T0(A-T0);(4)凋落物B+环境温度T0(B-T0)。研究增温和两种类型凋落物联合作用下峨眉冷杉幼苗的生理生态响应特征。得到以下结果:(1)在环境温度下,A型凋落物情景下的冷杉幼苗的电导率、丙二醛和脯氨酸含量、超氧阴离子自由基产生率比B型情景下高;而可溶性糖和淀粉含量、超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物氢酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)活性比B型凋落物情景下低。说明在当前环境温度下,B型凋落物比A型凋落物更加适合冷杉幼苗的生长。(2)在A型凋落物情景下,增温处理显著增加了冷杉幼苗叶片的自由脯氨酸含量和过氧化氢浓度;在B型凋落物情景下,增温处理显著降低了冷杉幼苗丙二醛、自由脯氨酸含量、可溶性糖和淀粉含量,增加了超氧阴离子自由基产生速率。可见,与A型凋落物相比,增温使得B型凋落物情景下的冷杉幼苗膜伤害程度减小。(3)不同类型凋落物与增温的联合作用均降低了冷杉幼苗的可溶性糖和淀粉含量。与A-T处理相比,B-T处理下冷杉幼苗叶片的电导率、丙二醛和脯氨酸含量更低,而POD、APX、GR、CAT抗氧化酶活性却更高。研究结果表明,针叶成分相对较少的B型凋落物更有利于峨眉冷杉幼苗适应未来气候变暖情景。

森林凋落物对种子萌发与幼苗生长的影响

森林更新是森林生态系统维持自身稳定的重要环节,其早期阶段(种子萌发与幼苗生长)对气候变化十分敏感,同时显著地受到森林凋落物的影响。对这种影响机制的深入研究,有助于进一步认识和了解森林更新动态和群落演替方向。本文简要概述了近年来国内外森林凋落物研究动态,从森林凋落物影响种子萌发与幼苗生长的物理作用机制(凋落物对种子与幼苗产生的物理障碍与机械损伤,微环境的温度、湿度以及光照条件的变化等)、生物化学作用机制(产生化感物质、降解释放营养物质)以及通过改变土壤理化性质间接对其产生影响等3个方面进行了系统综述,并且就气候变化与森林凋落物的协同作用通过多种方式直接或间接地对树木种子萌发与幼苗生长产生影响的机理进行了初步探讨。在此基础上提出了这一领域未来研究趋势和需要加以重视的问题。

峨眉冷杉幼苗叶片功能特征及其N、P化学计量比对模拟大气氮沉降的响应

通过人工施氮模拟大气氮沉降,研究了施氮对峨眉冷杉(Abies fabiri)幼苗叶片功能特征、氮和磷含量及其化学计量比的影响,以及幼苗对氮素的积累效应。结果表明:经过2个生长季节的施氮处理(2009年和2010年,N2)幼苗的总生物量、叶干重、叶重比、叶片氮和磷含量及其N:P分别高于对照处理11.29%、46.70%、41.40%、37.30%、22.33%和6.43%,而比叶面积则降低了6.61%,其中叶干重、叶重比和叶片氮含量与对照处理差异显著(P<0.05),N:P差异极显著(P<0.01),并且叶干重与叶片氮含量具有较强的线性相关;与经1个生长季节施氮处理(2009年,N1)的幼苗总生物量、叶干重、叶重比、比叶面积、叶片氮和磷含量及其N:P的比较分析表明,除叶重比和比叶面积外,其他指标N2均高于N1;人工施氮显著促进了幼苗叶片的生长,提高了叶片氮、磷含量及其N:P,但也反映幼苗生长仍受氮素限制,同时,峨眉冷杉幼苗具有氮素积累效应。

贡嘎山不同林龄峨眉冷杉种子雨及土壤种子库

本文采用种子雨收集器、土壤种子库筛选、室内萌发实验及野外实地调查等手段,研究了贡嘎山海螺沟内不同林龄和海拔分布上下界限的6个峨眉冷杉(Abiesfabri)林的土壤种子库、种子雨的组成和时空分布特征。结果表明:土壤种子库分布随土壤深度增加而减少,主要集中在凋落物层;在同一海拔,随着林龄增加,土壤种子库和种子雨大小先增加再降低,成熟林达到最大值,且其完整种子比例最高,整体质量最好;不同海拔,林龄相近的成熟林调查结果显示,海拔分布上下界限的峨眉冷杉林土壤种子库和种子雨显著小于海拔分布中段的成熟林,这可能与海拔引起的水热条件差异有关;峨眉冷杉林的最佳结实阶段在成熟林,其种子质量好,且散布后在林下保存得最好;树种生物学特性和林下微生境可能是主要原因。