树轮生态学研究中微树芯石蜡切片制作的方法探讨

树轮气候学及树轮生态学研究在国内外取得了长足进展,但对树轮与气候的响应机制缺乏深入的了解,迫切需要进行以微树芯石蜡切片为基础的树轮生态学研究。形成层活动监测从生理生态学角度出发,广泛用于树轮对气候变化响应的机制探讨研究中,然而目前还没有对微树芯石蜡切片制作的方法作详细的论述和探讨。该文通过对祁连圆柏(Sabina przewalskii)等5个不同树种微树芯石蜡切片的制作实践,对已有的植物石蜡切片技术进行改进,增加组织软化的步骤,并对其他步骤作了相应的调整,详细介绍了微树芯石蜡切片制作的方法,为树轮生态学、解剖学,以及木材解剖学关于木质化材料石蜡切片的制作方法提供参考。

基于微树芯的塔里木河下游胡杨年内径向生长动态研究

为了解塔里木河下游胡杨(Populus euphratica)木质部年内径向生长动态,利用微树芯法对胡杨木质部进行连续监测,分析胡杨木质部分化各阶段开始和结束时间,采用广义可加模型拟合木质部生长过程,利用敏感性分析生长季持续时间和生长速率对木质部累积生长量的贡献量。结果表明:1)胡杨木质部细胞扩大时间为DOY105,细胞壁加厚开始时间为DOY144,细胞成熟开始为DOY161,细胞扩大结束时间为DOY245,细胞壁加厚完成为DOY264,木质化结束为DOY270,生长季持续时间为165天。2)胡杨木质部在DOY102开始迅速生长,在DOY145-DOY175生长缓慢,从DOY175-DOY230再次快速生长,从DOY230到生长季结束缓慢生长;胡杨生长速率的拟合呈"双峰型"曲线,在DOY130和DOY190生长速率达到最高值。3)生长季持续时间和生长速率对木质部径向生长总长度的贡献量分别为24.4%和75.6%。研究表明胡杨木质部生长速率的拟合呈"双峰型"曲线,木质部径向生长由生长速率决定,明确了胡杨生长的生理机制。

热带喀斯特森林多花白头树木质部年内生长动态及其对环境因子的响应

多花白头树(Garuga floribunda var.gamblei)是西双版纳热带喀斯特森林中常见的落叶树种,容易受水分亏缺的影响。为探究热带喀斯特森林树木年内生长动态及其对环境因子的响应,该研究利用生长环和微树芯两种方法监测了多花白头树在2020—2021年的树干径向变化和木质部生长动态,并分析了树干径向变化和木质部生长与环境因子的相关性。微树芯法的监测表明,在2020年,多花白头树在3月底开始出现扩大细胞,9月底细胞壁加厚结束;在2021年,多花白头树在4月中旬开始出现扩大细胞,10月中旬细胞壁加厚结束。生长环的监测表明,2020年和2021年的径向生长开始时间均晚于扩大细胞出现时间,径向生长结束时间均早于细胞壁加厚结束时间。多花白头树在2020年和2021年的木质部生长持续时间大致相同,2020年的木质部生长量((2.87±1.46)mm)也与2021年((2.98±1.02)mm)几乎一致。多花白头树的月径向生长量、扩大细胞区域宽度和细胞壁加厚区域宽度均与降水呈显著正相关,这表明水分状况在多花白头树的木质部生长过程中发挥了重要作用;扩大细胞区域宽度还与日平均气温和日最低温显著正相关,并且与日最低气温的相关系数在2021年高于2020年;细胞壁加厚区域宽度还与相对湿度、20 cm土壤含水量、日平均气温和日最低气温显著正相关,其中在2021年的相关性更高。该研究揭示了热带喀斯特森林多花白头树的年内木质部生长动态,有助于理解热带喀斯特森林树木木质部生长与环境因子的关系,为评估全球气候变化背景下热带喀斯特森林树木径向生长趋势的改变提供理论依据。

雪松年内径向生长节律研究

研究树木年内径向生长规律(intra-annual radial growth)可以为树木生长对气候变化响应研究提供高分辨率基础数据。以雪松为研究对象,采用微树芯技术通过室内制作石蜡切片的方法观察雪松形成层和木质部细胞在生长季期间的活动过程,运用Gompertz函数模拟雪松径向生长的过程,探讨分析洛阳地区针叶树雪松树木年内径向生长节律,并结合气象数据,分析温度、降水量与年内径向生长的关系。结果表明:1)在生长季期间,形成层和扩大加厚期细胞活动呈现双峰分布,木质部细胞积累过程呈现“S”型曲线。2)通过Gompertz函数模拟雪松生长过程,发现在第162天,径向生长细胞个数和长度均出现最大值,分别为1.15个/d、36.7μm/d。年内平均累计生长细胞个数达到178.3个,年内平均累计生长量达到5276.7μm。3)年内径向生长的进程受日均气温和日均降水量的共同影响,温度在生长季不同时期表现为不同的相关性,降水量在生长季期间表现为正相关。

针叶树形成层活动及径向生长监测研究进展

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。

树木形成层活动及其影响因素研究进展

树木生长是森林生态系统固碳的主要方式,树木生长过程受到气候与非气候因素的共同作用。树木径向生长长期定位监测是明确树木生长对气候变化响应的重要研究手段。本文对运用微树芯法的树木形成层活动及径向生长过程研究进行了总结。首先,综述了气候因素对树木形成层活动的影响:寒冷湿润区温度决定树木生长开始和停止,干旱半干旱区水分和温度共同决定生长开始,水分决定生长停止;生长速率和持续时间共同决定生长量,最大生长速率出现在夏至前后;短期施氮并不能影响树木径向生长动态。其次,探讨了生物因素对树木径向生长过程的调控:形成层活动开始时间因树种、树龄、竞争关系而有所差异;非结构性碳水化合物的季节动态与径向生长过程相耦合。最后,阐述了气候因素和生物因素交互作用下树木次生生长的响应机制。针对以上进展,本文提出了目前研究尚存在的问题并展望了未来的发展前景,以期为进一步的科学研究提供参考。

云南轿子山不同海拔急尖长苞冷杉径向生长动态及其低温阈值

环境对树木的功能和生存具有至关重要的意义,但环境因素影响树木发育的过程仍有待探究。树木径向生长动态监测是深刻了解树木生长状况及其对气候变化响应的重要手段。该研究以云南轿子山不同海拔树线树种急尖长苞冷杉(Abies georgei var.smithii)为研究对象,对其年内径向生长动态进行监测,以期明晰树木径向生长各阶段起止时间的海拔差异,分析不同海拔树木形成层活动和木质部分化对温度的响应,辨析树木径向生长的低温阈值。结果表明:(1)海拔越高,径向生长开始的时间越晚,结束越早,生长季缩短。海拔每上升100 m,急尖长苞冷杉径向生长的开始时间推迟4.7 d,结束时间提前7.2 d,生长季缩短12.8 d;(2)3个海拔急尖长苞冷杉的径向生长具有相似的低温阈值(约5℃),温度控制形成层活动的开始与木质部分化的结束;(3)不同海拔急尖长苞冷杉形成层的细胞分裂活动均在温度较高时(夏至日前后)减弱。形成层活动的结束与海拔引起的温度变化关系较弱,光周期可能参与了形成层活动结束的调控,以确保当年新生细胞能够在冻害来临前完成木质化。该研究结果有助于加深树木生长动态对气候变化响应机制的认识,为更好地适应和应对气候变化提供科学依据。