隔离降水对杉木幼树细根生理特征的影响

为揭示亚热带地区杉木(Cunninghamia lanceolata)对干旱的响应机制,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站,对隔离降水环境下杉木幼树细根生理特征进行研究。结果表明,隔离降水处理的土壤湿度显著下降(P<0.05),但杉木细根超氧阴离子自由基、丙二醛含量变化不显著(P>0.05),表明其细根保持着低水平的膜脂氧化损伤;脯氨酸和谷胱甘肽含量较对照显著增加(P<0.05),并且过氧化氢含量也显著增加(P<0.05),意味着杉木受到一定程度的干旱胁迫并且进行自我调节;长期降水隔离导致的过氧化氢积累一定程度上促使谷胱甘肽显著提高,二者呈极显著正相关(P<0.01);内源激素中细胞分裂素、吲哚乙酸含量显著下降,与杉木生长调控未表现出明显相关性;超氧化物歧化酶活性较对照显著下降21.5%,过氧化物酶活性较对照显著提高16.7%,但抗氧化酶系统对杉木细根的水分缺失适应调控无显著影响。因此,50%降水减少条件下杉木能通过其细根的渗透物质和内源激素等非酶促物质进行综合调节,以有效适应土壤湿度的显著降低。

土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木幼苗细根生产的影响

为了揭示我国最重要的人工林树种杉木对全球变暖和降水格局改变的地下响应及其适应性,在福建省三明市陈大国有林场开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温和隔离降水双因子试验,包括对照(CK)、土壤增温5℃(W)、隔离降水50%(P)和土壤增温+隔离降水(WP)4个处理,用微根管法探讨试验1a期间土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木幼苗细根生产量(以细根出生数量表征)的影响。双因素方差分析发现,土壤增温和隔离降水对细根总出生数量没有影响,但两者的交互作用则极显著。与CK相比,W细根总出生数量显著增加,而WP处理细根总出生数量则显著低于W处理和P处理。土壤增温、隔离降水与季节的重复测量方差分析发现,土壤增温×季节、隔离降水×季节对细根出生数量均有显著影响;与CK相比,W处理春季细根出生数量显著增加,P处理秋季细根出生数量显著增加,而WP处理夏季和冬季细根出生数量显著下降。土壤增温、隔离降水与径级的三因素方差分析表明,土壤增温×隔离降水×径级存在显著影响;0—1 mm径级细根出生数量W处理显著高于CK,但WP处理则显著低于W处理和P处理。土壤增温、隔离降水与土层的3因素方差分析表明,土壤增温、隔离降水与土层之间不存在显著的交互作用;仅在20—40 cm土层发现P处理细根出生数量显著高于CK。研究结果表明,土壤增温和隔离降水对杉木幼苗细根生产的影响存在显著的交互作用,这种交互作用还因不同的季节和径级而异。

增温及隔离降水对杉木幼树细根生物量、形态及养分特征的影响

为揭示全球变暖和降水格局改变对我国中亚热带地区森林生态系统地下生态过程的影响,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站内开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼树土壤增温和隔离降水双因子试验,研究增温和隔离降水在夏季对杉木幼树细根生物量、形态及养分特征的影响。结果表明,增温(+5℃,W)、隔离降水(-50%,P)和增温+隔离降水(WP)处理的细根总生物量分别比对照(CT)显著降低35.7%、51.7%和59.1%,P和WP处理的细根总生物量分别比W处理显著降低24.9%和36.4%;W、P和WP处理的0~1 mm细根比根长(specific root length,SRL)比对照均显著增加,而0~1和1~2 mm细根比表面积(specific root area,SRA)均无显著变化;与对照相比,W处理的细根N含量、C/N和δ^(15)N均无显著变化,P处理的细根N含量和C/N分别显著增加和下降,WP处理的细根N含量和δ^(15)N显著增加,而C/N显著降低。因此,未来在全球变暖和降水减少的双重环境胁迫下,调整表层细根形态特征可能不是杉木幼树的主要应对策略;而相较于温度升高,降水减少可能是影响杉木幼树细根生物量及表层化学元素分配的主要环境因子。

土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木细根呼吸、形态及二者关系的影响

杉木根系呼吸(特别是细根呼吸)能表征根组织新陈代谢水平,为根养分吸收提供能量(如ATP),对亚热带森林生态系统碳平衡有重要作用,但其对全球变暖、降水减少及其交互作用的响应则尚不清楚.在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站对杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗开展土壤增温和隔离降水双因子控制试验,包括对照(CT)、土壤增温5℃(W)、隔离降水50%(P)和土壤增温+隔离降水(WP),采用Oxytherm液相氧电极测定不同径级(0-1 mm、1-2 mm)细根比根呼吸速率,并同时测定根系形态指标,研究土壤增温、隔离降水及两者交互作用对杉木幼苗比根呼吸速率及其与细根形态特征相关关系的影响.结果表明:(1)土壤增温和隔离降水间交互作用对细根比表面积和组织密度均有显著影响,WP处理细根比表面积平均比W处理低31.2%,WP处理细根组织密度平均比CT高26.4%;WP处理细根组织密度平均比W处理高60.9%.此外,P处理1-2 mm细根的组织密度显著高于未进行P处理.(2)增温和降水减少对比根呼吸速率的影响并不存在交互作用;P处理1-2 mm的比根呼吸速率显著低于未进行P处理,但P处理对0-1mm细根比根呼吸速率无显著影响;(3)细根比根呼吸速率与比根长呈显著的正相关关系,且这种相关关系不受土壤增温、隔离降水及两者交互作用的影响.由此可见,1-2 mm细根比根呼吸速率主要受降水减少的影响而降低,这主要与降水减少导致1-2 mm细根组织密度增加以提高水分运输能力有关.此外,土壤增温、隔离降水及其交互作用并不会改变细根比根呼吸速率与细根形态特征间关系,细根比根呼吸速率与细根形态特征间稳定的相关关系可用于预测气候变化下根系呼吸速率的变化.(图5表3参63)

隔离降水对杉木幼苗细根生物量和功能特征的影响

在福建三明陈大国有采育场杉木幼苗小区,采用土钻法和内生长环法,以非隔离降水为对照,对隔离降水50%处理一年的杉木幼苗细根生物量和形态、化学计量学、比根呼吸、非结构性碳水化合物等功能特征进行研究.结果表明：与对照相比,隔离降水处理0～1 mm细根生物量显著降低,1～2 mm细根生物量差异不显著;隔离降水导致细根在形态上发生了适应性变化,0～1 mm和1～2 mm细根比根长分别增加21.1%和30.5%,0～1 mm细根组织密度显著降低,而比表面积显著增加.隔离降水导致细根氮的富集,但限制了对磷的吸收,氮磷比升高,导致营养失衡;隔离降水没有显著改变细根比根呼吸和非结构性碳水化合物含量,但导致1～2 mm细根可溶性糖、糖淀比显著降低,淀粉含量增加33.3%,表明其通过增加非结构性碳水化合物贮存比例以应对降水减少.

土壤增温隔水处理对杉木幼林材管胞形态的影响

采用地下管道进行土壤增温5℃与透明U型管隔离降水50%的方法,人工模拟21世纪末全球气候变暖大环境下闽西北中亚热带地区杉木的生长环境。借助生物数码显微图像分析系统测定了土壤增温隔水处理对杉木幼林材管胞形态的影响规律。结果表明,土壤增温5℃极显著降低了杉木幼林材管胞长度、宽度、腔径和长宽比,显著提高了杉木幼林材管胞壁腔比,而对杉木幼林材管胞壁厚影响不显著;隔离降水50%极显著降低了杉木幼林材管胞宽度、壁厚和腔径,极显著提高了杉木幼林材管胞长宽比,而对杉木幼林材管胞长度、壁腔比影响不显著;土壤增温5℃且隔离降水50%极显著降低了杉木幼林材管胞的壁厚,显著降低了杉木幼林材管胞的长宽比;土壤增温对杉木幼林材管胞形态的影响总体上大于隔离降水。研究结果为全球变暖大环境下杉木人工林木材品质定向培育及其合理利用提供理论依据。

微型水面蒸发器原理与实验设计

由水面蒸发原理出发,认为把握水面蒸发的能量消耗过程实质是水面蒸发器优化设计的理论基础,分析表明,与自然水体能量过程接近程度的不同,决定不同蒸发器性能特点。微型水面蒸发器应该尽可能模拟自然水体,E601型水面蒸发器可以作为微型水面蒸发器优化设计的重要依据,据此确定了水面蒸发器设计的技术要点,以真空保温杯为实例模型进行了微型水面蒸发器的水文设计、深度设计、精度设计、测量设计和环境设计。计算结果表明,ME-1微型水面蒸发器设计精度超过现有小型蒸发器精度的5～10倍,体积缩小为E601型水面蒸发器的2%,实验证实了水面蒸发器设计深度应该达到60cm,加装安全气囊的微型水面蒸发器适用于全球环境,土地灌溉理论上可以使得ME-1微型水面蒸发器蒸发环境相当于自然水体。结论认为,真空绝热技术是微型水面蒸发器优化设计的核心内容,称重测量法是水面蒸发器测量精度的可靠保障,蒸发与降水过程的隔离以及粉尘通量的扣除是进一步提高微型水面蒸发器测量精度的重要途径。