尤溪天然米槠林植物碳氮磷的化学计量特征及其分配格局

以福建尤溪的天然米槠[Castanopsis carlesii（Hemsl．）Hayata]林乔木层、灌木层和草本层的26个主要优势种为研究对象，分析了植物不同器官的C、N和P含量及其比值的差异及相关性，并对不同器官C、N和P含量在不同层次问的分布特征进行了研究。结果显示：同一器官中均为c平均含量最高、P平均含量最低；其中，叶片中C、N和P含量分别为344．95～486．15、6．26～19．50和0．18—0．62mg·g-1，C／N、C／P和N／P比分别为22．52～61．21、696．64～2589．72和11．38～58．94；根系中的C、N和P含量分别为277．95～458．30、1．41～12．73和0．13～0．44mg·g-1，C／N、C／P和N／P比分别为34．63～296．17、731．45～3372．69和8．81～34．41；乔木层和灌木层植物枝条中C、N和P含量分别为407．75—473．75、3．10～7．39和0．09～0．61mg·g-1，C／N、C／P和N／P比分别为57．43～148．15、776．64～5054．44和7．05～48．11；乔木层植物树干中的C、N和P含量分别为432．56～463．32、2．67～6．35和0．16—0．31mg·g-1，C／N、C／P和N／P比分别为68．12～167．73、1494．58～2860．63和11．35—29．06。乔木层植物的不同器官按C含量由高至低依次排序为叶片、枝条、树干、根系，按N和P含量由高至低依次排序为叶片、枝条、根系、树干；灌木层植物的C含量在枝条中最高、根系中最低，N和P含量在叶片中最高、枝条中最低；而草本层植物地上部分的C、N和P含量均高于地下部分。除根系中的N含量与P含量呈极显著正相关外，同一器官的C、N和P含量问均无显著相关性，但与C／N、C／P和N／P比值间大多有极显著的相关性。不同器官的C、N和P含量也因植物所处层次的不同而异，其中乔木层植物叶片中均最高、草本层植物叶片中均最低；乔木层植物全株的C含量最高、N含量最低，草本层植物全株的N含量最高、C含量最低，各层植物全株的P含量比较接近。研究结果表明：尤溪天然米槠林内植物叶片的C、N和P含量均偏低，P缺乏很可能是限制该林分植物生产力的最重要元素。

运用β多样性探讨不同更新模式对米槠群落高度级和物种多样性的影响

运用β多样性研究了不同更新模式(择伐更新、天然更新和人工更新)对米槠〔Castanopsis carlesii(Hemsl.)Hayata〕群落高度级和物种组成的影响。结果表明:更新前各米槠林样地均有7个高度级,Cody指数(βC)和共有种数随高度级增大迅速减小;更新期各样地的高度级均减少,但随更新期延长高度级有所增加,低(第1至第3)高度级的物种数也有所增加。物种周转主要发生在第1至第3高度级。更新前各样地低(第1至第3)高度级间非共有种数和共有种数均较多,相异性系数较小并随高度级差异增加而增大;但受到干扰(皆伐)后相异性系数急剧增大并呈现先增大后减小的规律。择伐更新导致米槠群落高度级减少但可逐步恢复;天然更新样地中米槠生长很快,在12年更新期内已进入第6高度级;人工更新样地中米槠已不能生存,人工种植的杉木〔Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook.〕成为优势种。总体上看,采取不同的更新模式后米槠群落的物种多样性变化明显,但择伐更新和天然更新属轻、中度干扰,有利于群落物种多样性的维持和稳定;而人工更新为重度干扰,导致群落基准高度级物种周转速率和总物种周转速率均大幅下降,使群落演替方向大幅改变。

江西金盆山林区常绿阔叶林群落生物量研究

在1996年设置的常绿阔叶林调查样地上,对江西省信丰县金盆山林区现存常绿阔叶林主要森林类型丝栗栲林、南岭栲林、米槠林和黧蒴栲林进行连续调查,2009年底对其生物量进行测定研究,结果表明:丝栗栲林、南岭栲林、米槠林和黧蒴栲林群落总生物量分别为360.8、428.0、397.7、195.0 t/hm2,生物量主要集中在地上部分,其中乔木层生物量所占比例均在95%以上。金盆山林区现存常绿阔叶林平均生物量水平较高,为345.4 t/hm2,现存总生物量物质达2.532 75×106t,其中地上部分为2.060 667×106 t,但仍具有较大的上升空间,生物量增长潜力较大。

米槠人工林土壤微生物群落组成对凋落物输入的响应

全球气候变化显著影响森林凋落物数量,进而会对土壤微生物群落造成影响。本研究以亚热带米槠人工林为研究对象,探究不同凋落物量输入处理(凋落物去除、凋落物加倍、对照)下,森林土壤微生物群落组成的变化。结果表明:与去除凋落物相比,凋落物加倍后0~10 cm土壤铵态氮(NH4^+-N)、硝态氮(NO3^--N)、全氮(TN)、有效磷(AP)含量分别显著增加了30.30%、49.66%、12.77%和13.90%。与对照相比,凋落物加倍与去除处理土壤微生物生物量碳(MBC)和氮(MBN)含量分别显著增加和下降(P<0.05),但凋落物加倍与去除处理间无显著差异。凋落物加倍处理下土壤丛枝菌根真菌(AMF)、革兰氏阳性菌[G(+)]、革兰氏阴性菌[G(-)]、放线菌(ACT)、真菌(F)丰度和总磷脂脂肪酸(TPLFA)含量分别比去除凋落物处理的土壤高68.35%、63.35%、82.65%、69.02%、40.56%和65.85%,而土壤革兰氏阳性菌与阴性菌比值、真菌与细菌比值则分别降低11.64%和26.67%。冗余度分析表明,铵态氮是影响该人工林土壤微生物群落组成的最主要环境因子。可见凋落物输入量变化改变了土壤养分有效性,进而显著影响了土壤微生物群落组成,这对进一步深入探究全球气候变化对亚热带森林土壤养分循环的影响具有重要意义。

凋落物双倍添加和移除对米槠林土壤水解酶活性及其化学计量比的影响

土壤酶与土壤养分紧密相关,并能够活化土壤中营养元素从而改善土壤环境质量,为更加深入了解全球气候变化背景下森林凋落物数量的变化及其酶化学计量比的影响,以亚热带米槠林为研究对象设计随机区组试验,设置3种凋落物处理(移除凋落物(NRNL)、添加双倍凋落物(NRDL)、保留凋落物(CK)),通过测定土壤微生物生物量碳、氮和水解酶活性(β—葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、β—N—乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)),探讨排除根系作用下双倍添加和移除地上凋落物对米槠林土壤养分状况和土壤生态酶化学计量特征的影响。结果表明,与对照(CK)相比,NRDL处理显著提高了CBH和LAP活性,同时提高了土壤总碳(TC)、全氮(TN)、矿质氮、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量氮(MBN)含量,而NRNL处理只降低了土壤MBC含量。同时发现,土壤生态酶化学计量比未受到凋落物输入处理的影响,CK、NRNL和NRDL处理土壤酶活性比ln(βG+CBH)∶ln(NAG+LAP)分别为1.25,1.36,1.30;ln(βG+CBH)∶ln(AP)分别为0.78,0.78,0.83;ln(NAG+LAP)∶ln(AP)分别为0.62,0.58,0.64。相关分析表明,TC、TN、矿质氮、DOC、DON、MBC和MBN分别与βG、CBH、AP和LAP活性呈显著正相关;冗余分析表明,DOC是驱动土壤水解酶活性和化学计量比变化的关键因子。综上,NRDL通过增加土壤DOC的浓度,从而提高土壤水解酶活性,研究结果可为亚热带森林土壤养分管理提供基础数据。

米槠雄花发育相关的转录组和MADS-box家族基因表达特性分析

以米槠〔Castanopsis carlesii(Hemsl.)Hayata〕花芽期、半开期和盛花期的雄花为研究材料,利用高通量测序平台构建米槠雄花发育过程的转录组数据库。分别对花芽期与半开期、半开期与盛花期以及花芽期与盛花期进行比较,筛选与雄花发育相关的差异表达unigenes,并对差异表达unigenes进行功能注释。同时对米槠MADS-box家族基因进行鉴定,分析其在米槠雄花发育3个时期的表达量变化。结果显示:在获得的转录组中,clean reads数为628800000~643700000,高质量总碱基量为6.29~6.44 Gb,Q30碱基百分比均不小于90.67%,GC含量为45.09%~45.39%。花芽期与半开期、半开期与盛花期以及花芽期与盛花期间分别有15086、6770和16150个差异表达unigenes。GO功能注释结果显示:差异表达unigenes主要注释在催化活性、连接和膜等相关的生物过程。KEGG代谢通路注释结果显示:差异表达unigenes主要注释在全局及概要图、碳水化合物代谢、环境适应性和信号转录等相关的代谢通路。说明催化酶在米槠雄花发育过程有重要作用,注释在细胞组分中的差异表达unigenes主要与花粉成熟相关,同时雄花发育受碳水化合物代谢和转录因子的调控。表达量分析发现,米槠type-Ⅱ型MADS-box家族基因在雄花发育过程中的表达具有差异性。SHP和AG基因表达趋势相似,在花芽期表达量较低,半开期和盛花期表达量升高;AP 3基因随着雄花发育表达量逐渐升高;2个MIKC*类同源基因主要在半开期表达;3个AP1/FUL类同源基因在雄花发育3个时期中均有表达,但表达趋势有差异;AGL 6基因在雄花发育3个时期表达量均较高;4个SEP类同源基因在雄花发育中表达量较高,其中,SEP 3基因表达量最高,在雄花发育3个时期的表达量变化不大,其余3个SEP类同源基因均在盛花期表达量升至最高。综合分析结果表明:在米槠雄花转录组中,多数差异表达unigenes的功能与花粉发育和催化酶的作用相关,且参与碳水化合物代谢和转录等代谢通路。MADS-box家族基因在雄花发育的3个时期差异表达,与雄花发育密切相关。