天山云杉(Picea schrekiana Fisch et Mey)凋落物的自毒效应

天山云杉(Picea schrekiana Fisch et Mey.)是亚洲中部山地的特有物种,在中国仅见于新疆,其主要分布在天山南北坡和昆仑山西部北坡,对天山的水源涵养、水土保持和林业生产具有不可或缺的重要作用。然而天山云杉林的天然更新不良和障碍成为困惑新疆林业工作者的一大难题。从植物间的化感与自毒作用研究着手,分析了天山云杉凋落物水提液的乙醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取物对自身种子萌发和幼苗生长的影响。以种子发芽率、发芽势和发芽指数作为种子萌发参数,以胚根、胚芽长度和实生苗干湿重的变化作为幼苗生长参数。研究结果表明:种子萌发试验中乙醚萃取物具有最强的抑制效应(IC50=5.00mg/mL),而正丁醇萃取物的抑制效应最弱(IC50>10.00 mg/mL);幼苗生长试验中,1.25 mg/mL的乙醚萃取物对幼苗生长具有显著的抑制作用(P<0.05),1.25 mg/mL的正丁醇萃取物能够促进其幼苗生长,大于2.5 mg/mL的正丁醇萃取物对幼苗生长都具有显著的抑制效应(P<0.05)。采用GC-MS-MS技术分析三种有机萃取物的化学组成,共鉴定并定量分析出了包括酚酸、长链脂肪酸、单宁酸和吲哚类物质在内的17种化合物。乙醚萃取物中存在的2-keto-4a-methyl-8-methoxy-2,3,4,4 a,5,6,11,12-ocahydrochrysene为一新的化感物质,证明了天山云杉凋落物中存在的化感与自毒物质是导致其种群天然更新障碍的最主要原因,同时揭示了自毒作用发生的化学物质基础。

天山南北坡树轮稳定碳同位素对气候的响应差异

利用采自天山南坡阿克苏河流域、天山北坡伊犁河流域和吉尔吉斯斯坦伊塞克湖流域的树木年轮样本,按照树轮稳定碳同位素研究步骤,分别建立了天山南坡和天山北坡各2条树轮稳定碳同位素去趋势序列(δ13 Ccorr)。采用相关函数和共线性分析揭示了天山南北坡树轮稳定碳同位素与各气候要素之间的关系。结果表明,天山南坡树轮稳定碳同位素与生长季降水、相对湿度显著负相关,而与温度没有明显的相关关系,表明影响天山南坡树轮稳定碳同位素分馏的主要气候因子是生长季水分状况,尤其是降水;天山北坡树轮稳定碳同位素与生长季尤其是夏季的平均气温、平均最高气温和饱和水汽压亏缺显著正相关,而与降水量、相对湿度显著负相关,表明影响天山北坡树轮稳定碳同位素分馏的气候因子可能较为复杂。进一步分析表明,夏季温度、降水和相对湿度共同调控着天山北坡雪岭云杉树轮稳定碳同位素分馏。

全球变化背景下天山西部雪岭云杉径向生长和水分利用效率对气候要素的响应

全球气候变暖和大气CO_(2)浓度(Ca)急剧上升已成为不争的事实,并对森林生态系统有着深远的影响,全面理解森林生态系统对全球变化的响应至关重要。中亚干旱区特有树种雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch. et Mey)树轮稳定碳同位素(δ^(13)C)和水分利用效率(iWUE)对气候变暖和大气CO2浓度急剧上升的响应缺乏研究。本研究利用天山西部伊犁河流域的雪岭云杉树轮样本,使用树木年代学方法和树轮稳定碳同位素技术,建立树轮宽度年表、稳定碳同位素(δ^(13)C)以及内禀水分利用效率(iWUE)序列,分析了树轮δ13C和iWUE的长期变化特征,探讨了树轮δ13C和iWUE对气候的响应规律以及iWUE与树轮宽度的关系。结果表明,主要的气候因子并没有强烈地限制树木径向生长;夏季平均气温对树轮δ^(13)C分馏有重要影响,iWUE的长期变化受到全球Ca增加和升温趋势影响,但直接影响iWUE年际变化的主要因素是饱和水汽压亏缺(VPD)。全球升温和Ca增加导致了iWUE的持续升高,但并没有导致雪岭云杉树木径向生长的明显增加。

鳞毛蕨天山云杉林粗死木质残体贮量及其分解动态

为了丰富我国森林粗死木质残体研究的对象类型,并为探讨粗死木质残体在天山云杉天然更新中的生态作用奠定基础,借助粗死木质残体5级分类系统,采用临时标准调查法对西天山国家级自然保护区原始鳞毛蕨天山云杉纯林粗死木质残体的贮量、养分含量及其分解动态进行了研究。结果表明:(1)鳞毛蕨天山云杉林粗死木质残体体积贮量为337.61 m^3/hm^2,生物量为87.98 mg/hm^2;倒木树干是粗死木质残体的主体组成部分,占总体积的98.09%;(2)以基本密度(比重)为衡量指标,倒木腐朽等级越高,其密度越小,倒木分解符合单项指数衰减模型,分解常数为0.011 74。5个不同腐朽等级倒木的平均滞留时间依次为4年、18年、38年、68年和92年。在自然状态下,倒木分解50%、90%和95%所需时间分别为59年、196年和255年;(3)倒木有机碳、全N、全P、全K、Na^+的平均含量依次为55.93%±1.42%、0.34%±0.07%、0.12%±0.01%、0.06%±0. 01%和0.03%±0.002%,Ca^(2+)、Mg^(2+)的平均含量分别为56.74±4.87 g/kg和34.89±3.66 g/kg,不同养分的变化趋势不同,但同一养分在不同腐朽等级倒木之间的差异不显著。

天山云杉凋落物自毒物质分析与初步鉴定

天山云杉凋落物所含化学物质经淋溶释放后对自身种子萌发和幼苗生长有明显的抑制作用,这种自毒作用已造成其种群自然更新不良。本实验采用水溶解、溶剂极性梯度萃取和硅胶柱层析分离法对天山云杉凋落物中自毒物质进行了初分离,利用气相-质谱联机(GC-MS)与核磁共振(NMR)技术,并结合已知标准物质谱图比对,初步鉴定乙醚、乙酸乙酯和正丁醇萃取相中存在的主要植物次生代谢物质。结果显示,存在自毒作用的3种有机萃取相中含包括酚酸、长链脂肪酸、单宁酸和吲哚类物质在内的17种化学物质,其中乙醚萃取相中存在的2-keto-4a-methyl-8-methoxy-2,3,4,4a,5,6,11,12-ocahydrochrysene(云杉酮)被确定为一个自毒物质。

天山中部天山云杉林土壤种子库海拔梯度分布格局

【目的】通过对天山北坡中部海拔1 450～2 750 m高度天山云杉林土壤种子库的采样与分析,深入了解天山云杉林土壤种子库的海拔梯度分布格局,以期为天山森林生态系统的保育恢复与可持续管理提供科学依据。【方法】采用野外土壤种子库采样与室内萌发相结合的方法,对土壤种子库物种组成及种子数量进行鉴定。【结果】从天山云杉林土壤种子库中共萌发鉴定出种子植物49种,隶属23科38属。随着海拔高度上升,天山云杉林土壤种子库的物种组成数量总体上呈现波动中下降的趋势,最大值出现在海拔2 000 m(1 950～2 050 m),达到30种;相邻海拔梯度之间共有物种数量呈现先增加后下降,最后趋于平稳;土壤种子库种子密度呈现单峰分布格局,密度最大值(1 813.8±154.0粒/m2)出现在海拔2 000 m(1 950～2 050 m);土壤种子库中天山云杉种子密度也呈现单峰分布格局,密度最大值(190.0±16.8粒/m2)出现在海拔1 800 m(1 750～1 850 m)。【结论】随着海拔高度上升,天山云杉林土壤种子库的物种组成数量总体上呈现波动中下降的趋势。天山云杉林土壤种子库种子密度和土壤种子库中天山云杉种子密度随着海拔高度上升均呈现单峰分布格局,但二者在海拔垂直空间分布上不具有同步性。

鳞毛蕨天山云杉林林冠空隙特征

林冠干扰作为鳞毛蕨（Dryopteris filix-mas （L.） Schott）天山云杉（Picea schrenkiana Fisch. et Mey.）林动态自维持的重要因素,在整个林分的动态发展过程中发挥着重要作用.通过对西天山国家级自然保护区内1hm^2典型的鳞毛蕨天山云杉纯林中林冠空隙特征及其形成木和边界木结构的研究,结果表明：在西天山国家级自然保护区实验区46林班内的1hm^2临时标准地中,共调查到17个林冠空隙,林冠空隙干扰返回间隔期为763年.扩展空隙面积在20～280m^2之间变化,冠空隙面积在0～180m^2之间变动.大多数林冠空隙形状变异较大,不同程度地偏离圆形,且均在20～100年之间形成,拥有多株形成木,边界木多由近熟木和成熟木组成.

托什干河流域额河杨和雪岭云杉径向生长对环境的响应对比

利用采自天山南坡托什干河流域的额河杨(Populus xjrtyschensis Ch.Y.Yang)和山区森林上线的雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey)树轮样本,分别建立树轮宽度年表,选用相关函数法结合阿合奇气象站和沙里桂兰克水文站的逐月降水、温度和径流等主要环境因子,分析托什干河不同树种树木径向生长对环境因子的响应。研究表明,额河杨和森林上线的雪岭云杉树木径向生长对气候的响应均较差,位于森林上线的雪岭云杉对春季PDSI响应较好。托什干河流域树木径向生长可能受多种气象因子综合影响。同时,额河杨和雪岭云杉与径流量的相关性较高,额河杨树木径向生长响应夏季径流量,而雪岭云杉可以更好地响应水文年的径流量。本研究为利用阔叶树种重建天山山区历史气候水文变化提供参考。

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P<0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。

种子年后天山云杉林土壤种子库储量及其垂直空间分布

以天山云杉种子年后第一年的土壤种子库为对象,采用萌发法对天山中部海拔1800～2210 m天山云杉林下0～10 cm深度的土壤种子库的种子储量及其垂直空间分布进行了研究。结果表明:(1)种子年后天山云杉林土壤种子库有活力种子总储量为(922.00±662.21)粒/m2,主要组成物种有天山云杉(63.39%)、高山羊角芹(18.89%)、仰卧早熟禾(5.48%)、准噶尔繁缕(3.88%)、天蓝岩苣(2.77%)、紫苞鸢尾(2.14%)和小蓬草(1.17%);(2)种子年后土壤种子库有活力种子密度自上而下呈现下降趋势,0～2 cm种子数量最多,占0～10 cm种子库种子总数的48.92%;(3)种子年后土壤种子库中天山云杉有活力种子密度自上而下也呈现下降趋势,有活力种子主要分布在0～2 cm,占土壤种子库中天山云杉有活力种子总数的61.46%。

新疆伊犁南部山区树木径向生长对积雪变化的响应

根据伊犁南部山区10个采样点的树轮宽度年表与气象资料的相关普查,研究发现,伊犁南部山区树木径向生长整体与气温响应不显著,生长季之前的降水对雪岭云杉径向生长有重要影响,尤其是冬季积雪。树木径向生长与主要积雪参数呈显著正相关关系。其中,伊犁地区西段QST、ZMC树轮年表与当年1、2月的最大积雪深度相关性最好,相关系数分别达到0.353(p<0.01,n=55)、0.393(p<0.01,n=55);在空间尺度上,树木径向生长对冬季降水和最大积雪深度的响应均表现出自西向东逐渐减弱的趋势。该研究从时空演变特征上分析了伊犁南部山区气候和积雪变化对树木径向生长的影响。

玛纳斯河流域不同海拔树轮宽度年表特征及其对气候响应的对比分析

利用位于玛纳斯河流域地区不同海拔高度的6个采样点的树木年轮宽度资料,建立其宽度年表,并分别将位于上树线区域的2个年表和下树线区域的3个年表合成,得到森林上树线年表(MNU)和下树线年表(MNL),将涝坝湾年表作为森林中部年表(MNM)。对比3个树轮宽度标准化年表的特征参数及年表对气候的响应,结果表明:(1)样本总体代表性、平均敏感度、信噪比、第一特征向量百分比随着海拔的升高而递减。(2)高频信息量随着海拔的升高而递减,而低频信息量随着海拔的升高而递增。(3)气温是制约森林上树线年表(MNU)的主要气候限制因子;而对于森林下树线年表(MNL)与森林中部年表(MNM)来说,降水起直接的正向影响作用,气温则发挥间接的反作用,均具有明确的树木生理学意义[1]。

温度变化对天山云杉凋落物3,4-二羟基苯乙酮自毒作用的影响

【目的】在全球气候变暖背景下,检验"自毒作用对天山云杉天然更新障碍温度效应假设",为应对气候变化的天山云杉林保育与可持续经营提供科学依据。【方法】以天山云杉生长季(5～8月)天然林地表层(1～5 cm)土壤昼(光同期)夜(暗同期)平均温度(12℃,4℃)为基准,采用智能环境模拟温度变化对天山云杉凋落物3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)自毒作用的影响。【结果】温度≥(14℃,6℃),DHAP处理液浓度≥7.5mM时,显著或极显著抑制天山云杉种子萌发,并对幼苗生长表现出显著的抑制作用。【结论】温度升高会增强DHAP的活性,降低其产生自毒效应的临界浓度,使天山云杉天然更新更易受到自毒作用的影响。

鳞毛蕨(Dryopteris filix-mas)天山云杉林倒木更新分析

对西天山国家级自然保护区1 hm2典型鳞毛蕨天山云杉林临时标准地内,倒木对更新的影响进行了研究。结果表明:①研究区中所有倒木的平均倾倒方向为西北方向,具有更新个体存在的倒木平均倾倒方向为东北方向;②倒木的倾倒方向对倒木的更新没有显著影响(F3,51=0.645,P=0.589),而倒木的腐朽等级对倒木的更新存在显著影响(F2,51=3.215,P=0.048);③不同腐朽等级倒木上幼苗、幼树的出现概率不同,能为幼苗、幼树生长提供生境的倒木只有腐朽等级高的Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级倒木,且倒木腐朽等级越高,对幼苗、幼树的生长越有利。