沿海水杉防护林带三维结构参数模型

为精准量化水杉林带三维结构,有效提高防风效应数值模拟的精度,对水杉标准木树干、枝条和叶片的表面积和体积进行测量,建立了水杉林带的三维结构参数模型。结果表明:所选水杉林带的表面积密度的变化范围为0.0012~3.4857 m^2·m^(-3),体积密度的变化范围为0.000002~0.012397 m^3·m^(-3);水杉林带的树冠形状、树木生长状况等与林带结构密切相关;林带结构具有一定的空间异质性,枝条和叶片的表面积和体积主要集中在冠层中部,而树干则集中在下部;林带内各组分表面积和体积组成有很大区别,树干的体积较大(占总体积的75.28%),而表面积较小(占总面积的5.57%);叶片的表面积较大(占总表面积的78.39%),而体积很小(占总体积的3.87%);表面积/体积比为叶片(20.23)>枝条(0.77)>树干(0.07);与以往研究相比,模型可以全面反映林带的结构特征,更接近林带的真实结构。同时,林带表面积和体积对气流的影响作用有一定差异,利用林带的表面积密度和体积密度共同作为林带的结构参数,可以反映水杉林带各组分对气流影响的差异,更好地表现林带的空气动力学特征。

区域尺度上麻栎叶片性状对环境因子的响应规律

叶片性状反映了植物对环境的适应能力及其自我调控能力。区域尺度上单一物种叶片功能和形态性状的变化规律尚存在争议。以25个麻栎(Quercus acutissima)天然林种群为对象,采用野外调查和室内实验相结合的方法,分析了区域尺度上比叶面积(SLA),单位叶重的氮质量分数(Nmass)、磷质量分数(Pmass)、叶氮磷比(N∶P),单位叶面积的氮质量分数(N_(area))、磷质量分数(Parea)等功能性状和叶片面积(LA)、周长(LP)、叶长度(LL)、叶宽度(LW)、叶片长宽比(L∶W)等形态性状的变化。结果表明,(1)麻栎叶片面积变化范围为28.53~59.41 cm^2;周长为31.21~47.54 cm;叶长为11.72~17.25cm;叶宽为3.41~5.46 cm;叶长宽比为2.79~3.75;比叶面积为77.38~152.71 cm^2·g^(-1);Nmass为17.90~26.20 mg·g^(-1);Pmass为0.68~1.61mg·g^(-1);N_(area)为1.42~2.63 mg·cm^(-2);Parea为0.07~0.13 mg·cm^(-2);N∶P为14.01~28.80。(2)随着海拔的增加,麻栎比叶面积、Nmass及叶宽均呈先下降后上升的二次曲线变化趋势(P<0.05),而N_(area)则呈先上升后下降的二次曲线变化趋势(P<0.05)。(3)麻栎叶片面积和长度随等效纬度的增加均呈先上升后下降的二次曲线变化趋势(P<0.05)。(4)麻栎叶片面积、长度及宽度随年均温度的升高均呈先上升后下降的二次曲线变化趋势(P<0.05)。(5)随着年均降水量的增加,麻栎叶长度呈先上升后下降的趋势(P<0.05),而叶片面积与其呈显著正相关(P<0.05)。叶片功能性状主要受海拔引起的水热变化的影响,而叶片形态性状则主要受到海拔、纬度及气象因子综合作用的影响。研究结果有助于揭示区域尺度上植物叶性状的变化规律及其环境机制,为预测植物性状在未来环境下的变化及适应奠定基础。

海岸梯度上黑松针叶形态与解剖结构性状的变化规律

风对树木形态、生理和生长的影响一直是生态学研究的热点和难点问题,目前主要采用模拟风速或机械刺激的方式来研究树木对风胁迫的响应与适应变化,无法准确反映出树木在风环境下的长期适应机制。本文以海岸60年生黑松林(Pinus thunbergii)为对象,分析了海岸距离梯度上黑松迎风面和背风面针叶长度、宽度、面积、比叶面积、角质层厚度、表皮厚度等形态和解剖结构特征的变化规律。结果表明:黑松迎风面针叶长度、宽度、周长、面积、厚度和比叶面积随着离海岸距离的减小逐渐减小(P<0.05);而表皮厚度、角质层厚度和导管孔径则随着离海岸距离的减小逐渐增加(P<0.05);背风面各指标均无明显变化规律。黑松迎风面与背风面针叶性状(比叶面积除外)主要在海岸500 m内存在显著差异(P<0.05)。可以看出,随着海风胁迫的增加,黑松通过降低针叶长、宽等形态指标,有效减少了风胁迫下黑松的受力面积,是一种躲避策略;而增加针叶表皮、角质层厚度和导管孔径等解剖结构指标,则增强了针叶坚韧性和保证针叶的水分供应,是一种忍受策略,这些策略有利于该树种在大风环境中得以更好的生存。

海岸梯度上黑松针叶化学计量特征的变化规律

风对树木形态、生理和生长的影响一直是生态学研究的热点和难点问题,目前主要采用模拟风速或机械刺激的方式来研究树木对风胁迫的响应与适应变化,无法准确反映出树木在风环境下的长期适应机制。揭示自然环境下树木对风胁迫的长期适应机制,测定了海岸梯度上迎风面和背风面60年生黑松林(Pinus thunbergii)针叶有机碳、氮、磷、钾、钙、钠、镁元素含量,并分析元素含量及其化学计量特征的变化规律。结果表明:黑松林迎风面针叶有机碳含量随离海岸距离的减小显著降低(P<0.05);而氮、磷、钾、钙、钠、镁含量则显著增加(P<0.05);氮磷比保持相对稳定。黑松林背风面针叶除钙和钠含量随离海岸距离的减小逐渐增加外,其他元素含量变化规律均不明显;距海岸500 m内黑松针叶化学计量特征差异显著(P<0.05),其后趋于相对稳定。黑松林迎风面针叶化学计量特征普遍存在相关关系,背风面仅针叶氮和磷、钙和钠间存在相关关系,且与迎风面存在共同的SMA斜率和截距。研究表明,海岸梯度上风胁迫会显著改变黑松针叶化学元素含量,但其比值相对稳定;随海岸距离减少,风胁迫增加,针叶碳同化能力受到明显影响,黑松通过针叶氮、磷、钾、钙、钠、镁含量的增加来提高耐风胁迫的能力,这可能是自然环境下黑松对长期风胁迫的一种适应策略。