吉林蛟河近熟林树种多样性格局组建机制研究

植物种在群落多样性格局组建过程中所起的作用一直是生态学重点关注的问题。2010 年在吉林蛟河建立面 积为21.12 hm2 的近熟林监测样地,样地中记录到DBH 1 cm 木本植物32 405 株, 共计50 种木本植物。利用单物 种-面积关系模型分析了样地内30 种木本植物对局域群落多样性格局的影响,利用完全空间随机化模拟计算植物 对局域多样性促进或抑制的显著性程度。研究结果表明:1)由于ISAR 模型没有考虑竞争的非对称性,在相同取样 面积下,同一树种的mISAR 值普遍低于ISAR 值。不同树种的mISAR 曲线更加分散、区分度更为明显,且具有明显 的尺度依赖性。2)在0 ~50 m 空间尺度上,簇毛槭、黑樱桃、翅卫矛、稠李、大果榆、花楷槭、毛榛和青楷槭为多样性 促进种;水榆为中性种;红松、色木槭、胡桃楸在绝大多数空间尺度上表现为抑制种;其余树种绝大多数在小尺度上 表现为促进种。3)在中小尺度上,促进种决定了局域群落多样性格局组建; 在较大尺度上,促进种和中性种共同作 用于群落多样性格局的组建,并且随机过程的影响相对更强。因此,促进种和抑制种所代表的确定性过程与中性 种所代表的随机过程共同作用于森林群落多样性格局构建过程, 并且二者起作用的空间尺度不同。      

天山云杉林草本层物种多样性及季节动态研究

在天山西部根据生境特点设置90个1m×1m草本样方,研究了天山云杉林草本植物的物种多样性季节动态。结果表明:共调查到162种草本植物,隶属于34科、110属。草本植物多样性季节变化明显,生长季内物种数、Gleason丰富度指数、Simpson和Shannon-Wiener多样性指数均呈单峰型分布,即6、7月最高,4、9月最低。不同生境草本植物多样性变化明显,阴坡和林缘生境草本植物多样性最高,林冠干扰明显的生境中物种多样性最低。因此,草本植物多样性季节变化受微生境和人为干扰影响。     

极小种群濒危植物盐桦叶绿体基因组特征分析

【目的】为了解析极小种群植物盐桦叶绿体基因组结构,筛选SSRs分子标记和桦属叶绿体基因组高变区,采用高通量测序技术完成盐桦叶绿体基因组测序并与其近缘种进行比对分析。【方法】采集盐桦幼叶,使用TIANGEN试剂盒提取DNA并利用HiSeq Xten测序平台进行测序。以欧洲矮桦叶绿体基因组作为参考,使用MITObim v1.8和NOVOplasty软件拼接组装盐桦叶绿体基因组,并利用生物信息学手段进行特征分析。【结果】利用质量控制后的30 000 000条clean data,成功拼接完成序列全长为160 648 bp的盐桦叶绿体基因组,NCBI登录号为MG674393。其中,大单拷贝(LSC)区段长度89 553 bp,GC含量33.7%,小单拷贝(SSC)区段长19 027 bp,GC含量为29.7%,2个反向重复区(IRs)区段均为26 034 bp,GC含量42.5%。成功注释了盐桦叶绿体基因组共114个基因,其中包括79个蛋白编码基因,31个tRNA基因和4个rRNA基因。盐桦叶绿体基因组含有91个SSRs位点,其中33个SSRs均由A或T组成。SSRs主要分布于LSC区,56个SSRs位于LSC区,13个SSRs位于SSC区,而IRs区有22个SSRs。对盐桦和欧洲矮桦叶绿体全基因组进行比对分析,结果显示ndhC-trnV、petA-psbJ、rpl22-rps19区域的核酸变异度(π0.2)显著高于其他区域,高变区的位置都位于LSC区,而IRs区和SSC区内2种植物变异度较小。正选择分析显示ycf1,rpoC1,rpl2与ndhA 4个基因出现正选择信号。盐桦、欧洲矮桦与其他双子叶植物共14条叶绿体全基因组序列通过MP、NJ方法进行聚类分析,MP和NJ树中的11个节点中有9个支持度为100%。支持盐桦和欧洲矮桦亲缘关系最近,桦木属物种与天目铁木在同一分支。【结论】通过高通量测序和生物信息学分析,得到盐桦叶绿体基因组。比对分析表明结构、基因组成和SSRs分布都与欧洲矮桦叶绿体基因组相似,二者在3个片段区域存在较高的核酸多态性,可作为桦属植物叶绿体基因组高分辨率的分子条形码。正选择分析确定有4个基因出现正选择信号(ycf1,rpoC1,rpl2,ndhA)。本研究结果可为极小濒危植物盐桦的保护工作提供重要的遗传背景信息。     

大熊猫分布区近半个世纪逐日气温空间插值分析

目的高时空分辨率的气温分布是准确模拟物种适宜分布区的基础。大熊猫分布区是全球35个生物多样性热点区之一，属于典型山地地形。方法为了有效消除海拔效应在气温空间插值中的误差，本研究基于线性递减率调整法(linear lapse rate adjustment, LLRA)对大熊猫分布区42个气象站点1960—2010年的日最高气温(daily maximum temperature，dT_max)、日最低气温(daily minimum temperature，dT_min)和日平均气温(daily mean temperature，dT_mean)进行了空间插值，评估了LLRA插值法的准确度，并分析了近半个世纪大熊猫分布区气候变暖的格局。结果结果表明，使用LLRA法校正误差的局域递减率插值，准确度明显高于全球平均递减率和初步局域递减率；大熊猫分布区将近90%的区域dT_max、dT_min和dT_mean同时显著上升，上升最快的地区主要集中在秦岭和岷山西北部；dT_max、dT_min和dT_mean显著上升的中位速度分别为每100年上升1.68、2.32和1.77 ℃，超过3/4的区域dT_min上升速度大于dT_max；在气象站点代表的低于3 500 m的海拔范围内，dT_min和dT_mean的变化速度随海拔上升表现出显著增加趋势，且dT_min的上升趋势大于dT_mean。结论本研究证明了LLRA法能有效消除海拔效应在气温空间插值时造成的误差，提高山地气温空间插值的准确度。研究发现，大熊猫分布区近半个世纪经历了显著变暖，由LLRA插值获得的逐日气温分布图可为进一步评估变暖对大熊猫分布区珍稀濒危物种的分布影响、制定相应的保护规划提供基础。      

雌雄异株植物生长释放/抑制判定及其气候解释

利用树轮学方法,以长白山雌雄异株植物红豆杉、山杨和水曲柳为研究对象,通过判定雌雄异株树种生长释放/抑制事件及其与气候因子的关系,以期揭示物种属性和性别因素对树木生长释放/抑制事件的影响及其对气候响应机制的差异性。结果表明:3种雌雄植株的生长释放事件大多发生在幼龄阶段,生理特征差异也可能导致不同雌雄植株发生生长释放事件的时间和频率存在一定差异性。性别因素对山杨和红豆杉雌雄植株的生长释放存在显著影响,山杨雌株和红豆杉雄株对外界环境干扰更为敏感,水曲柳雌雄株对环境干扰的响应差异不明显;山杨更易受到外界环境干扰发生生长释放事件;水曲柳植株发生生长释放/抑制事件可能与林窗干扰有关。红豆杉和山杨的生长释放事件与气候因子具有显著相关关系,红豆杉雄株与温度、降水则存在显著正相关关系(P0.05),山杨雄株与温度、降水则存在显著负相关关系(P0.05),山杨雌株与降水呈显著负相关关系(P0.05),植株的生长释放/抑制事件对气候的响应与树木径向生长--逐月气候因子的关系有所不同。因此应当考虑生长--气候因子之间的非线性关系以及物种和性别因素对生长--气候关系的影响,以期完善植株生长对气候的响应机制。      

接种蚯蚓和添加凋落物对油松人工林土壤养分和微生物量及活性的影响

目的森林凋落物在森林地上和地下养分传输过程中发挥着不可替代的作用, 大型土壤动物蚯蚓可以通过取食、消化、排泄、掘穴等活动影响凋落物的分解, 从而对土壤养分和微生物产生影响。本文研究了凋落物添加和威廉环毛蚓接种对油松人工林土壤pH、有机碳(SOC)、全氮(STN)、微生物生物量碳(SMBC)、微生物熵(qMB)的影响。方法本研究通过室内培养实验设置4种处理:(1)对照(S); (2)添加油松叶凋落物(SP); (3)接种蚯蚓(SE); (4)接种蚯蚓+油松凋落物(SPE)4种处理, 分别在培养后第7、14、21、28、42、56天进行土壤样品取样。结果结果表明:在整个培养期, SE处理下土壤pH均比同期S处理高, 但没有达到显著水平(P>0.05);SPE处理土壤pH均比同期S处理高, 但没有达到显著水平(P>0.05);无论是否添加叶凋落物, 在各个培养期接种蚯蚓都对SOC和STN无显著影响(P>0.05)。到培养结束时, SE处理使SMBC和qMB分别降低了10.8%和10.9%;在各个取样期, SP处理土壤的SMBC和qMB较对照处理有显著提高(P < 0.05), 到培养结束时, SP处理使SMBC和qMB分别升高了52.3%和33.6%;在各个取样期, SPE处理和SP处理土壤的SMBC和qMB差异显著, 到培养结束时, 与SP处理相比, SPE处理使SMBC和qMB分别升高了19.5%和19.3%(P < 0.05)。结论本研究表明, 添加凋落物可以提高土壤有机碳向微生物量碳的转化效率, 且在凋落物中添加蚯蚓可进一步促进这种作用。      

长白山阔叶红松林乔木幼苗年际动态及影响因素

以长白山原始阔叶红松林样地为平台,对样方中胸径1 cm的乔木幼苗进行监测,基于2006—2014年的调查数据对该群落中乔木幼苗的物种组成、数量特征、新生与死亡动态以及影响幼苗存活的因素进行分析。结果表明:1)群落乔木幼苗近10年物种组成变化较小,每年都可以监测到9个常见种。2)幼苗个体的大量萌发和大量死亡导致群落乔木幼苗数量有较大的年际变化,其中最多年份幼苗密度可达38.9 株/m2,而最少年份仅有3.8 株/ m2。3)不同年份群落乔木幼苗年龄组成中1年生幼苗数量最多,部分年份略有差异。随着幼苗年龄的增加,幼苗数量不断减少。幼苗总体数量同幼苗新生数量动态变化是一致的,幼苗死亡的峰值较幼苗总体峰值有1年的时滞。4)群落水平上幼苗存活与同种大树胸高断面积和林冠开阔度呈显著正相关,与异种幼苗邻体呈显著负相关。群落中幼苗个体大量萌发和大量死亡的现象证明该群落存在明显的更新限制,在一定程度上有利于群落的物种共存。近10年的幼苗监测有助于我们更加准确地认识群落更新过程,因而长期的动态监测十分必要。      

演替和气候对阔叶红松林土壤有机碳密度的影响

东北阔叶红松林及其次生林是我国重要的森林碳库,土壤中储存着大量的有机碳。本研究调查了纬度梯度上的4个典型地点(长白山、蛟河、五营和胜山)不同演替阶段(杨桦林、硬阔叶林、红松近熟林和成熟林)的土壤有机碳密度(SOCD),并分析了总SOCD(0~60 cm)、表土层SOCD(0~20 cm)与演替、气候等因素的关系。结果表明:各研究地点的总SOCD、表土层SOCD和表土层占总SOCD的比例随演替的进展并没有一致的变化趋势。总SOCD与纬度、最冷月均温、年降水量和温暖指数无显著关系;表土层SOCD、表土层/总SOCD比例随纬度增加而显著降低,随最冷月均温升高而显著上升。多元分析表明,气候因子本身对表土层SOCD的解释力高于对总SOCD的解释力,演替阶段对3个SOCD变量的解释力均不显著,但演替阶段与温度指标(最冷月均温或温暖指数)的交互作用对总SOCD和表土层/总SOCD比例影响显著。此外,坡位对总SOCD和表层SOCD都有显著影响。研究表明,表土层SOCD可能主要受气候梯度和小地形影响;总SOCD的异质性较强、影响因素复杂,气候因子自身对总SOCD的影响较弱,群落特征(生活型、蓄积量)和小地形、以及演替与气候的交互作用对总SOCD的影响显著。      

长白山阔叶红松林乔木树种幼苗组成与空间分布

以长白山阔叶红松林永久样地为平台,基于该群落幼苗、大树的调查数据,对乔木树种幼苗组成进行初步分析,并运用点格局分析法,对群落中幼苗及幼苗与大树相关关系进行研究。结果表明:该群落物种组成较丰富,共调查到乔木树种大树1 802株,隶属于20种,幼苗9 332株,隶属于10种,这些幼苗也是样地内主要乔木树种的组成成分。在1 hm2样地内,共调查到水曲柳(Fraxinus mandshurica)幼苗6 986株,紫椴(Tilia amurensis)幼苗832株,色木槭(Acer mono)幼苗394株,青楷槭(Acer tegmentosum)幼苗250株,花楷槭(Acer ukurunduensis)幼苗123株,假色槭(Acer pseudo-sieboldianum)幼苗289株,簇毛槭(Acer barbinerve)幼苗438株,红松(Pinus koraiensis)幼苗3株,蒙古栎(Quercus mongolica)幼苗10株,怀槐(Maackia amurensis)幼苗7株。从幼苗的空间分布格局来看,优势树种幼苗在小尺度上呈现聚集分布,随着尺度的增大而逐渐趋于随机分布。从幼苗与成树相关关系来看,优势树种的幼苗与大树未表现出显著的相关性。     

污泥与园林废弃物混合堆肥施用量对林地土壤重金属质量分数及微生物活性的影响

  目的  研究了城市污泥与园林废弃物混合堆肥在人工林地施用2 a后重金属质量分数和土壤微生物活性的变化,以期为城市污泥产品在林业上的资源化利用提供科学依据。  方法  在榆树Ulmus pumila林地设计随机区组试验,根据堆肥中污泥含量设置4种混合堆肥施加量水平(0、15、30、60 t·hm?2),施用2 a后采集土样测定其中铬、铅、铜、锌、镉和镍等7种重金属指标(总量及形态)、土壤微生物碳氮质量分数、土壤呼吸强度及4种土壤酶活性等7种土壤微生物指标,分析不同施肥量对林地土壤质量的影响。  结果  污泥堆肥施用2 a后,6种重金属总量有一定的增加趋势,但各施加量之间差异不显著,同时不同形态的质量分数变化较小,表明土壤中重金属总体污染风险较低;土壤酶和微生物碳氮随施加量增加无明显变化趋势,但施肥样地的土壤酶指数和土壤呼吸强度都比对照样地高,表明施污泥堆肥提高了土壤微生物活性。  结论  污泥堆肥的施加量低于30 t·hm?2时,榆树林生态系统可承受其增加的重金属风险并提高土壤微生物活性,改善土壤质量。图1表4参22