黄栌幼苗根系构型对土壤养分胁迫环境的适应性研究

目的通过研究黄栌幼苗根系构型对土壤养分胁迫环境的适应性，探讨黄栌根系构型在土壤养分供应不足环境中的适应对策。方法试验材料为一年生黄栌幼苗，采用盆栽模拟控制试验，设置养分充足（即全土，土壤含沙比例0，CK），轻度养分胁迫（土壤含沙比例30%，N₁），中度养分胁迫（土壤含沙比例50%，N₂），重度养分胁迫（土壤含沙比例70%，N₃）和极度养分胁迫（即全沙，土壤含沙比例100%，N₄）5个梯度，分别在移栽后第31、38、45、52和59天取样，研究幼苗根系分枝模式、几何特征和不同径级细根形态在上述养分环境中的变化规律。结果（1）CK处理幼苗的根系拓扑指数（TI和DBI）最大，最长链接路径的链接数（a）、根系外部链接数（μ）以及所有链接路径的链接总数（P_e）最小。N₁环境中，幼苗的TI和DBI最小，a、μ和P_e最大，分别比CK高53.2%、131.6%和194.7%。（2）N₁、N₂、N₃和N₄处理中:幼苗比根长（SRL）、比表面积（SRA）和分枝密度（RBI）逐渐增大，其中，N₄处理幼苗的SRL、SRA和RBI分别比CK高67.7% ~ 157.4%、52.3% ~ 120.7%和14.7% ~ 42.1%；根尖数量（RT）、根链接数量（RLN）、根链接总长度（RLTL）和分枝数量（RF）逐渐减小，以N₁处理为最大，分别比CK高95.0% ~ 279.6%、104.3% ~ 247.4%、77.4% ~ 193.5%和102.6% ~ 235.0%；根链接平均长度（RLAL）、根链接平均直径（RLAD）和根组织密度（RTID）均呈减小趋势，以N₄处理最小，分别比CK低15.2% ~ 22.7%、9.3% ~ 21.4%和32.4% ~ 42.7%。（3）CK环境中，SRL和SRA的正相关系数最大（0.951），N₄环境中，RF与RLN之间和RLAL和RLAD之间的正相关系数最大（分别为0.989、0.904）。N₁、N₂和N₃处理的RBI和RLAL之间的负相关系数分别为? 0.915、? 0.889和? 0.893。（4）N₃和N₄处理中，0 ~ 0.50 mm范围内细根的平均长度比例、平均表面积比例、平均体积比例和平均根尖数量比例均高于其他处理，分别达86.3%和86.1%、67.6%和66.7%、40.2%和38.1%、98.6%和98.4%，而上述指标在CK处理中均为最低，分别为80.9%、59.4%、32.2%和97.2%。结论（1）土壤养分充足时，黄栌根系最接近分枝少且结构相对简单的鲱鱼骨分枝模式，具有向土壤深处延伸生长的倾向。轻度胁迫环境中，黄栌构建了分枝多、次级根重叠度高的叉状分枝模式，主、侧根尽可能地主动向距离根基较远的土壤中拓展以吸收更大范围内的养分。中度、重度和极度胁迫环境中，幼苗为减少碳消耗而采取相对简单化的根系结构对策，根系通过形成短而细的密集横向分枝（以细根为主）而加强原位利用养分能力。（2）改变根系构型几何特征参数间的协同或权衡关系、实现自身资源利用的经济化，也是黄栌应对不同土壤养分环境的重要方面。（3）从全土到极端严重胁迫环境，0 ~ 0.50 mm范围细根的分化明显增强。重度胁迫逆境时，0 ~ 0.50 mm的细根是幼苗吸收养分的重要活跃位点。极度胁迫逆境时，黄栌通过促进产生一定数量的寿命相对较长、周转速率相对较慢的细根（0.50 ~ 2.00 mm）以减少细根周转对碳的消耗，从而维持根系资源利用效率。      

黄栌幼苗在持续干旱胁迫环境中的表型适应对策

以1年生黄栌(Cotinus coggygria)播种苗为供试材料进行控制土壤水分梯度的大田模拟试验,设置3个水分处理水平,探讨黄栌幼苗形态及生长性状和资源利用与分配性状在持续干旱胁迫环境中的适应对策。结果表明,随着土壤水分含量的降低,叶片数量、叶片厚度、茎长度和茎体积均呈显著下降趋势,而根系表面积、根系体积和根系平均直径则均显著增加;干旱显著降低了幼苗的比叶面积、叶片面积比例、茎生物量比例、叶根生物量比和茎根生物量比,而比茎长、根冠比、比根表面积、根表面积比例、根叶面积比例和根生物量比例则随着干旱程度的加剧显著上升。主成分分析表明,根系形态结构的发达程度及对根茎叶的资源配置是决定黄栌适应干旱逆境对策的重要方面,根系表面积、根系体积、根系直径、比根表面积、根系表面积比例和根叶面积比例是衡量黄栌苗木适应干旱生态对策的重要指标。研究结果可为华北地区应对未来干旱气候选择耐旱造林材料提供理论参考。     

侧柏人工林林分结构与色彩斑块间的耦合关系

目的色彩是森林景观中最易影响感官的信息要素，也是衡量景观质量高低的重要指标，而林分结构是影响林内景观质量的重要因子。本文旨在通过林分结构与色彩斑块的耦合关系，对北京山区侧柏人工风景林林内景观质量的影响机理进行探讨。方法采用主成分分析构建林分结构因子，通过灰色关联度分析研究林分结构与景观色彩斑块的耦合关联程度，并结合单因素方差分析和多重比较的方法研究两者间的变化规律。结果(1) 4个因子对林分结构的影响程度依次为:林内空间因子＞植被生长因子＞林木高度因子＞林内竞争因子。(2)林分结构与景观色彩斑块的耦合关联度为0.6，属弱协调程度。其中，相关关系耦合度较大的指标包括:林内空间因子与色彩最大斑块比例(LPI)和斑块色彩多样性(SHDI)、植被生长因子与色彩斑块分离度(SPL)和色彩对比度(CPC)、林木高度因子与SHDI、SPL和CPC、林内竞争因子与色彩斑块亮度(CPB)。(3)植被生长仅在中低水平上对LPI有显著影响；林下相对高度仅在较高水平时对CPB和CPC有显著影响；而林内竞争程度在中低水平上对CPB和CPC有显著影响，在较高水平上对SPL有显著影响。结论侧柏人工风景林林内景观色彩斑块与林分结构属中等关联程度，林分结构因子对色彩斑块的影响存在差异:不同林分结构因子所影响的色彩斑块指标、同一林分结构因子在不同水平上所影响的色彩斑块指标以及对色彩斑块的影响程度不尽相同，两者间存在相对复杂的耦合关系。      

北京山区侧柏人工林林内景观质量分级技术

北京山区侧柏Platycladus orientalis人工林在发挥生态服务功能的同时,其景观质量也备受关注,林内景观质量受美学质量和林分结构质量共同影响。综合考虑美学质量与林分结构质量,对北京山区侧柏人工林进行林内景观质量分级。通过相关分析筛选与林内美景度显著相关的林分结构指标,通过因子分析和逐步回归分析构建美景度模型,使用TOPSIS法和系统聚类分析对林内景观质量进行分级。结果显示:①平均胸径、林分密度、平均枝下高、灌木盖度、透视距离、郁闭度、径高比与美景度呈显著相关（P < 0.05）,林下有效空间与美景度呈极显著相关（P < 0.01）;②二次多项式逐步回归模型能够更好地解释林分结构与美景度间的关系;③将山区侧柏人工林分为高质（Ⅰ级）、中等（Ⅱ级）、低质（Ⅲ级）3个等级,选择在各等级间差异显著的平均胸径、林分密度、平均枝下高、径高比、林下有效空间指标作为划分等级的主要参考依据。林内景观质量等级较高的林地,树木粗壮且长势较好,林分密度不宜过大,枝下高较高且林下灌木较低矮,具有一定的林下空间,林内可进入性较高。     

逐渐干旱对牡丹保护酶活性的影响

采用盆栽控水法,对洛阳红、乌龙捧盛2个牡丹品种进行逐渐干旱及复水处理,研究牡丹叶片抗氧化保护酶活性的变化。结果表明,随着土壤相对含水量的逐渐降低,洛阳红、乌龙捧盛叶片的SOD活性均呈先上升后下降趋势。洛阳红、乌龙捧盛叶片的POD活性均随着干旱胁迫程度的增加呈逐渐升高趋势。随着干旱胁迫程度的增加,洛阳红、乌龙捧盛叶片的CAT活性均呈先上升后下降趋势。洛阳红叶片SOD活性与POD活性间存在显著正相关,SOD活性与CAT活性间存在极显著正相关,POD活性与CAT活性间相关性不显著。乌龙捧盛叶片SOD活性与POD活性间存在显著正相关,SOD活性与CAT活性、POD活性与CAT活性间相关性不显著。     

黄栌根系结构与个体健康程度的关系

以北京延庆八达岭国家森林公园红叶岭景区阳坡黄栌纯林为调查对象,采用人工挖掘法,研究黄栌根系结构与个体健康程度的关系。结果表明:健康程度、树木大小及其交互作用对黄栌根系结构影响显著;健康黄栌根系结构各指标显著高于中等健康黄栌和不健康黄栌,不健康黄栌0.0~0.1 mm、2.0~5.0 mm、>5.0 mm直径范围内的根系显著低于健康黄栌;大树的比根长、比根表面积、比根体积、根尖数量、分枝数量、连接数量和平均连接长度分别比小树低71.8%、54.6%、35.4%、59.3%、26.3%、30.1%和6.9%,在0.0~0.2 mm范围内,小树根系结构各指标及其所占比例显著高于大树根系,而在>1.0 mm范围内则显著低于大树根系;黄栌根系的发育能力随着树木老化和健康程度的降低而减弱,不健康黄栌大树的根系发育能力最弱。因此,根系发育程度和结构变化可较好地反映北京地区黄栌健康程度,恢复根系活力可能成为恢复老龄黄栌生命力的重要措施。     

干旱胁迫环境中黄栌幼苗叶功能性状变异与产地地理?气候因子的关系

目的分析持续干旱胁迫环境中不同产地黄栌幼苗叶功能性状的变异规律及差异，并探究产地地理?气候因子对叶功能性状变异的影响。方法采用田间模拟试验方法，选取来自5个产地的黄栌1年生幼苗作为供试材料，设置对照（CK，土壤田间持水量的75% ~ 80%）、中度胁迫（MS，土壤田间持水量的55% ~ 65%）和重度胁迫（SS，土壤田间持水量的35% ~ 45%）3个土壤水分含量梯度，分析干旱胁迫、产地及其二者的交互作用对叶功能性状的影响，并结合主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）分别研究产地分布与地理?气候因子的关系以及产地地理?气候因子对叶功能性状变异程度（TVD）的影响。结果（1）干旱胁迫对幼苗叶功能性状均具有显著影响。其中，SS环境中，叶绿素含量（LChl）、叶相对含水量（RWC）、比叶面积（SLA）和叶片面积比例（LAR）分别比对照低17.61%（P < 0.001）、3.71%（P < 0.001）、10.89%（P = 0.002）和17.22%（P = 0.001），叶干物质含量（LDMC）、叶组织密度（LD）分别比对照高9.04%（P < 0.001）和14.52%（P = 0.009）。（2）黄栌叶功能性状之间的相关性在干旱胁迫环境中具有增强的趋势。其中，SLA与LDMC和LD均呈极显著（P < 0.01）的负相关关系，LDMC和LD之间具有极显著（P < 0.01）的正相关关系，RWC与LChl（P < 0.01）、SLA（P < 0.01）和LAR（P < 0.05）呈极显著或显著的正相关关系。（3）干旱胁迫环境中不同产地叶功能性状具有显著差异。MS处理时，SLA（P = 0.002）、LChl（P = 0.025）和LD（P = 0.026）在产地间具有显著差异；SS处理时，LChl（P < 0.001）、LAR（P < 0.001）和RWC（P = 0.005）存在显著的产地差异。（4）来自北京延庆区幼苗的叶功能性状平均变异程度（所有性状变异程度的平均值）最大，为17.57%，而来自山西运城绛县幼苗的最小，为6.97%。（5）经RDA筛选，最干燥月份降水量（DMP，P = 0.002）、生长季月降水量平均差（GSPD，P = 0.008）、最热月份的最高气温（WMT，P = 0.016）和年平均降水量（ANP，P = 0.036）对幼苗TVD影响显著。其中，DMP与所有性状的变异程度之间均具有不同程度的负相关关系，但与LDMC和LD变异程度之间的负相关性更为显著，GSPD和ANP与SLA和LAR变异程度的负相关性较为显著，WMT与LChl变异程度的正相关性极为密切。结论黄栌叶功能性状在不同干旱胁迫环境中、不同产地间均具有显著差异。产地气候 （尤其是DMP、GSPD、WMT和ANP）是导致干旱逆境中不同产地黄栌叶功能性状发生遗传变异的重要原因。5产地中，山西运城绛县的DMP最高，GSPD和ANP较为适宜，WMT较低，且来自该产地的黄栌叶功能性状在干旱胁迫中的平均变异程度最小，因此较适合引种至华北地区的干旱区域。      

逐渐干旱对牡丹生理指标的影响

以"洛阳红"和"乌龙捧盛"牡丹盆栽苗为试材,研究了逐渐干旱及复水过程中牡丹叶片中渗透调节物质及MDA含量的变化。结果表明:随着水分胁迫程度的增加,2种牡丹的可溶性蛋白质含量呈先升高后降低的趋势;2种牡丹的可溶性糖含量、脯氨酸含量和MDA含量均呈逐渐升高的趋势。相比于重度干旱胁迫,复水后2种牡丹的渗透调节物质含量均有所降低,除"乌龙捧盛"可溶性蛋白质含量差异不显著外,其它指标差异均达显著水平;而相对对照,复水后2种牡丹的渗透调节物质含量升高,但差异均不显著。2种牡丹的MDA含量在复水后比重度干旱胁迫时有所降低,均达差异显著水平;而与对照进行比较,差异不显著。     

黄栌幼苗叶片气体交换对干旱胁迫的短期响应

[目的]本研究探讨不同产地黄栌苗木叶片气体交换特性对土壤水分胁迫的短期响应特点及规律.[方法]采用田间模拟试验,选取北京西山、山东泰山和山西绛县3个产地的1年生黄栌幼苗为供试材料,设置对照(CK,土壤田间持水量的75％ ～ 80％)、中度胁迫(MS,土壤田间持水量的55％～ 65％)和重度胁迫(SS,土壤田间持水量的35％ ～45％)3个水分梯度,利用LI-6400便携式光合测定系统和SPSS 20.0统计分析软件测定和拟合幼苗成熟叶片的光响应曲线(Pn-PAR)及CO2响应曲线(Pn-Ci),根据非线性最小二乘法的Levenberg-Marquardt迭代原理计算各光合参数.[结果]1)黄栌幼苗的CO2同化能力随干旱胁迫程度的加剧及胁迫时间的增加显著(P＜0.05)下降,主要原因是持续干旱胁迫环境中幼苗叶片CO2传导及光合电子传递受阻、光能利用率下降.受重度胁迫处理幼苗的CO2气孔导度+叶肉导度(gsc+gm)、表观量子产量(AQY)、光饱和点-光补偿点(LSP-LCP)、最大电子传递速率(Jmax)和最大电子传递速率/最大羧化速率(Jmax/Vc,max)分别比对照低50.5％,12.0％,21.0％,37.9％和16.9％,干旱胁迫环境中幼苗的gsc,gm,AQY,LSP-LCP,Jmax/Vc,max在胁迫后期比胁迫中期分别低18.7％,81.0％,19.3％,4.6％,5.5％.2)水分亏缺可在一定程度上刺激黄栌幼苗提高弱光利用效率及CO2羧化速率.3)受中度胁迫处理黄栌苗木的CO2气孔限制值(ls)、叶肉扩散限制值(lm)分别比对照高36.9％和25.3％,而受重度胁迫处理幼苗的ls,lm分别比对照高9.7％和103.0％;干旱胁迫环境中黄栌幼苗的平均ls及平均lm在胁迫中期分别比对照高17.7％和46.0％,在胁迫后期则分别比对照高47.0％和71.1％,说明气孔限制和叶肉扩散限制分别是适度干旱胁迫和严重干旱胁迫环境中导致幼苗净光合速率下降的主要原因.4)重度胁迫环境中,山西产地幼苗光饱和时的最大净光合速率(Pn,max)、CO2饱和时的最大净光合速率(Amax)、Rubisco活性和数量限制的最大净光合速率(Ac,max)、RuBP再生限制的最大净光合速率(Aj,max)、Vc,max、磷酸丙糖利用速率(VTPU)的降幅(相对胁迫处理前)分别比北京产地和山东产地的幼苗高38.0％和50.3％、40.7％和46.3％、45.7％和51.2％、52.4％和54.2％、47.3％和55.8％、55.5％和82.6％,而山西产地受持续干旱胁迫处理幼苗的LCP和暗呼吸速率(Rd)分别比北京产地和山东产地的幼苗低31.2％和47.5％、27.2％和9.2％.[结论]北京西山、山东泰山和山西绛县3个产地黄栌幼苗对持续干旱胁迫环境反应的敏感性具有显著差异.总体而言,重度胁迫环境中山东泰山幼苗叶片的碳同化能力显著高于北京产地和山西产地,而北京产地幼苗叶片的碳同化能力显著高于山西产地.持续干旱胁迫环境中山西产地幼苗的CO2扩散阻力及光合电子传递阻力显著高于其他两产地,而该产地的LCP及Rd均高于其他两产地,因此,山西产地黄栌幼苗光合参数对水分亏缺的反应较北京产地和山东产地剧烈,但该产地幼苗通过降低光补偿点及暗呼吸代谢水平以保证光合同化产物积累的能力相对较强.     

3种典型绿化植物叶功能性状对大气污染的响应及其叶经济谱分析——以北京市为例

为了解植物叶功能性状对大气污染的响应,以生长在北京市海淀区轻度污染区的海淀万柳(E1)、交通尾气重度污染区的西直门(E2)及相对清洁区的奥林匹克森林公园(CK)的典型绿化树种国槐Sophora japonica、栾树Koelreuteria paniculata和白蜡Fraxinus pennsylvanica为研究对象,测定植物叶片功能性状,进一步研究其权衡策略并分析叶经济谱的位置。结果表明:1)3个研究点的主要大气污染物SO_2、NO_2、PM₁₀和PM_2.5浓度存在显著性差异,表现为E2>E1>CK(P<0.05)。2)随着大气污染程度的增大,3种典型绿化植物的比叶面积(specific leaf area,S_SLA)、叶绿素含量(cholrophyll,C_CHL)和气孔面积(stomatal size,A_SS)显著降低,表现为CK>E1>E2(P<0.05),气孔开度(stomatal aperture,D_SA)也呈下降趋势,但未达到显著水平;叶干物质含量(Leaf dry matter content,C_LDMC),叶组织密度(leaf tissue density,D_LTD)及气孔密度(stomatal density,D_LTD)显著增大,排序表现为E2>E1>CK(P<0.05)。3)3个典型绿化树种的叶功能性状间存在相对一致的相关关系,SSLA与C_LDMC、D_LTD及D_SD间存在显著的负相关关系(P<0.05),C_LDMC与D_LTD、D_SD存在极显著正相关性(P<0.01);D_LTD与D_SA间存在显著正相关性(P<0.05);D_SD与A_SS、D_SA分别呈负相关关系,但差异不显著(P>0.05),相关性与全球尺度上的性状关系基本一致。4)研究认为,全球叶经济谱在城市大气污染的特殊环境下也同样存在,且总体上位于低的S_SLA、ASS、D_SD和_CCHL,高的C_LDMC、D_LTD、D_LTD的"快速投资-收益型"一端。