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土壤增温、隔离降水及其交互作用对杉木细根呼吸、形态及二者关系的影响

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应用与环境生物学报 2024年第2期30卷 254-261页

作者：曲泽坤陈廷廷姜琦贾林巧陈玉琪王小红陈光水福建师范大学地理科学学院福州350007 福建师范大学湿润亚热带生态地理过程教育部重点实验室福州350007

杉木根系呼吸(特别是细根呼吸)能表征根组织新陈代谢水平,为根养分吸收提供能量(如ATP),对亚热带森林生态系统碳平衡有重要作用,但其对全球变暖、降水减少及其交互作用的响应则尚不清楚.在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站... 详细信息

杉木根系呼吸(特别是细根呼吸)能表征根组织新陈代谢水平,为根养分吸收提供能量(如ATP),对亚热带森林生态系统碳平衡有重要作用,但其对全球变暖、降水减少及其交互作用的响应则尚不清楚.在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站对杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗开展土壤增温和隔离降水双因子控制试验,包括对照(CT)、土壤增温5℃(W)、隔离降水50%(P)和土壤增温+隔离降水(WP),采用Oxytherm液相氧电极测定不同径级(0-1 mm、1-2 mm)细根比根呼吸速率,并同时测定根系形态指标,研究土壤增温、隔离降水及两者交互作用对杉木幼苗比根呼吸速率及其与细根形态特征相关关系的影响.结果表明:(1)土壤增温和隔离降水间交互作用对细根比表面积和组织密度均有显著影响,WP处理细根比表面积平均比W处理低31.2%,WP处理细根组织密度平均比CT高26.4%;WP处理细根组织密度平均比W处理高60.9%.此外,P处理1-2 mm细根的组织密度显著高于未进行P处理.(2)增温和降水减少对比根呼吸速率的影响并不存在交互作用;P处理1-2 mm的比根呼吸速率显著低于未进行P处理,但P处理对0-1mm细根比根呼吸速率无显著影响;(3)细根比根呼吸速率与比根长呈显著的正相关关系,且这种相关关系不受土壤增温、隔离降水及两者交互作用的影响.由此可见,1-2 mm细根比根呼吸速率主要受降水减少的影响而降低,这主要与降水减少导致1-2 mm细根组织密度增加以提高水分运输能力有关.此外,土壤增温、隔离降水及其交互作用并不会改变细根比根呼吸速率与细根形态特征间关系,细根比根呼吸速率与细根形态特征间稳定的相关关系可用于预测气候变化下根系呼吸速率的变化.(图5表3参63)

关键词：土壤增温隔离降水交互作用细根形态比根呼吸速率

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隔离降水对杉木幼树细根生理特征的影响

热带亚热带植物学报 2023年第6期31卷 835-844页

作者：陈心怡吴晨黄锦学熊德成杨智杰福建师范大学福建省植物生理生态重点实验室福州350007 福建师范大学地理科学学院福州350007 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建三明365002

为揭示亚热带地区杉木(Cunninghamia lanceolata)对干旱的响应机制,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站,对隔离降水环境下杉木幼树细根生理特征进行研究。结果表明,隔离降水处理的土壤湿度显著下降(P0.05),表明其细根保持着... 详细信息

为揭示亚热带地区杉木(Cunninghamia lanceolata)对干旱的响应机制,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站,对隔离降水环境下杉木幼树细根生理特征进行研究。结果表明,隔离降水处理的土壤湿度显著下降(P0.05),表明其细根保持着低水平的膜脂氧化损伤;脯氨酸和谷胱甘肽含量较对照显著增加(P降水隔离导致的过氧化氢积累一定程度上促使谷胱甘肽显著提高,二者呈极显著正相关(P降水减少条件下杉木能通过其细根的渗透物质和内源激素等非酶促物质进行综合调节,以有效适应土壤湿度的显著降低。

关键词：隔离降水杉木细根抗氧化系统内源激素

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增温及隔离降水对杉木幼树细根生物量、形态及养分特征的影响

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热带亚热带植物学报 2022年第4期30卷 509-517页

作者：吴帆熊德成周嘉聪魏智华郑蔚张丽杨智杰福建师范大学福建省植物生理生态重点实验室地理科学学院福州350007 福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站福建三明365000

为揭示全球变暖和降水格局改变对我国中亚热带地区森林生态系统地下生态过程的影响,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站内开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼树土壤增温和隔离降水双因子试验,研究增温和隔离降水在夏季对... 详细信息

为揭示全球变暖和降水格局改变对我国中亚热带地区森林生态系统地下生态过程的影响,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站内开展杉木(Cunninghamia lanceolata)幼树土壤增温和隔离降水双因子试验,研究增温和隔离降水在夏季对杉木幼树细根生物量、形态及养分特征的影响。结果表明,增温(+5℃,W)、隔离降水(-50%,P)和增温+隔离降水(WP)处理的细根总生物量分别比对照(CT)显著降低35.7%、51.7%和59.1%,P和WP处理的细根总生物量分别比W处理显著降低24.9%和36.4%;W、P和WP处理的0~1 mm细根比根长(specific root length,SRL)比对照均显著增加,而0~1和1~2 mm细根比表面积(specific root area,SRA)均无显著变化;与对照相比,W处理的细根N含量、C/N和δ^(15)N均无显著变化,P处理的细根N含量和C/N分别显著增加和下降,WP处理的细根N含量和δ^(15)N显著增加,而C/N显著降低。因此,未来在全球变暖和降水减少的双重环境胁迫下,调整表层细根形态特征可能不是杉木幼树的主要应对策略;而相较于温度升高,降水减少可能是影响杉木幼树细根生物量及表层化学元素分配的主要环境因子。

关键词：土壤增温隔离降水细根生物量养分氮同位素

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增温与隔离降水对亚热带杉木幼树生物量分配与碳库特征的影响

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增温与隔离降水对亚热带杉木幼树生物量分配与碳库特征的影响

作者：纪娇娇福建师范大学

学位级别：硕士

森林植被是森林生态系统中的重要组分,全球变化对森林的影响受到越来越多人的重视。亚热带地区作为温带与热带的过渡区,对环境变化更加敏感。我国亚热带地区森林资源丰富,固碳潜力不容忽视,评估未来气候变化对亚热带森林植被生长以及固... 详细信息

森林植被是森林生态系统中的重要组分,全球变化对森林的影响受到越来越多人的重视。亚热带地区作为温带与热带的过渡区,对环境变化更加敏感。我国亚热带地区森林资源丰富,固碳潜力不容忽视,评估未来气候变化对亚热带森林植被生长以及固碳能力的影响具有重要意义。本研究采用模拟增温和隔离降水的方法对杉木幼树生物量分配和碳库特征进行探究。依托福建三明森林生态系统与全球变化研究站,在野外原位增温与隔离降水实验平台共设置20个2 m×2 m实验小区,包括对照（CT）、隔离降水（P）、增温（W）、增温与隔离降水交互作用（WP）4种处理,每个处理5个重复。于2014年3月开始实验,2018年4月对增温和隔离降水处理四年后的杉木幼树进行皆伐,对杉木幼树地上部分枝、干、叶、皮四种器官和地下部分不同土层不同径级根系生物量进行收获,对各器官碳含量进行测定并计算杉木幼树碳库,以揭示气候变化对植物生长策略的影响。本文主要结论如下:（1）增温处理没有显著改变杉木幼树生物量和碳库储量。叶、枝、皮、干四个器官的生物量和碳库储量均没有显著变化,但分配至20-50 mm径级根系生物量和碳含量均显著下降,而2-5 mm和5-10 mm径级根系生物量显著增加。（2）隔离降水处理促进杉木幼树生长,树高、胸径、地上和地上生物量的积累均显著增加,特别是树干和较大径级根系生物量,树干生物量显著增加64.80%（P＜0.05）.,5-10 mm和10-20 mm径级根系生物量分别显著增加59.20%和63.70%（P＜0.05）。隔离降水处理不仅促进杉木幼树生长的增加,还显著提高地上、地下和总碳库。（3）增温与隔离降水交互作用抑制杉木幼树的生长,总生物量和碳库储量显著下降,地上部分总生物量和碳库储量分别显著下降33.16%和33.40%（P＜0.05）.。增温与隔离降水处理导致土壤水分显著下降,杉木幼树将生物量和碳含量优先分配至地下,保证根系的生长。（4）增温、隔离降水、增温与隔离降水交互作用导致表层土壤含水率分别显著下降19%、12.50%和37.92%（P＜0.05）。土壤水分的下降抑制表层根系生物量的积累,为了吸收更多的水分和养分,杉木幼树将更多的生物量分配至40-60 cm土层。

关键词：土壤增温隔离降水杉木生物量分配碳库

土壤增温隔水处理对杉木幼林材管胞形态的影响

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西北林学院学报 2021年第3期36卷 210-217页

作者：盛佳乐吴小莲刘偲杨智杰杨玉盛关鑫林金国福建农林大学材料工程学院福建福州350100 福建师范大学地理科学学院福建福州350007

采用地下管道进行土壤增温5℃与透明U型管隔离降水50%的方法,人工模拟21世纪末全球气候变暖大环境下闽西北中亚热带地区杉木的生长环境。借助生物数码显微图像分析系统测定了土壤增温隔水处理对杉木幼林材管胞形态的影响规律。结果表明... 详细信息

采用地下管道进行土壤增温5℃与透明U型管隔离降水50%的方法,人工模拟21世纪末全球气候变暖大环境下闽西北中亚热带地区杉木的生长环境。借助生物数码显微图像分析系统测定了土壤增温隔水处理对杉木幼林材管胞形态的影响规律。结果表明,土壤增温5℃极显著降低了杉木幼林材管胞长度、宽度、腔径和长宽比,显著提高了杉木幼林材管胞壁腔比,而对杉木幼林材管胞壁厚影响不显著;隔离降水50%极显著降低了杉木幼林材管胞宽度、壁厚和腔径,极显著提高了杉木幼林材管胞长宽比,而对杉木幼林材管胞长度、壁腔比影响不显著;土壤增温5℃且隔离降水50%极显著降低了杉木幼林材管胞的壁厚,显著降低了杉木幼林材管胞的长宽比;土壤增温对杉木幼林材管胞形态的影响总体上大于隔离降水。研究结果为全球变暖大环境下杉木人工林木材品质定向培育及其合理利用提供理论依据。

关键词：杉木幼林材土壤增温隔离降水管胞形态

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土壤增温隔水处理对杉木幼林材特性的影响

土壤增温隔水处理对杉木幼林材特性的影响

作者：盛佳乐福建农林大学

学位级别：硕士

20世纪以来,大量温室气体排放造成的全球气候变暖直接或间接影响着林木的生长和材性。探明木材材性对全球气候变暖的环境响应对指导人工林材质定向培育及其合理利用具有重要意义。本论文以亚热带低纬度地区重要树种杉木为研究对象,采用... 详细信息

20世纪以来,大量温室气体排放造成的全球气候变暖直接或间接影响着林木的生长和材性。探明木材材性对全球气候变暖的环境响应对指导人工林材质定向培育及其合理利用具有重要意义。本论文以亚热带低纬度地区重要树种杉木为研究对象,采用地下管道进行土壤增温5℃与透明U型管隔离降水50%的方法,人工模拟21世纪末全球气候变暖大环境下杉木的生长环境,取样测定了土壤增温5℃（W）、隔离降水50%（P）、土壤增温5℃且隔离降水50%（WP）三种处理以及对照组（CK）杉木幼林材的解剖特性、物理性能、化学成分和木质素结构,较为系统分析了土壤增温隔水处理对杉木幼林材特性的影响规律,为全球变暖大环境下杉木人工林木材品质定向培育及其合理利用提供理论依据。论文研究的主要结论如下:（1）四种不同土壤增温隔水处理条件下杉木幼林材管胞长度、宽度、腔径、壁厚、长宽比均随着生长轮年龄的增大而增大,而微纤丝角随着生长轮年龄的增大而减小;杉木幼林材管胞微纤丝角与腔径呈高度负相关;与对照组相比,土壤增温5℃与隔离降水50%都能降低杉木幼林材的管胞长度、宽度、腔径和壁厚,不同的是前者降低了杉木幼林材管胞的长宽比,后者则提高了管胞长宽比;土壤增温5℃对杉木幼林材管胞长度、宽度、腔径、长宽比的影响较隔水50%大,而隔离降水50%对杉木幼林材管胞壁厚的影响较土壤增温5℃大。（2）四种不同土壤增温隔水处理条件下杉木幼林材基本密度差异不显著（p＜0.05）;隔离降水50%组、土壤增温5℃、土壤增温5℃且隔离降水50%组杉木幼林材间的孔隙率差异不显著（p＜0.05）,但与对照组均差异显著;土壤增温5℃对杉木幼林材实质密度影响不显著,隔离降水50%能显著降低杉木幼林材的实质密度,土壤增温与隔离降水协同作用能显著提高杉木幼林材的实质密度;土壤增温和降水隔离处理均能显著提高了杉木幼林材的孔隙率;XRD分析表明,土壤增温5℃能显著降低杉木幼林材纤维素的结晶度,隔离降水50%对杉木幼林材纤维素的结晶度影响不显著（p＜0.05）,土壤增温5℃对杉木幼林材纤维素结晶度的影响大于隔离降水50%,四组不同处理条件下杉木幼林材纤维素微晶宽差异不显著（p＜0.05）。土壤增温5℃处理能极显著改变杉木幼林材的颜色,达到可肉眼觉察程度。（3）GPC分析表明,土壤增温和隔离降水均提高了杉木幼林材纤维素的分子量和聚合度,降低了其多分散性。隔离降水50%提高了杉木幼林材的纤维素含量;土壤增温和隔离降水均显著提高了杉木幼林材的半纤维素含量,且土壤增温对杉木幼林材半纤维素的影响较隔离降水大;土壤增温和隔离降水均不同程度降低了杉木幼林材木质素含量;土壤增温5℃和隔离降水均不同程度增加了杉木幼林材苯醇抽出物含量,土壤增温和隔离降水降低了杉木幼林材1%Na OH抽出物的含量且土壤增温的影响大于隔离降水。FTIR分析表明,土壤增温和隔离降水处理条件下杉木幼林材纤维素的横向顺序指数较对照组呈不同程度的降低,且隔离降水50%影响最大。XPS分析表明,土壤增温和隔水处理使杉木幼林材C-C、C=C或C-H含量提高,使杉木幼林材C-O、C=O或C-O-C含量降低,使杉木幼林材O=C-O含量提高;土壤增温处理组氮元素相对含量明显提高,有效提高杉木的氮吸收量。（4）Py-GC-MS分析表明,土壤增温隔水处理条件下杉木幼林材4,4’-（1-甲基亚乙基）双酚（24.17min）含量变化最大。CK组、WP组、W组、P组杉木幼林材的4,4’-（1-甲基亚乙基）双酚含量分别为7.28%、1.06%、0.89%和2.36%。由此可见,土壤增温处理与隔离降水均极大抑制了杉木幼林材木质素中4,4’-（1-甲基亚乙基）双酚的合成,而且增温处理对其影响较大;土壤增温隔水也使杉木幼林材松柏醇（19.72min）发生了很大的变化,CK组、WP组、W组、P组杉木幼林材的松柏醇含量分别为2.75%、6.58%、8.28%和3.81%;这可能是由于土壤增温5℃处理极大地抑制了杉木体内CAD基因对木质素合成的调控行为,导致松柏醛合成松柏醇过程受促;土壤增温与隔水处理对杉木幼林材中呋喃及醇比例基本没有影响,土壤隔离降水50%能有效提高杉木幼林材中的羰基含量;四种不同处理条件下杉木幼林材最主要的热裂解产物为芳香族化合物,其含量依次为CK＞WP＞W＞P,与木质素含量变化吻合;杉木幼林材热裂解产物中紫丁香基木质素成分主要为3,4-二甲氧基苯丙酮、4-羟基-3,5-二甲氧基苯甲醇、3,4,5-三甲氧基甲苯和4-甲基-2,6-二甲氧基苯酚,紫丁香基木质素在杉木幼林材木质素中所占比例均为2%左右,土壤增温与隔水处理对杉木幼林材G木质素与S木质素相对比例影响不显著。

关键词：杉木幼林材土壤增温隔离降水木材特性