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兴安落叶松叶化学计量特征与光合性状的权衡及其种源差异

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应用生态学报 2023年第6期34卷 1483-1490页

作者：上官虹玉王传宽全先奎东北林业大学生态研究中心/森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

植物叶化学计量特征与光合性状的变异及其权衡关系能够表征植物对环境变化的响应和生态适应策略。本研究在帽儿山同质园内测定了17个地理种源兴安落叶松叶的化学计量特征[叶碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、C/N、C/P、N/P]和光合性状[最大净... 详细信息

植物叶化学计量特征与光合性状的变异及其权衡关系能够表征植物对环境变化的响应和生态适应策略。本研究在帽儿山同质园内测定了17个地理种源兴安落叶松叶的化学计量特征[叶碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、C/N、C/P、N/P]和光合性状[最大净光合速率(A_(max))、最大光电子传输速率(J_(max))、最大羧化速率(V_(max))],比较化学计量特征和光合性状的种源差异,分析二者的权衡关系及影响因子。结果表明:兴安落叶松叶化学计量特征与光合性状存在显著的种源差异,种源原地气候因子分别解释叶化学计量特征变异的54.8%和光合性状变异的67.2%,叶C、N、P含量和A_(max)、J_(max)、V_(max)均与种源原地干燥度(AI)存在显著正相关关系,C/N、C/P、N/P与AI存在显著负相关关系。冗余分析表明,叶化学计量特征解释了光合性状75.0%的变异,叶C、N、P含量与A_(max)、J_(max)、V_(max)存在显著正相关关系,C/N、C/P、N/P与光合性状均存在显著负相关关系。兴安落叶松叶化学计量特征与光合性状及其协同关系存在种源差异,是树木对种源地气候长期适应的结果。本研究对气候变化下树木的生态适应策略研究具有重要意义。

关键词：化学计量特征光合性状权衡策略种源

兴安落叶松不同径级根碳氮磷钾化学计量特征的种源差异

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应用生态学报 2023年第7期34卷 1797-1805页

作者：刘逸潇王传宽上官虹玉臧妙涵梁逸娴全先奎东北林业大学生态研究中心/森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

为了深入认识树木根化学计量特征的径级差异和种源差异,对生长在同质园内6个种源39年生兴安落叶松不同径级根(根直径为0~1、1~2和2~5 mm)的碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及其计量比进行了研究。结果表明:兴安落叶松根C、N、P、K含量... 详细信息

为了深入认识树木根化学计量特征的径级差异和种源差异,对生长在同质园内6个种源39年生兴安落叶松不同径级根(根直径为0~1、1~2和2~5 mm)的碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及其计量比进行了研究。结果表明:兴安落叶松根C、N、P、K含量及其计量比均存在显著的径级差异,0~1 mm径级根具有最小的C含量、C∶N、C∶P、C∶K,以及最大的N、P、K含量和N∶P、N∶K,且与1~2和2~5 mm 2个径级根具有不同的季节动态,这种差异与0~1 mm径级根是吸收根而其他径级根为运输根有关。各径级根C含量种源差异不显著,N和K含量及C∶N和C∶K均在0~1 mm径级根中存在显著的种源差异,P含量及C∶P、N∶P、N∶K在0~1和1~2 mm 2个径级根中均存在显著的种源差异。0~1 mm径级根N、K含量及C∶P、N∶P、N∶K均与种源原地干燥度呈显著正相关,P含量、C∶N和C∶K均与种源原地干燥度呈显著负相关。根化学计量特征因径级(功能)的不同而产生差异,其中仅0~1(吸收根)和1~2 mm径级根的部分化学计量特征存在种源差异,这可能是对当地种源原地环境长期适应的结果。

关键词：化学计量根兴安落叶松种源适应

松花江下游滨岸带典型植被根际土壤细菌群落结构与功能多样性

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环境科学 2022年第4期43卷 2182-2191页

作者：王露莹孙慧珍杨雪东北林业大学林学院生态研究中心森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

通过分析松花江典型植被(芦苇、白杨、松江柳和修氏苔草)根际土壤细菌群落结构与功能的差异,辨识不同类型植被修复受损滨岸带生境的潜力,为松花江受损滨岸带生境修复和保护提供理论依据.使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对... 详细信息

通过分析松花江典型植被(芦苇、白杨、松江柳和修氏苔草)根际土壤细菌群落结构与功能的差异,辨识不同类型植被修复受损滨岸带生境的潜力,为松花江受损滨岸带生境修复和保护提供理论依据.使用Illumina MiSeq PE300二代高通量测序平台对松花江下游滨岸带的4种典型植被根际土壤细菌16S rRNA进行测序,分析不同植被根际土壤细菌群落组成与功能的差异及其影响因素.结果表明,芦苇根际土壤细菌多样性的Ace、Chao1和Shannon指数显著高于白杨(P5%).硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)和己科河菌门(Rokubacteria)的相对丰度均超过1%.4种典型植被根际土壤细菌群落包括6类一级代谢通路,43类二级代谢通路,其中主要的二级代谢通路(功能基因序列相对丰度>1%)包括14类.碳氮比、土壤pH和有机碳为影响不同植被根际土壤细菌多样性的关键环境因子.由此可见,不同植被在修复滨岸带生境中的效果具有一定差异,湿地植被(松江柳和修氏苔草)有利于土壤细菌多样性的提高和土壤生态系统功能的发挥.

关键词：松花江植被类型土壤细菌群落结构功能预测

东北温带森林不同材性树种木质部解剖和水力性状

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南京林业大学学报(自然科学版) 2023年

作者：张瑞周正虎王传宽金鹰东北林业大学生态研究中心森林生态系统可持续经营教育部重点实验室

【目的】木质部解剖结构影响树木水分运输效率和抗旱能力，进而影响树木的生长和生存，因此，研究木质部解剖和水力性状有利于阐明树木应对环境变化的响应和适应机制。【方法】本研究选择东北温带森林20种主要树种（11种散孔材、5种环... 详细信息

【目的】木质部解剖结构影响树木水分运输效率和抗旱能力，进而影响树木的生长和生存，因此，研究木质部解剖和水力性状有利于阐明树木应对环境变化的响应和适应机制。【方法】本研究选择东北温带森林20种主要树种（11种散孔材、5种环孔材和4种无孔材）为研究对象，比较不同材性树种茎解剖性状和水力性状的差异，并分析水力性状与解剖性状之间的关系。【结果】不同材性树种的解剖性状（导管（管胞）平均直径、最大导管（管胞）直径、导管（管胞）密度、平均导管（管胞）面积、管腔面积占比）和水力性状（理论导水率、水力直径、导管（管胞）机械强度、胡伯尔值）均差异显著（P东北温带森林树木的水力结构，树木茎导水能力依赖于木质部解剖结构和树木水分供需平衡关系。

关键词：木质部解剖理论导水率木材密度胡伯尔值材性

无人机高光谱联合LiDAR估测林分与单木尺度叶绿素含量

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应用生态学报 2023年第8期34卷 2101-2112页

作者：杨涛于颖杨曦光杜红萱东北林业大学森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

叶绿素是表征植被健康状况的重要指标,它的准确估计对森林碳汇评价研究至关重要。本研究通过无人机高光谱数据联合激光雷达点云估计针叶林、阔叶林和针阔混交林林分与单木水平的叶绿素含量,提升叶绿素无损估测精度,全面分析不同尺度叶... 详细信息

叶绿素是表征植被健康状况的重要指标,它的准确估计对森林碳汇评价研究至关重要。本研究通过无人机高光谱数据联合激光雷达点云估计针叶林、阔叶林和针阔混交林林分与单木水平的叶绿素含量,提升叶绿素无损估测精度,全面分析不同尺度叶绿素含量空间分布规律。在无人机高光谱数据与激光雷达点云融合的基础上,结合地面样地实测数据,通过相关性分析筛选与叶绿素含量相关的36个光谱特征变量,采用统计模型多元逐步回归、BP神经网络、萤火虫算法优化的BP神经网络、随机森林和混合数据驱动的机理模型PROSPECT模型构建多个叶绿素估算模型,选取最优模型估算森林叶绿素含量,分析其在林分和单木尺度上水平方向与垂直方向的空间分布规律。结果表明:在统计模型中,随机森林(R^(2)=0.59~0.64,RMSE=3.79~5.83μg·cm^(-2))优于多元逐步回归、BP神经网络和萤火虫算法优化的BP神经网络构建的模型;机理模型验证精度最高(R^(2)=0.97,RMSE=3.40μg·cm^(-2))。不同林分类型叶绿素的含量存在较大差异,阔叶林叶绿素含量为25.25~31.60μg·cm^(-2),高于针阔混交林(13.52~23.93μg·cm^(-2))和针叶林(6.40~13.71μg·cm^(-2)),在垂直方向上,各林分间叶绿素含量存在显著差异。不同单木树种在水平方向上表现为冠层内部的叶绿素含量比冠层外部低,在垂直方向上,樟子松各冠层间叶绿素含量差异不显著,胡桃楸树冠上层与中、下层存在显著差异。采用融合的高光谱图像与激光雷达点云数据,基于混合数据驱动的机理模型可以有效提升不同尺度植被叶绿素含量估测的精度及稳定性。

关键词：无人机高光谱 LiDAR 林分叶绿素

大小龄红松木质部解剖特征的年龄效应及其对气候变化的响应差异

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生态学报 2024年第11期44卷 4876-4888页

作者：张琦苑丹阳王晓春东北林业大学生态研究中心森林生态系统可持续经营教育部重点实验室哈尔滨150040

树龄是影响树木生长的最重要因素之一。在气候变暖背景下,利用树干木质部解剖特征,分析不同树龄生长-气候关系,对准确评估树木对气候变化的响应和适应策略、预测气候变化下的森林动态至关重要。利用木材解剖学方法,比较了小兴安岭溪水... 详细信息

树龄是影响树木生长的最重要因素之一。在气候变暖背景下,利用树干木质部解剖特征,分析不同树龄生长-气候关系,对准确评估树木对气候变化的响应和适应策略、预测气候变化下的森林动态至关重要。利用木材解剖学方法,比较了小兴安岭溪水地区针阔混交林内大、小龄红松(Pinus koraiensis)木质部解剖特征及其对气候变化的响应异同。结果表明:大龄红松主要管胞特征值随年龄增加而呈上升趋势,但小龄红松的变化趋势并不明显,两者均在1840—1890年和1980—2010年间出现剧烈的波动。大、小年龄红松部分管胞特征与气候因子的关系具有一致性,管胞数量和理论导水率分别与月最高温度负相关和正相关;总管胞面积(负相关)、理论导水率(正相关)、平均水力直径(正相关)与月最低温度的关系一致;理论导水率与月总降水正相关;管胞占比、平均管胞面积、理论导水率、平均水力直径均与平均相对湿度正相关,且大龄红松相关性更强。大、小年龄红松管胞特征与气候因子的关系的不一致表现在,大龄红松管胞占比、平均管胞面积、总管胞面积和平均水力直径与月最高温度正相关,而这些关系在小龄红松则表现为负相关。大龄红松管胞数量与7—9月最低温度正相关,而在小龄红松表现为显著负相关;大、小龄红松除理论导水率外其他管胞特征与降水关系基本相反,其中管胞数量的相关性更强;大龄红松与7月、9月、年总降水量显著正相关,而小龄红松与6月和年总降水显著负相关;与月平均相对湿度的相关关系大龄红松表现为正相关或不显著,而小龄红松呈负相关关系。温度是限制大、小龄红松管胞特征生长的主要气候因子,降水的影响相对较弱,平均相对湿度对大小龄红松的影响差异不大。近几十年,小兴安岭地区气候暖干化趋势逐渐增强,这种暖干化会造成大、小龄红松生长的响应差异。若气候持续变暖或加剧,小龄红松会出现严重生长衰退。

关键词：红松管胞理论导水率早材气候变化木质部

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叶序对复叶植物小叶性状变异及内在联系的影响

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应用生态学报 2023年第3期34卷 577-587页

作者：郭羽金光泽刘志理东北林业大学生态研究中心森林生态系统可持续经营教育部重点实验室东北亚生物多样性研究中心哈尔滨150040

为了解复叶内小叶性状随叶序的分布格局,以小兴安岭3种具有对生叶序的复叶植物水曲柳、黄菠萝和胡桃楸为研究对象,通过测定复叶内不同叶序位置小叶的叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度(栅)、海绵组织厚度(海)、栅海... 详细信息

为了解复叶内小叶性状随叶序的分布格局,以小兴安岭3种具有对生叶序的复叶植物水曲柳、黄菠萝和胡桃楸为研究对象,通过测定复叶内不同叶序位置小叶的叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度(栅)、海绵组织厚度(海)、栅海比以及碳、氮、磷含量,探讨小叶性状随叶序的变异规律及叶序对小叶性状间内在联系的影响。结果表明:3种树小叶的叶面积、叶干物质含量、海绵组织厚度、栅海比随叶序的变化规律主要分为3种:增加、减小、先增加后减小;叶厚、比叶面积、栅栏组织厚度随叶序无明显变化;碳、氮、磷含量随叶序以无明显变化为主。3种树的复叶内部,叶厚、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比的变异系数和可塑性指数变化范围分别为6.1%~28.6%和0.14~0.70。叶序对小叶性状间的双变量相关关系产生显著影响,小叶干物质含量与比叶面积在水曲柳和胡桃楸不同叶序位置呈现负相关,氮含量与磷含量在水曲柳和黄菠萝不同叶序位置呈现正相关。胡桃楸的一、二级小叶(离叶柄基部最远端为一级小叶)表现为保守策略,七、八级小叶表现为获取策略,而水曲柳和黄菠萝不同叶序位置的小叶未表现出明显不同的生态策略。

关键词：复叶叶序小叶性状

小兴安岭红松胸高断面积生长随树龄的变化规律及主要影响因素

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林业科学 2023年第7期59卷 96-105页

作者：马颢铜金光泽刘志理东北林业大学生态研究中心森林生态系统可持续经营教育部重点实验室东北亚生物多样性研究中心哈尔滨150040

【目的】揭示红松胸高断面积生长随树龄的变化规律,探究其在不同生长阶段的主要影响因素,为理解树龄、环境因子和功能性状在树木生长和经营中的重要性提供科学依据。【方法】于黑龙江凉水国家级自然保护区内采集不同树龄(16~285年)红松... 详细信息

【目的】揭示红松胸高断面积生长随树龄的变化规律,探究其在不同生长阶段的主要影响因素,为理解树龄、环境因子和功能性状在树木生长和经营中的重要性提供科学依据。【方法】于黑龙江凉水国家级自然保护区内采集不同树龄(16~285年)红松样树65株,采用胸高断面积生长率(BAGR)表征树木径向生长,测定树木所处的环境因子(光照强度、土壤养分、土壤含水量、土壤pH)和功能性状(叶、枝、根性状),探究红松胸高断面积生长随树龄的变化规律及主要影响因素。【结果】1)红松BAGR随树龄增加呈先增大后减小的变化趋势,树龄小于220年时BAGR随树龄增加而增大,大于220年时BAGR随树龄增加而减小;2)树龄、光照强度和土壤pH对红松幼龄树(16~100年)BAGR存在正向影响,比叶面积对幼龄树BAGR存在负向影响;3)土壤氮含量和木质密度对红松中龄树(100~220年)BAGR存在显著负向影响;4)树龄显著抑制红松老龄树(大于220年)胸高断面积生长,根氮含量及多年生针叶单位质量氮和磷含量促进老龄树胸高断面积生长,且根氮含量的影响更加显著。【结论】树龄、环境因子和功能性状共同驱动红松径向生长,影响效果随树龄变化而异;限制红松生长的资源条件随树龄增加由光照转为土壤养分和自身生理因素。

关键词：红松胸高断面积径向生长树龄光照强度土壤养分比叶面积

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小兴安岭不同径级白桦枝叶性状变异及权衡

北京林业大学学报 2023年第12期45卷 32-40页

作者：解书文金光泽刘志理东北林业大学生态研究中心森林生态系统可持续经营教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

【目的】植物可以通过调整自身性状变化从而更有效地利用资源。探究不同径级植物枝叶性状间的变异及其相关关系,对理解植物功能性状种内变异及对资源的获取策略具有重要意义。【方法】以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松林中的白桦... 详细信息

【目的】植物可以通过调整自身性状变化从而更有效地利用资源。探究不同径级植物枝叶性状间的变异及其相关关系,对理解植物功能性状种内变异及对资源的获取策略具有重要意义。【方法】以黑龙江凉水国家级自然保护区阔叶红松林中的白桦为研究对象,选取3个径级(小树、中等树、大树)的样树,测定其枝横截面积、单叶面积、总叶面积、总叶干质量、枝干质量和出叶强度。采用单因素方差分析检验枝叶性状在不同径级间是否存在显著差异;以标准化主轴预估检验径级对白桦枝叶性状间的相关关系是否存在影响。【结果】随着径级的增加,枝横截面积呈上升趋势,单叶面积和总叶面积呈下降趋势,而总叶干质量、枝干质量、出叶强度不存在显著差异。不同径级白桦的枝横截面积与单叶面积、总叶面积和总叶干质量呈显著正相关,与出叶强度呈显著负相关,其中,小树和大树枝横截面积与总叶面积和总叶干质量呈接近1的等速生长关系,而中等树呈接近1.5的异速生长关系;单叶面积与出叶强度显著负相关,呈异速生长关系。径级对白桦枝叶性状相关关系的斜率或截距存在显著影响。【结论】在同一群落内,不同径级的白桦枝叶性状存在差异是其自身的一种资源获取策略,且枝叶性状为了获得有效的资源而协同变化。

关键词：白桦径级枝叶性状变异