【目的】 果实表型分析和评价是良种选育的基础,分析核桃(Julans regia)坚果表型多样性并开展性状综合评价,可筛选出具有优良坚果性状的核桃品系。【方法】以北京农林科学院核桃选种圃109份丰产性较好的核桃单株为研究对象,测定其18个坚果表型性状,分析各性状的变异系数和遗传多样性,并进行方差、相关性、主成分、聚类和综合评价分析。【结果】①109份核桃坚果的18个表型性状变异均达到极显著水平,变异系数范围为4.70%~25.00%,遗传多样性指数范围为2.849~3.023,表征坚果大小和干质量的指标在个体间具有较高的离散程度,而坚果形状指标的个体间变异较小;②坚果各部分的干质量指标与反映坚果大小的指标均呈极显著正相关,坚果形状指标与坚果三径关系密切,种壳厚度和种壳干质量会显著影响坚果出仁率;③坚果大小、形状和外在品质指标能反映坚果表型性状的绝大部分信息,这3个主成分的累计贡献率达91.596%,以这3个主成分共筛选出几何平均直径、坚果体积、单果干质量、核仁干质量、球形度、壳厚、出仁率和体积出仁率等8个重要性状;④在欧氏距离9.0处将109份种质资源聚为4大类群,可用于亲本材料的选育;⑤根据坚果性状综合得分,并结合理想核桃坚果的一般特征筛选出XJ45、A068、E030、XJ59和W27优系。【结论】北京农林科学院核桃选种圃中109份丰产核桃单株的坚果表型性状显示出较高的遗传多样性,且各表型性状间的关系较为密切;种质资源分为4个不同用途的育种类群; 8个重要的坚果表型性状可用于初步构建核桃种质资源的评价标准,以及京津冀地区核桃新品种的选育和创制。
【目的】对山东沿海7地市防护林树种分布适宜性进行分析,可综合反映不同立地因子对各防护林树种的影响,为更加科学地进行防护林树种规划提供理论依据。【方法】利用LandUSEM模型,以山东省森林资源管理“一张图”调查数据为基础,以1∶100万数字化土壤图和DEM数据为辅助数据,对山东沿海7地市防护林树种分布适宜性进行分析。【结果】受地貌因子影响较大的树种有26种,土壤类型对各优势树种的影响相对敏感,不同林种条件下各优势树种的适宜性差异较大。7种因素对49种优势树种影响的平均相对权重分别为地貌(0.19)>土壤类型(0.15)=坡度(0.15)=土层厚度(0.15)>林种(0.14)>坡位(0.13)>坡向(0.09)。目前在以黑松、赤松和刺槐为优势树种的防护林中,黑松、赤松分布的相对适宜度较高,90.48%的刺槐林分布不适宜或临界适宜。建议在刺槐林分布适宜性较差的低山丘陵区种植黑松、油松、麻栎、山楂、杜仲、蒙古栎、栎类、樱桃、酸枣等树种与其混交,提升刺槐林的生态效益。【结论】山东沿海7地市防护林树种分布适宜性整体较好,利用LandUSEM模型进行树种分布适宜性分析结果可靠。
【目的】 评估青海省天然林保护工程(天保工程)实施20年来土壤保持量及空间分布特征,了解该地区生态环境保护状态,为推动地方生态建设和经济发展提供理论参考。【方法】 基于通用土壤流失方程(USLE)模型,结合土地利用数据、地形数据、多年气候数据和土壤数据对青海省土壤保持量进行计算并在GIS平台上进行空间分析,探明在天保工程实施下土地利用类型、行政区、地形等因子影响下的土壤保持情况,并评估天保工程土壤保持效益。【结果】 ①2000—2020年,青海省主要土地利用类型以草地和裸地为主。由于天保工程的实施,土地利用变化主要表现在乔灌林地面积的扩张和裸地面积的减少,东部大面积灌木林地和草地转为乔木林地,草地和灌木林地是乔木林地面积增长的主要来源;②天保工程实施的20年间,土壤保持量增加了4.950×106 t,但在空间上分布不均,呈现东部和南部较高、西北部较低的态势;③不同土地利用类型的土壤保持能力各异,乔木林地单位面积土壤保持量最高,灌木林地土壤保持总量在20年间增加最多;④在不同行政区中,海东市、西宁市和黄南州土壤保持量20年间增加最多;④在海拔和坡度方面,20年间海拔梯度[1 667,2 600) m和较陡坡[15°,25°)的土壤保持效果较好,单位面积土壤保持量最大。【结论】 天保工程的实施显著增强了青海省土壤保持功能;灌木林地和乔木林地是青海省土壤保持量增长的主要类型;海拔梯度[1 667,2 600) m和较陡坡[15°~25°)的生态系统土壤保持效果较好,应继续加强保护。
【目的】 研究不同氮素水平下青檀(Pteroceltis tatarinowii)形态和光合生理变化,筛选氮素响应基因,为后期深入开展氮素响应分子机理研究提供参考。【方法】 选取0、2、50 mmol/L NH4NO3的Hocking’s营养液分别作为缺氮(N0)、中氮(N2)、高氮(N50)处理条件对青檀扦插苗进行盆栽控制试验,28 d时进行形态和光合生理指标测定。对不同氮素水平处理后的青檀混合样本进行3代全长转录组测序,测序结果为2代转录组测序提供参考,通过生物信息学分析筛选不同氮素水平响应的差异表达基因并进行KEGG通路富集分析,利用荧光定量PCR技术对富集基因进行根和叶片中的表达分析。【结果】 氮素处理第28天时青檀的株高、地径、叶片数量、叶面积、比叶面积、叶片生物量、茎生物量,以及根系、叶片与茎氮含量随着氮素处理浓度提高而提高,总根长、总根表面积、总根体积、比根长、根冠比、根系生物量随着氮素浓度提高而降低。高氮素处理明显提高了叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量,增强了净光合速率和气孔导度。不同氮素水平的转录组测序的差异表达基因中76个基因随着氮素水平提高稳定上调表达,32个基因随着氮素水平提高稳定下调表达。对这108个基因进行KEGG通路富集分析发现排在前两位的分别是光合作用和氮代谢通路,光合作用通路富集的基因是OEE2、OEE3、PSBR、PSB27、PSAF和PSAK,氮代谢通路富集的基因是2个NR和1个NiR基因。表达分析结果显示这9个基因在根和叶片中具有相似的表达模式,缺氮处理中表达量最低,高氮处理中表达量最高;光合作用通路的6个基因在每一种氮素浓度处理时在叶中的表达量均高于在根中的。【结论】 随着氮素浓度的提高,光合作用通路基因表达上调,促进了光合作用,硝酸还原酶基因和亚硝酸还原酶基因表达上调,提高了硝酸根的同化效率,最终造成青檀地上部生长得到加强,根系生长受到抑制。在没有参考基因组的情况下,为探讨青檀氮素响应分子机理、发掘关键候选基因提供了有力依据。
望春玉兰(Magnolia biondii)是我国特有的集药用、材用和观赏价值于一体的重要经济树种,在园林绿化和生产实践中应用广泛。迄今为止,虽然对望春玉兰进行了大量生长、繁育特征等方面的研究,但缺乏生物学基础研究结果的系统总结。笔者综述了望春玉兰个体生长发育特性、快繁技术、种质资源选育、基因组学研究概况等方面研究进展,总结了重要的生物学基础研究成果,并探讨了今后的研究方向,强调进一步加强繁育技术、种质资源创新、质量功能性状的筛选及调控机制等方面的研究,以期为望春玉兰种质资源的开发利用与木兰科植物生长机制调控研究提供科学依据。
【目的】 探究不同施肥方式和施肥量对华山松(Pinus armandii)幼苗生长及针叶矿质养分元素和非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响,为培育具备大量营养储备的优质苗木提供参考。【方法】 以华山松幼苗为研究对象,设置常规施肥和指数施肥两种方式,每种方式按总N量100、200、300和400 mg/株分12次施入复合肥(25% N、10% P2O5、20% K2O),每2周施肥1次,以不施肥为对照。施肥结束2周后测定苗高、地径、生物量及针叶N、P、K、可溶性糖和淀粉含量。【结果】 两种施肥方式下,华山松苗高、地径和生物量均随施肥量增加先增加后减小,指数施肥300 mg/株时苗高、地径和生物量最大,分别是对照的1.29、1.15和1.53倍;施肥处理对针叶P含量影响不显著,但提高了针叶N和K含量,针叶N含量随施肥量增加而升高,相同施肥量下指数施肥的N含量较常规施肥高;常规施肥的针叶K含量随施肥量增加而升高,而指数施肥则先升高后下降;施肥降低针叶可溶性糖含量,其随施肥量增加先下降后升高;合理施肥显著提高针叶淀粉和非结构性碳水化合物含量,且以指数施肥处理效果较好。【结论】 与常规施肥相比,指数施肥显著促进了华山松幼苗生物量、N、淀粉和NSC积累,合理施肥处理为以指数施肥方式每株施用1.2 g复合肥(N、P2O5和K2O分别为300、120和240 mg)。
【目的】了解冬青种质资源叶表型多样性,揭示冬青种质资源的表型多样性机理,为引种栽培与品种选育提供依据。【方法】对42份冬青种质资源的18个表型性状进行测定,通过差异分析、方差分析、主成分分析和聚类分析研究其表型变异。【结果】冬青种质资源叶表型性状变异较大,尤其是叶面积;Shannon多样性指数变化范围为1.00~2.03;冬青种质资源叶表型性状变异丰富,变异主要来源于种间。相关性分析发现,各性状之间存在显著相关,叶片外部性状与叶片解剖性状呈显著负相关;通过主成分分析提取了叶长、叶片紧实度、栅栏组织和气孔密度4个主成分,累计贡献率为85.20%,基本能反映冬青属植物的总体性状表现;聚类分析将42份冬青种质资源分为大叶-大叶柄类、小叶-小叶柄类、中叶-叶硬锯齿类和中叶-叶薄纸质类4大类群。【结论】冬青种质资源叶表型性状变异丰富,属内变异主要来源于物种间。叶片外部性状是冬青种质资源表型分化的主要因素;叶长、叶片紧实度、栅栏组织和气孔密度是划分冬青种质资源的4个主导因子,可作为冬青种质资源的分类鉴定依据。本研究可为冬青属植物的分类、资源利用和栽培繁育提供理论参考。
【目的】基于全球气候变化背景下极端天气事件频发对植物水分利用的影响,探讨不同降水条件下南方丘陵区混交林树种对水分来源的适应性变化,为科学实施森林精准经营管理措施提供理论依据。【方法】采集不同降水量梯度下南方丘陵区麻栎(Quercus acutissima)和马尾松(Pinus massoniana)混交林的土壤和植物同位素样品,借助多元线性混合模型,对比分析不同降水梯度下麻栎和马尾松的水分利用来源。【结果】①麻栎在无降水时主要利用[10,30) cm土层的水分,利用率为62.0%;随着降水量的增加,其水源转向[80,100) cm土层的水分和地下水,大雨条件下的利用率分别为34.2%和44.6%。②马尾松在无降水时主要利用地下水和[80,100) cm土层水分,利用率分别为21.2%和21.1%;随降水量增加其水分来源逐渐向(0,10) cm和[10,30) cm土层转移,利用率分别为27.2%和53.3%。【结论】麻栎和马尾松的水分来源对降水的适应性不同,不同降水梯度下两者对土壤水分利用深度能较好地互补。在极端降水频发条件下,不同的水分利用模式有利于减少树种间水分竞争。
【目的】研究不同施肥水平下赤皮青冈1年生容器苗生长和根系发育的动态变化,探讨根系形态对不同施肥水平的适应策略,为提高其容器苗培育水平提供技术支撑。【方法】基于容器苗缓释肥添加试验,设置5个基质缓释肥添加水平(1.50、2.25、3.00、3.75和4.50 kg/m3),研究不同施肥水平对赤皮青冈芽苗移栽后速生期(苗龄9~11月)苗木生长和根系发育的影响。【结果】苗龄9月赤皮青冈容器苗苗高对施肥量的变化不敏感,10和11月龄容器苗苗高对施肥量变化的响应显著增加,并以缓释肥添加量3.00 kg/m3时最高;地径对施肥量的变化总体不敏感。随着容器苗苗龄增加,缓释肥添加对幼苗生长和根系发育的影响不断增强,1.50 kg/m3缓释肥添加量对9月龄容器苗生长和根系发育有较好促进作用,2.25~3.00 kg/m3缓释肥添加量对10和11月龄容器苗有较好促进作用。9~11月龄赤皮青冈容器苗根长均以≤0.2 mm径级最高,随着径级的增加,不同径级根长呈显著下降趋势。不同施肥水平下容器苗根系径级分布的差异随苗龄增加逐渐增大,根系生长和发育指标间的相关性也发生显著变化,分形维数与其他指标的相关性显著增强,其他指标两两间的相关性总体降低。【结论】赤皮青冈不同苗龄容器苗对缓释肥添加的响应存在显著差异,相对偏低的养分环境有利于芽苗移栽后幼苗的生长和根系发育,待幼苗苗龄10~11月时适当追肥,可实现节约用肥和培育优质容器苗的目的。
【目的】探讨油茶(Camellia oleifera)不同根序根系的生长与养分利用对干旱和施氮的响应,分析水和氮素对油茶不同径级根系生长、氮素吸收、分配和利用的影响,为更好地认识气候变暖下植物根系构型与养分策略的关系提供理论支撑。【方法】以2年生‘长林53’(‘Changlin 53’)油茶幼树为试材,利用盆栽试验和15N同位素示踪技术,采用双因素完全随机设计,设置2个干旱水平,即正常灌溉(土壤含水率75%±5%)和干旱(土壤含水率30%±5%);2个施氮水平,即不施氮和施15N标记的硝酸铵(2.88 g/株)。干旱处理75 d后取样测定油茶幼树不同径级根系的生物量、全氮含量(质量分数,下同)、来自肥料氮的百分率(Ndff)、氮素利用率。【结果】干旱胁迫后油茶1~3级,5级和6级根的生物量与其氮含量呈负相关关系,与4级根的则呈正相关关系。干旱显著影响了各径级根系15N含量和Ndff(P<0.05),抑制了各径级根系15N的富集,干旱胁迫下1~3级的Ndff最高。干旱对根系的氮素分配率起促进作用,尤其是5级根氮素增加了93.10%,但在不同程度上抑制了油茶低阶根系的氮素利用率。【结论】施氮促进干旱下根系生物量和氮素分配给粗根,但不利于细根生物量和氮素的积累;干旱显著影响了各级根系对肥料氮的吸收、利用和分配,促进肥料中的氮素向根系尤其5级以上根系分配,但不同程度地抑制了1~4级根系对15N的吸收和利用。
【目的】果实表型性状和内在品质间存在关联性。明确早实胡桃(核桃,Juglans regia)内、外在品质关系并构建关联模型,为通过表型性状初步判别果实内在品质提供依据。【方法】以北京市农林科学院核桃选种圃的早实核桃优株为研究对象,在成熟期对坚果的9个表型性状和4个内在品质指标分别进行了测定,分析各性状的变异系数,并进行方差和相关性分析,最终通过拟合验证得到适宜的关联模型。【结果】①坚果13个指标的变异均达到极显著水平(P<0.01),变异系数为5.43%~28.63%,除球形度、几何平均直径、出仁率、含油率和蛋白质外,其余指标的变异系数均达到10%;②坚果品质指标间存在相关性。含油率与出仁率的关系最密切,与可溶性糖含量也呈极显著正相关,与淀粉、蛋白质含量关系均不显著;蛋白质、可溶性糖含量与坚果表型性状的关系类似,表现为与坚果大小、干质量及体积出仁率密切相关,与前两者呈极显著负相关,与后者呈极显著正相关,蛋白质、可溶性糖含量均与淀粉含量呈极显著负相关;淀粉含量和坚果大小、干质量呈极显著正相关,而与体积出仁率呈极显著负相关;③基于坚果表型性状和内在品质的相关性构建了回归模型,含油率与出仁率呈线性模型关系,可溶性糖含量与体积出仁率呈抛物线关系,淀粉含量与坚果体积呈线性模型关系,蛋白质含量与几何平均直径呈线性模型关系。通过拟合验证,模型预测值与实际值差值位于95%一致性界限(95%LOA)内的点均占总体的95%以上,模型表现出较好的拟合性。【结论】基于坚果表型与内在品质的密切关系构建了较为可靠的回归模型,通过坚果表型可初步判别内在品质优劣,用于适宜品种(系)的初步筛选。
【目的】明确我国寒竹属(Chimonobambusa)植物水平分布和垂直分布状况,利用模型模拟方法分析影响我国寒竹属植物分布的主要因素,为寒竹属种质资源的开发、利用和保护提供科学参考。【方法】借助ArcGIS空间分析工具和MaxEnt模型,综合8个环境变量及340个物种分布记录,分析寒竹属物种的空间分布范围及类型、空间分布密度、物种丰富度及相关影响因素。【结果】寒竹属植物在我国分布广泛,主要分布于中亚热带常绿阔叶林北部亚地带,云南、贵州、四川和重庆4个行政区划为分布中心;海拔1 000~2 000 m为寒竹属植物多样性最高的区域;在空间分布上,寒竹属各组之间存在较大差异。模型模拟结果表明,降水量和温度限定了寒竹属植物现代最适宜分布区,潜在分布区与实际分布区具有很好的一致性。【结论】我国寒竹属植物资源丰富,其地理分布与我国植被区划、气候区划等相关,最适宜生存在温度相对较低、气候较湿润、降雨量较为充沛的环境。研究结果对深入挖掘中国竹类资源和物种多样性保护具有重要意义。
【目的】研究土壤改良剂对银红槭(Acer×freemanii)叶色变化的影响以及叶色变化与叶片矿质元素含量之间的关系,为解决银红槭叶色不红现象提供理论依据。【方法】以6年生银红槭为材料,设置了5个梯度的硫磺粉+脱硫石膏土壤碱性改良剂处理,并在秋季叶色转变的4个时间段测得叶片色素和10种矿质元素含量。【结果】土壤碱性改良剂处理能显著影响叶片叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷含量,影响叶色参数L*、a*、b*值,而T5(1.94 kg/m3硫磺粉+2.33 kg/m3脱硫石膏)处理下呈色时间更长,叶色最为红艳;土壤碱性改良剂处理显著影响了叶片矿质元素含量以及变化趋势;叶片矿质元素与色素间相关性分析表明,N含量与叶绿素和类胡萝卜素含量呈极显著正相关(P<0.01),与花色素苷含量呈极显著负相关(P<0.01),K含量与类胡萝卜素含量呈显著负相关(P<0.05),Ca、Mg含量与叶绿素含量呈极显著负相关(P<0.01),与花色素苷含量呈显著正相关(P<0.05),Mn含量与类胡萝卜素含量呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】在一定范围内,土壤pH降低能促进银红槭叶片呈色;施加土壤改良剂对银红槭叶片色素和矿质元素含量的影响是显著的,而叶片矿质元素,尤其是N、K、Ca、Mg、Mn与叶片显色具有较强相关性。
【目的】从生理和组织结构角度分析5个山乌桕(Triadica cochinchinensis)家系叶片着色的关键因子,探讨不同遗传材料在不同时期叶片色素含量的变化及其呈色响应,为山乌桕景观型优良品种的选育提供理论依据。【方法】 以树高50 cm的5个山乌桕家系(SD4—8,SD12)为研究材料,在自然条件下观察S1(2021-10-29)、S2(2021-11-05)、S3(2021-11-12)、S4(2021-11-19)、S5(2021-11-26)、S6(2021-12-03)6个时期的叶色变化,定期测定参试植株的叶色参数(L*、a*、b*)、色素(叶绿素、胡萝卜素、花色苷)含量、解剖结构(上下表皮、栅栏组织、海绵组织)等,分析山乌桕叶色动态变化并进行家系优选。【结果】 ①在S1—S6时期山乌桕各家系叶片呈现的颜色主要为淡绿—深棕黄—棕黄—朱红—大红,观赏佳期集中在S5—S6时期,其中SD8是观赏价值最高的山乌桕家系,且从开始变色(S2)到完全落叶的色叶期长达37 d。②山乌桕各家系叶片叶色参数a*呈直线上升趋势,而L*和b*的变化规律不尽相同。具体而言,叶片越绿,a*越小;叶片越红,a*越大;a*为5个山乌桕家系叶色变红的代表性参数。③在整个观测期中所有山乌桕家系的叶绿素、类胡萝卜素含量呈现下降趋势,而花色苷含量与之呈相反规律,各色素含量均在S3时变化幅度达到最大。其中叶色由绿转红主要是色素含量比例分配变化,S3前主要以叶绿素含量为主,为绿叶期;S3后主要以花色苷含量为主,为红叶期。④山乌桕叶色由绿变红过程中,各家系叶片厚度均表现为转色前大于转色后,其中SD4家系的叶片厚度最大降幅达到29.17%,显著高于其他家系(P<0.05);所有家系的上表皮厚度均大于下表皮厚度,其中转色前SD6家系的上表皮厚度显著小于其他家系(P<0.05),转色后SD6家系的上下表皮厚度在所有家系中占比最大,且与其余家系差异显著(P<0.05);海绵组织厚度均大于栅栏组织厚度,转色前后SD4和SD6家系的海绵组织厚度变化幅度存在大小最值,变化幅度分别为30.59%、0.87%,SD8的栅栏组织厚度与其余家系有显著性差异(P<0.05),最大变化幅度为29.92%。⑤转色后大部分山乌桕家系的叶片组织结构表明叶片厚度、栅栏组织和海绵组织厚度的减少可积累花色苷含量,使山乌桕叶片变红,且叶片组织内未出现颗粒和蜡质等明显变异附着物,没有出现较大的气室。【结论】山乌桕的叶色变化主要受色素的动态变化影响,花色苷是导致叶片转红的主要因素。在研究的5个山乌桕家系中,SD8家系表现出最为优异的叶色变化,其观赏价值较高,特别适用于景观绿化。该研究为山乌桕品种选择及其观赏价值的评估提供了理论支持。
【目的】研究2年生毛白杨(Populus tomentosa)细根对树种组成和林分密度的分布及适应策略,为杨树人工林初植以及混交配置提供参考。【方法】以3 m×3 m、3 m×6 m、6 m×6 m等3种林分株行距(密度)的2年生毛白杨‘北林1号’(P. tomentosa×P. bolleana)×(P. alba×P. glandulosa)纯林及其与刺槐(Robinia pseudoacacia)混交林(林分株行距3 m×6 m)为研究对象,采用根钻法取根样,垂直方向上取样深度为150 cm,每10 cm为1层;混交林与林分株行距为3 m×6 m和6 m×6 m纯林取样点分别在距树10、30、50、100、150、200、250和300 cm处,林分株行距为3 m×3 m纯林取样点在10、30、50、100、150 cm处,共取得1 305个根样。随后对根样进行扫描和烘干处理,并称干质量,得到不同树种组成和林分株行距下不同深度和水平距离的细根形态指标和生物量数据。【结果】①树种组成对细根生物量密度无显著影响,对根长密度和根表面积密度有显著影响。垂直方向上,混交林和纯林中的毛白杨细根变化趋势未发生变化,均随着土壤深度的增加而减少。水平方向上,纯林细根生物量密度主要聚集在水平距树[0,10) cm,混交林内毛白杨细根生物量密度则主要聚集在[0,50) cm。二维分布上,混交林内毛白杨的细根密集分布区更深,水平分布相对均匀,水平侧根更加舒展。②林分株行距对细根生物量密度无显著影响,高密度林分的根长密度、根表面积密度和平均直径显著大于其他两种密度林分的。垂直方向上,株行距3 m×3 m林分的细根生物量密度在[50,60) cm土层显著高于其他两种林分的(P<0.05),并随着林分密度的增大,林木逐渐向下层土壤分配更多的细根;株行距3 m×6 m和6 m×6 m林分的细根生物量密度随着土壤深度的增加而逐渐减小,而株行距3 m×3 m林分的细根生物量密度在[0,60) cm土层逐渐增多,呈单峰分布。水平方向上,在距树150 cm处,株行距3 m×3 m林分的根长密度和根表面积密度显著大于其他两种密度林分的。二维分布上,株行距3 m×3 m林分的细根密集分布区更深,株行距3 m×6 m林分的细根水平伸展更远。【结论】混交使毛白杨根长密度与根表面积密度显著降低。垂直方向上,随着林分密度的增大,林木细根逐渐向下伸长,向下层土壤分配比例增多;水平方向上,高密度林分细根生物量密度随着距树距离的增加而减小的趋势逐渐明显。树种组成和林分密度对2年生毛白杨幼龄林细根生物量密度影响均不显著,但株行距3 m×3 m纯林林分的根长密度和根表面积密度显著大于混交林和其他两种密度林分。3 m×3 m高林分密度毛白杨纯林的细根生长最旺盛,通过形态可塑性而非改变生物量充分利用土壤水养条件,在幼龄期相比混交林和其他密度林分内毛白杨更能有效地利用土壤资源。
【目的】对引种至广西的斑皮柠檬桉(Corymbia citriodora subsp. variegata)种源进行适应性和稳定性评价,为斑皮柠檬桉的选择和推广提供理论依据。【方法】对建立在南宁、玉林和柳州的6年生斑皮柠檬桉种源试验林进行树高测定,分析其树高生长和保存率,以评价种源的生长适应性;通过主效可加互作可乘(AMMI)模型和基因型主效应加基因型与环境互作(GGE)双标图分析种源的稳定性,划分适宜推广区域,筛选优良引种种源。【结果】斑皮柠檬桉6年生时所有种源的树高均值达13.0 m,各种源存活率为21.23%~54.81%。树高在种源间存在极显著差异,种源与地点的交互作用显著,有必要进一步进行分解,AMMI模型分析结果显示有1个互作效应主成分轴达到极显著水平,解释了79.9%的互作效应。根据稳定性的定量指标(Di),10个种源的稳定性由大到小排序依次为19694、19691、20883、19664、20396、20756、20787、20753、19665和19666号,其中20883、20756和19694号种源为速生稳定型种源。GGE双标图分析结果显示,3个试验点可划分为2个立地环境区,南宁和玉林试验点划分为同一立地环境区,柳州试验点单独划分为一个立地环境区,20883号种源为所有引种至广西种源的最优种源。【结论】斑皮柠檬桉引种至广西后在各试验点表现出良好的生长适应性,对种源进行选择可获得较好的改良效果;20883、20756和19694号种源适宜在南宁和玉林试验点立地环境相似的地区推广,20787号种源适宜在柳州试验点立地环境相似的地区推广。
【目的】利用地基激光雷达技术(Terrestrial Laser Scanning,TLS)获取树木干形特征的可行性并对红松进行种源评价选择,为红松优良种源的综合评价提供理论依据。【方法】以黑龙江省帽儿山种源试验林中的26个红松种源为试验材料,首先借助TLS扫描样地,通过LiDAR360软件对数据进行预处理,对TLS提取的树高、胸径及不同高度处直径等参数进行评价;计算4种干形参数(胸高形数、胸高形率、实验形数、高径比)并利用TLS提取的不同高度处直径构建基于种源效应的削度方程,描述不同种源树干干形变化。【结果】地基激光雷达对单木参数提取都达到了较高的精度,其中胸径的提取效果(决定系数R2=0.979 6)优于树高(R2=0.811 4)和材积(R2=0.911 9);随着树干高度的增加相对高度处直径提取的R2逐渐增大,相对高度为0.08h(h为树高)时R2达到最大值(R2=0.984 0),相对树高大于0.08h后,相对高度处直径提取的R2逐渐减小;对26个种源红松干形指标的方差分析结果表明,各指标在种源间均达到了显著差异(P<0.05);将种源变量引入基础模型,模型的拟合精度提高,以重复作为随机效应构建非线性混合模型,模型精度进一步提高;通过绘制不同种源干形图,各种源干形变化趋势基本一致,但生长速度存在差异。【结论】TLS对单木参数提取精度较高;各干形指标在种源间均达到显著差异,具有较好的选择潜力;根据干形指标和基于种源效应的最优削度方程筛选出优良种源,可为红松的遗传改良和推广使用提供理论依据。
【目的】构建黑龙江省红松(Pinus koraiensis)人工林的林分生长和径阶分配模型系统,从而优化林分经营策略,为制定经营方案和提升森林质量提供模型支持。【方法】基于1980—2023年黑龙江省218块红松人工林固定样地的复测数据,构建包含枯损模型、优势高生长方程、断面积模型以及Weibull径阶分配模型的生长预测系统。运用高斯-牛顿法和似乎不相关回归求解生长模型参数,并且采用矩解法恢复径阶分配模型中的直径分布参数。为验证模型组的适用性,采用差分进化(differential evolution,DE)算法,针对处于3个地位指数梯度(11.2、14.2、16.0 m)的红松人工林林分,开展以数量成熟龄为目标的经营优化,模拟不同经营措施对林分生长的影响。【结果】生长模型中的各组分解释了超过90%的变异性。采用似乎不相关回归最终得到的林分枯损模型和林分断面积模型的临界误差分别为16.769%和17.685%;利用矩解法对Weibull方程进行参数恢复时,Kolmogorov-Smirnov (KS)检验的通过率为96.946%;当应用生长和径阶分配模型系统进行林分蓄积预测时,临界误差为14.612%。优化结果表明,地位指数每提升2 m,间伐时间提前1~3 a,主伐时间为72~75 a。【结论】本研究构建的生长模型满足经营模拟过程中路径不变性、一致性和因果性的基本假设,提高了林分生长预测的可靠性。模型组和DE算法相结合能够提供有效的森林经营方案。
【目的】研究不同水肥管理措施对华北地区杨树主栽品种光合作用、氮代谢关键酶活性及相关指标的影响,为杨树人工林特别是大径材培育高效精准水肥管理体系构建提供理论依据。【方法】以华北沙地11年生欧美杨107(Populus × euramericana ‘Neva’)人工林为研究对象,设置常规沟灌(CK)、滴灌(ND)、控释肥 + 滴灌(CD)、水溶肥 + 滴灌(M1D、M2D)、配方肥+滴灌(F1D、F2D)等7种水肥管理措施,连续测定生长季(7—9月)不同水肥管理措施下杨树叶片光合作用、氮代谢等相关生理生化指标的变化,比较杨树人工林生理生化特征差异,并利用隶属函数分析法综合评价不同水肥管理措施对杨树生理生化指标的影响。【结果】不同水肥管理措施对杨树人工林氮代谢[硝酸还原酶(NR)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)]、光合作用[核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)、果糖-1,6-二磷酸酶(FBA)]关键酶活性,以及可溶性糖(soluble sugar,SS)和叶绿素(chlorophyll,Chl)含量有显著影响(P < 0.05),且各指标值随月份变化表现出持续增加趋势;月份和处理间交互作用极显著(P < 0.01),并在9月时各指标数值达到最大。与CK相比,ND处理下叶片NR、GOGAT、GDH、Rubisco、FBA活性和SS含量增加,但总体差异不显著;与ND相比,不同水肥耦合管理措施(CD、M1D、M2D、F1D、F2D)下叶片这些生理生化指标显著提高了13.60%~188.56%;与CD相比,滴灌施肥(M1D、M2D、F1D、F2D)下叶片光合作用和氮代谢关键酶活性及SS含量显著提高了11.22%~68.78%。F1D和F2D处理下,8月和9月的叶片Chl含量显著增加,比M1D和M2D处理提高了31.29%~123.55%。通过隶属函数分析得知,F2D处理对杨树各生理生化指标的影响最大,F1D和M2D的影响次之。【结论】不同水肥管理措施能显著影响华北地区杨树人工林叶片的光合和氮代谢关键酶活性,以及可溶性糖和叶绿素含量,其中滴灌施肥措施的影响最大,显著高于其他措施,中、微量元素的添加有助于显著提高叶绿素含量。采用滴灌施肥技术措施,其中施肥配比为520 g/(株·a)N、169 g/(株·a)P2O5、312 g /(株·a)K2O同时添加5 g/(株·a)中、微量元素(包括Fe、Ca、Mn、Zn)对杨树人工林生理生化特征的影响最大。研究结果可为构建华北沙地及相似生态立地条件区域杨树人工林,特别是大径材的高效培育精准水肥管理体系提供理论和技术参考。
【目的】青钱柳(Cyclocarya paliurus)是我国特有的多功能树种,探讨施用不同种类及添加量的生物炭对青钱柳苗木生长、叶片光合色素含量及土壤化学性质的影响,旨在为今后生物炭应用于青钱柳叶用人工林培育提供科学依据。【方法】以1年生青钱柳幼苗为试验对象,采用双因素随机区组设计,通过200 d的盆栽试验,探讨3种生物炭(青钱柳炭、稻壳炭和竹炭)及其不同体积比添加量(与土壤混合比5%、15%和25%,相当于质量比的添加量为1.0%、3.5%和6.5%左右)对土壤化学性质、青钱柳苗木生长及叶片光合色素含量的影响。【结果】施用200 d后,添加生物炭可显著提高土壤pH及铵态氮、硝态氮、有效磷和速效钾等含量,从而促进青钱柳叶片叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量的提高。与生物炭类型相比,生物炭添加量对土壤化学指标影响更为显著(P<0.05)。且添加25%青钱柳炭可显著提高土壤pH,较对照(CK)提高32.1%;添加25%稻壳炭的土壤有效磷和速效钾含量(质量分数)较CK分别提高145.3%和250.0%。不同种类及添加量的生物炭对青钱柳苗高、地径、生物量均有显著影响(P<0.05),其中以添加5%青钱柳炭对青钱柳叶、茎、根及总生物量的处理效果最佳,分别比CK提高了55.6%、47.6%、43.0%和47.0%。相关性分析表明,叶片光合色素含量与苗高、地径的净增长量均呈显著正相关(P<0.05),而叶片光合色素均与土壤硝态氮含量呈极显著正相关(P<0.01),土壤速效钾含量仅与叶片类胡萝卜素含量呈显著正相关(P<0.05)。【结论】适量添加生物炭能有效提升土壤肥力并促进青钱柳生长,在本研究中以施用体积比5%的青钱柳炭(即质量比约为1.0%)对青钱柳生物量生产促进作用最显著。
【目的】木本植物生长周期长、再生能力较弱,严重制约了林木快速育种。离体培养技术突破了季节限制,可显著加速林木繁育进程。钙作为植物必需营养元素和胞内第二信使,参与植物生长发育的调控,但其在木本植物离体培养中的影响尚不明确。系统研究离体培养条件下钙处理对木本植物生长发育的影响,对提升林木组织培养效率和指导育种实践具有重要意义。【方法】以木本模式植物‘84K’杨(Populus alba × P. glandulosa)无菌苗为实验材料,设置0、1.5、3.0、6.0、9.0和15.0 mmol/L的Ca2+处理,比较不同浓度Ca2+处理对无菌苗生长及不定根诱导的影响。【结果】在0~9.0 mmol/L范围内,Ca2+浓度与无菌苗长势正相关,其中6.0 mmol/L处理下植株最高,9.0 mmol/L处理植株叶片最大,故最适Ca2+浓度为6.0~9.0 mmol/L。缺钙(0 mmol/L)影响茎段顶端优势的维持,主根显著加粗并异常伸长;而高钙(15.0 mmol/L)处理则抑制整体生长,株高下降、叶片变小。研究还发现,Ca2+通过促进节间伸长而非增加节间数量来提升株高。不同培养基钙处理对茎段伸长的影响趋势一致,但响应强度存在差异。钙处理不影响不定根诱导数量,但在缺钙时,不定根显著伸长和增粗,显示根系对钙缺乏具有特异的形态响应。【结论】Ca2+以浓度依赖性方式差异调控‘84K’杨无菌苗的茎部伸长和根构型建成,适宜Ca2+浓度有助于维持顶端优势,而缺钙则促使根构型重塑。本研究初步揭示了Ca2+对杨树茎伸长和根构型重塑的差异化调控作用,为木本植物无菌苗发育及不定根诱导与伸长研究奠定理论基础。
【目的】筛选合理的红松(Pinus koraiensis)人工林下复合经营模式,为红松人工林复合经营决策提供科学依据。【方法】以不同复合经营模式(林-菌、林-药、林-菜)红松人工林群落为研究对象,以未经补植的样地为对照,调查样方数据、测定并分析复合经营模式红松人工林物种组成、土壤养分水平、酶活性和微生物群落结构等特征。【结果】①经营初期,复合经营模式下群落物种多样性指数比对照低。②林-菌、林-菜经营模式土壤养分积累较高,林-菜、林-药复合经营模式对土壤养分的转化能力较强。③林-菌复合经营模式土壤过氧化氢酶活性最高,其次是林-药复合经营模式,林-菜复合经营模式下则最低;林-药复合经营模式下土壤纤维素酶活性最高,且在(0,10] cm层显著大于(10,20] cm层;不同复合经营模式对土壤蔗糖酶活性和酸性磷酸酶活性无显著影响。④红松人工林不同复合经营模式土壤真菌、细菌群落的丰富度指数与对照样地存在显著差异,多样性指数无显著差异,微生物群落主要由被孢霉菌(mortierellomycota)、子囊菌(ascomycota)、放线菌(actinobacteriota)、变形菌(proteobacteria)等组成,其中子囊菌和放线菌是决定复合经营对微生物养分利用状况影响的主要微生物。⑤Partial Mantel分析表明,细菌和真菌群落最大影响因子是土壤有机碳、全氮含量和人工林植物Simpson指数(P<0.01)。林-菌复合经营模式土壤过氧化氢酶、纤维素酶活性,林-菜复合经营模式土壤有机碳含量、碳氮比,对照样地植物Simpson指数对土壤真菌群落影响显著(P<0.05)。对照样地植物Shannon指数和土壤蔗糖酶活性对细菌群落影响显著(P<0.05)。【结论】复合经营模式会不同程度地影响林下植物群落结构、土壤养分含量和土壤微生物组成。
【目的】研究不同钾(K)添加量对闽楠幼树枝、叶挥发性次生代谢物(volatile secondary metabolites,VOCs)总含量、组分及其相对含量的影响,为闽楠人工林的多功能经营提供参考。【方法】对金洞林场10 年生闽楠人工林设置5种钾肥(K2O>52%)施用浓度梯度(CK. 0 g/株;K1.60 g/株;K2. 120 g/株;K3.180 g/株;K4.240 g/株),于施肥后次年1(夏季)和7月(冬季)分别采样,用水蒸气蒸馏法提取枝叶VOCs,采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)测定组分与相对含量。【结果】施钾量对闽楠VOCs的含量有显著影响,枝、叶VOCs含量均呈先升后降的趋势,1月枝叶VOCs在K2处理下总质量分数最高(叶0.48‰、枝0.55‰),7月枝叶VOCs在K1处理下最高(叶0.47‰、枝0.34‰)。叶主要特征挥发性成分为白菖烯、香树烯、(-)-Alpha-蒎烯等,枝的主要特征成分为β-石竹烯、(-)-Alpha-蒎烯、(-)-Alpha-荜澄茄油烯等。闽楠的VOCs以烯烃类、萘类和醇类为主,叶两季烯烃类、萘类的相对含量在K2处理下显著提升,醇类在施肥后相对含量显著下降。叶养分元素正向影响枝VOCs含量且路径系数极显著,枝养分元素正向影响叶VOCs各种类的相对含量。【结论】施钾肥显著影响闽楠枝叶VOCs的总含量、种类、组分的相对含量和养分元素含量,添加量在60~180 g/株时,闽楠枝叶VOCs总含量达到最高。综合而言,1月K3为最佳处理,7月最佳处理为K2。模型证明养分元素对叶VOCs中萘类和枝VOCs中含氧化物的影响权重较高。
