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种子萌发和幼苗建植是完成天然更新过程最为敏感的重要阶段。光通过种子内的光敏色素调控需光性种子萌发过程,也提供了幼苗存活和生长的能量来源。本研究以东北次生林生态系统主要树种为对象,通过光照培养箱控制、遮光网室模拟和实际林分观测等方法,研究了光质和光强对种子萌发的影响;探讨了光梯度对幼苗存活及早期生长的影响及不同树种幼苗的共存机制。主要结果如下:
(1)光质对种子萌发的影响:5种主要树木种子(落叶松Larixkaempferi、黄檗Phellodendronamurense、色木槭Acermono、水曲柳Fraxinusmandshurica和红松Pinuskoraiensis)萌发对光质的响应可划分为三类,第一类(落叶松)在不同光质下萌发差异不显著;第二类(黄檗)在白光下萌发率最高;第三类(色木槭、水曲柳和红松)在红光-远红光-红光照射下萌发率最高。实验室红光-远红光-红光照射模拟了不断变化的林分光环境。因此,第三类种子的萌发反映了其对不断变化的森林光环境的适应。后期的实验重点围绕红松展开,并根据种子的采收和处理情况选择1-3个阔叶树种开展对比研究。
(2)光强对种子萌发的影响:考察了红松和胡桃楸Juglansmandshurica种子萌发对5个光强梯度(遮阴网室内5种不同光强:100%、60%、30%、15%和5%透光率)的响应。光强显著影响了红松种子的萌发率GP、萌发开始时间IGT、萌发结束时间EGT、平均萌发时间t50%和萌发速率系数CGR。15%-30%光强下红松种子萌发率达到最大值。胡桃楸种子的GP随着光强降低而降低,其余四个萌发参数在不同光强下差异不显著。
(3)林分光环境(光强和光质)对种子萌发的影响:红松种子分别播种于不同遮阴度的遮阴网室(0%、40%、70%、85%和95%)、展叶前(55%、69%和76%)和展叶后实际林分(85%、90%和95%)下的不同土壤位置(LT:凋落物表层;ST:土壤表层;LS:凋落物与土壤之间;S1:1cm土层下方;LS1:1cm土层下方且上方有凋落物覆盖)。结果表明,网室能够地模拟展叶前种子的萌发特征。70%左右郁闭度(30%透光)下红松种子萌发率最高,凋落物或土壤覆盖(S1/LS/LS1)显著抑制了种子萌发。展叶林分红光/远红光比(R/FR)显著小于网室内,造成林下红松种子萌发率显著低于网室。展叶前红松种子的萌发率高达80%,是红松种子萌发的关键时期。水曲柳、蒙古栎和胡桃楸种子分别播种于展叶后实际林分下不同土壤位置(ST,LS)。结果表明,位于ST位置的胡桃楸和水曲柳种子萌发率在85%郁闭度下显著高于95%郁闭度;蒙古栎种子的萌发特征刚好相反。凋落物覆盖(LS)后,水曲柳种子的萌发率提高。
(4)幼苗存活、早期生长对光环境的响应:一年生红松和蒙古栎幼苗在5个光梯度(100%、20%、10%、5%和1%透光率)下的存活、生长和生物量分配格局表明,20%光梯度下,红松存活率显著高于蒙古栎;100%光梯度下蒙古栎的相对生长率(RGR)显著高于红松;1%透光率下两个树种幼苗均无法存活。总体上,随着光梯度减弱,两个树种幼苗各器官的生物量、非结构性碳(NSC)浓度、相对结构性碳(RSC)库和相对非结构性碳库(RNSC)均显著下降。红松幼苗的存活率与叶片的RNSC库相关系数最大,而蒙古栎幼苗的存活率与根的NSC浓度相关系数最大;同时,幼苗存活率与红松叶片以及蒙古栎各器官的RSC库也存在显著性相关。红松幼苗的RGR与各器官的RNSC和RSC库显著相关,蒙古栎幼苗的RGR与根茎NSC浓度、各器官RNSC和RSC库显著相关。光梯度也显著影响两个树种幼苗的NSC、淀粉和可溶性糖的季节动态。中高光下(100%和20%),NSC等物质的峰值出现在2010年9月;低光下(10%和5%),NSC等物质的峰值出现在2011年7月份。不同光梯度下NSC季节动态可能是不同的碳分配、NSC积累和消耗的权衡或NSC的迁移能力造成。