种子更新和萌蘖更新的权衡及更新早期过程的影响因素研究进展

天然更新是森林生态系统中重要的生态学过程,是森林恢复的根本途径.种子更新和萌蘖更新是森林天然更新的两种方式,各有优劣、相互补充.森林天然更新的早期过程被视为树木建植的瓶颈期,因此,研究木本植物种子和萌蘖更新的早期过程对于理解森林天然更新机制、预测种群/群落发展方向和明确森林恢复途径具有重要意义.本文总结了木本植物两种天...     

光照条件对蒙古栎幼苗生长及形态特征的影响

对生长于不同光照环境(林内和林外)下的蒙古栎幼苗的形态特征进行了比较.结果表明,光照条件对蒙古栎幼苗的生物量及其分配具有明显影响,林外幼苗单株生物量为林外的4.48倍,其中以根系生物量的差别为最大,林外为林内的6.23倍;林外与林内幼苗根冠比分别为2.70和1.11.在不同的光照条件下,蒙古栎幼苗的叶片形态表现出明显不同,林外叶片比叶面积明显低于林内,分别为139.55cm2/g 和284.94cm2/g,林内约为林外的2.04倍;一次生长叶面积林外明显低于林内,总叶面积则高于林内.二次生长使蒙古栎幼苗的叶面积有明显增加,但是经过二次生长后,幼苗的单株生物量没有明显增加,说明二次生长叶片对于蒙古栎幼苗生物量的积累没有明显贡献;光照对于蒙古栎主干及根系的形态具有明显影响,林外幼苗高(包括二次生长)明显低于林内幼苗,而地径则相反,林外幼苗根系的长度和直径则明显高于林内幼苗;林外幼苗顶芽体积明显大于林内幼苗.同时,林外幼苗的二次生长导致顶芽体积明显下降,从而对翌年的高生长量和未来干型产生影响.认为,蒙古栎幼苗通过形态上的一系列可塑性变化来适应不同的光环境以获取最大的碳收益.     

啮齿动物捕食和搬运蒙古栎种子对种群更新的影响

2010-2011年,在东北林业大学城市林业示范基地研究了啮齿动物对蒙古栎种子的捕食和搬运。结果表明,蒙古栎种子捕食率在年际间无显著差异,但2010年的蒙古栎种子搬运率显著高于2011年,存留率显著低于2011年。啮齿动物在胡桃楸林、樟子松林、水曲柳林和白桦林内对蒙古栎种子的总捕食率和总搬运率分别达到(5.7±13.5)%和(27.1±37.1)%。蒙古栎种子在樟子松林内的捕食率和搬运率均最高,胡桃楸林内蒙古栎种子存留率最高;2010年蒙古栎种子在与蒙古栎林边缘距离0,10,20,30,40,50m组间的捕食率无显著差异,搬运率和存留率有显著差异,但2011年蒙古栎种子在不同距离组间的捕食率呈显著差异,搬运率和存留率无显著差异。与蒙古栎林边缘距离20m处蒙古栎种子的捕食率最高。2010年和2011年,分别有(37.8±49.7)%和(27.7±49.8)%的蒙古栎种子被啮齿动物利用,这表明啮齿动物是林业示范基地内蒙古栎地表种子的主要捕食者。冬季食物匮乏秋季贮藏种子是造成啮齿动物对蒙古栎种子有较大捕食、扩散压力的主要原因。因此,啮齿动物对蒙古栎种子的捕食和搬运影响了蒙古栎林的种群更新。     

树木萌蘖更新研究进展与展望

萌蘖更新是树木应对采伐等干扰后恢复的主要方式之一,对退化森林生态系统正向演替具有重要作用。本文在广泛查阅国内外相关文献基础上,综述了萌蘖更新的基本特征,萌蘖更新的发生、存活与生长机制,以及萌蘖更新在林业生产、森林植被恢复与重建中的作用。当前,萌蘖更新的研究多限于定性描述和比较树种萌芽数量、萌条存活与生长差异等基本特征,很少系统研究萌蘖更新的过程与机制;关于萌蘖更新的许多最基本问题均没有回答,严重影响了萌蘖更新在林业生产、森林植被恢复与重建中的应用。基于此,本文提出了未来亟需重点研究的科学问题,特别关注了温带次生林生态系统萌蘖更新的研究进展。期望对萌蘖更新未来研究及温带次生林生态系统更新与恢复具有一定的参考价值。     

昆虫种子捕食与蒙古栎种子产量和种子大小的关系

为了了解昆虫种子捕食者在栎类种群更新中的作用,于2006年秋季,在黑龙江省伊春市带岭区东方红林场研究了昆虫对蒙古栎Quercus mongolica在参园和东山两个种群的种子蛀食情况及其与蒙古栎种子产量和种子大小的关系。结果表明：(1)在参园和东山两个林分内,蒙古栎种子雨动态非常相似,种子雨成分中完好种子的平均密度仅为3.2±4.1个/m²（参园）和1.7±2.8个/m²（东山）,分别仅占种子产量的4.0％和3.2％,而虫蛀种子和败育种子的比例均在38%以上,以虫蛀种子的比例最高,分别为58.2％和57.7％;(2)柞栎象Curculio arakawai是蛀食蒙古栎种子的主要昆虫种类,在虫蛀种子中所占比例高达96.8％（参园）和97.1％（东山）,且象甲蛀食种子中所含虫卵数与种子大小有关,即种子越大,所含象甲的虫卵数就较多。本研究的结果说明2006年蒙古栎成熟种子多遭遇虫蛀,导致完好种子的数量极低,因而可能成为限制蒙古栎种群更新的重要因素。     

红松和蒙古栎种子萌发及幼苗生长对升温与降水综合作用的响应

研究气候变暖导致的温度升高和降水格局的变化对典型植被类型建群种植物种子萌发和幼苗存活的影响,对于预测森林群落的发展趋势、种质资源保育及森林抚育更新具有重要意义.以寒温带针阔混交林的建群种和优势种红松Pinus koraiensis、蒙古栎Quercus mongolica种子和幼苗为研究对象,采用空间替代法模拟温度升高和降水变化,观察其种子萌发和幼苗生长情况.结果表明:与种源地相比,蒙古栎种子在温度升高与降水增加(年均温+4.9℃,+330 mm)或降水减少(年均温+2.8℃,-249 mm)的条件下萌发率分别下降了13％和18％,但差异不显著.红松种子在温度升高与降水增加的情况下萌发率比种源地提高了2.29倍,而降水减少时则下降了64％,不同的地点对红松的萌发率差异极显著;不同的温度、降水组合对红松和蒙古栎幼苗的生长均产生不同影响,在温度升高与降水增加与降水减少的情况下,1年生蒙古栎幼苗的株高、基径和主根长度均有明显下降,与种源地差异显著,而对红松幼苗生长的影响差异不显著;温度升高和降水增加或降水减少的交互作用使蒙古栎幼苗和红松幼苗总生物量下降,尤其是在温度升高与降水增加的条件下两种幼苗的生物量最小,分别比种源地下降了62％和20％.但统计分析表明,红松幼苗生物量在3个样地间没有显著差异.温度升高和降水变化均降低了两种幼苗的根冠比,而比叶面积没有显著差异.     

模拟酸雨对蒙古栎幼苗生长和根系伤流量的影响

选择中国北方落叶阔叶林的主要组成树种蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.ex Ledeb.)的1年生幼苗为研究对象,设置4个酸雨酸度(重度、中度、轻度和对照)和3个降雨量(自然雨量和增、减雨量30％),以期阐明酸雨对蒙古栎幼苗形态生长、生物量和根系伤流量的影响,探讨中国北方日趋严重的酸雨是否会影响蒙古栎幼苗的生长,为酸雨区森林恢复植物的选择提供依据.研究结果显示:1)在本实验的酸雨酸度下,酸雨降雨量的增加对蒙古栎幼苗各生理生态指标均有一定的促进作用;2)酸雨酸度对蒙古栎幼苗形态和生物量的影响不显著,但酸度增加降低了幼苗的根系伤流量;3)增雨的重度酸雨处理促进了蒙古栎幼苗形态生长和生物量累积;4)两因素对蒙古栎幼苗的影响没有交互作用.说明蒙古栎对酸雨具有一定的抗性,可考虑选择为酸雨区植被构建的物种.     

蒙古栎种子相对丰富度对小兴安岭5种木本植物种子扩散的影响

2009和2010年秋季,在黑龙江省伊春市带岭区东方红林场研究了蒙古栎结实量及啮齿动物密度变化对胡桃楸、红松、蒙古栎、毛榛和平榛5种木本植物种子扩散的影响.结果表明:在小兴安岭林区,啮齿动物种群数量具有年际变化,2009年小型啮齿动物的总捕获率(31.0％)显著高于2010年(16.7％);2009年蒙古栎种子雨密度(6.2±2.1粒·m-2)和种子相对丰富度(20.O)均显著低于2010年(26.7±10.2粒·m-2和160.0).2009年,除胡桃楸种子外,其他种子全部被扩散或者被原地取食,其中蒙古栎种子被分散埋藏的比例最高,且种子平均扩散距离最大;2010年,胡桃楸种子被分散埋藏的比例最高,且种子平均扩散距离最大.研究区蒙古栎种子相对丰富度是影响其他木本植物种子扩散的重要因素.     

野外土壤增温对胡桃楸幼苗生长和生理特性的影响

全球气候变化将增加地表土壤温度,从而影响植物幼苗生长和种群动态。本研究以温带地带性顶极植被——阔叶红松林的优势树种胡桃楸为对象,研究野外土壤增温2 ℃对1年生和2年生胡桃楸幼苗生长与生理特性的影响。结果表明: 与对照相比,土壤增温使1年生胡桃楸幼苗的基径、根长、总叶面积、叶干重、根干重、总生物量、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和表观光合电光化学淬灭系数(q_P)分别显著增加18.3%、66.7%、 94.4%、105.9%、 95.8%、37.8%、89.5%、100.0%和71.4%;土壤增温使2年生幼苗的基径、总叶面积、叶干重、总生物量、叶片超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性和游离脯氨酸含量、ETR、Φ_PSⅡ和q_P分别显著增加12.5%、180.5%、97.3%、42.5%、23.9%、20.4%、14.9%、20.7%、66.7%、283.3%和284.6%。苗龄和增温对幼苗的根冠比以及叶绿素荧光参数中的Φ_PSⅡ、q_P存在交互作用,表现为土壤增温显著降低了2年生幼苗的根冠比,2年生幼苗叶绿素荧光参数的增幅(4.1～4.6倍)远高于1年生幼苗(1.5～1.8倍)。野外土壤增温2 ℃有利于1年生和2年生胡桃楸幼苗生长,提高胡桃楸幼苗的更新潜力,尤其是2年生胡桃楸幼苗通过大幅增大叶面积、提高叶片光化学效率和提升体内的保护酶活性产生抗逆性来应对土壤增温。     

狼毒种子萌发特性与种群更新机制的研究

研究了采集于植株上的和收集于土壤种子库的狼毒(Stellera chamaejasme)种子在不同温度、光照和5种预处理(即破裂种皮、去除种皮、98％H2SO4浸种5min、0．2％KNO3浸种24h、10℃低温保存1周)条件下的萌发力。结果表明,狼毒种子萌发率较低,25℃恒温、黑暗条件下萌发率为13％,较适宜的萌发温度为30℃恒温或10～30℃变温,破裂种皮和去除种皮萌发率显著提高,25℃恒温、光暗交替条件下萌发率分别为49％和47％,浓硫酸浸种5min处理萌发率可达到32％,KON3浸种和10℃低温保存两个处理对促进狼毒种子萌发效果不明显,狼毒种子萌发对光照条件不敏感,种子硬实性是导致狼毒种子萌发率较低的主要原因,取自土壤种子库内的狼毒种子萌发率高于当年采集的种子,在自然条件下,并非每年都有狼毒种子萌发长成幼苗,种群更新时机是随机的或周期性的。     

长期模拟增温对岷江冷杉幼苗生长与生物量分配的影响

川西亚高山针叶林是青藏高原东部高寒林区的重要组成部分,也是研究全球变化对森林生态系统影响的重要组成。长期模拟增温对川西亚高山森林树木的生长、物质积累及其分配格局的影响至今鲜有报道。以川西亚高山针叶林优势种岷江冷杉(Abies faxoniana)幼苗为研究对象,采用控制环境生长室模拟增温的方法,研究了模拟增温对岷江冷杉幼苗生长、物质积累及其分配格局的影响。结果表明,模拟增温(2.2±0.2)℃处理65个月后,岷江冷杉幼苗基径、株高、单株叶面积和比叶面积(SLA)均显著增加,比叶重(LMA)显著下降。增温对岷江冷杉幼苗的茎、侧枝、叶和总生物量具有显著的促进作用,对根生物量没有显著影响。岷江冷杉幼苗的叶重比(LMR)下降、枝重比(SMR)增加、根重比(RMR)无显著变化。长期增温能显著促进岷江冷杉幼苗的生长和物质积累,改变生物量分配格局,促使叶片物质向茎转移,降低光合物质投入。     

三峡地区柏木种子萌发和幼苗更新的研究

对三峡地区柏木(Cupressus funebris)林柏木种子的萌发、幼苗存活、幼苗生长进行了研究.结果表明,(1)柏木种子的萌动期约为10 d,播种35-45 d后进入萌发高峰期,柏木种子的平均萌发率为47.7%.土壤基质对种子萌发的影响是极显著的,光照对萌发则没有显著的影响.(2)幼苗平均死亡率为52.6%.土壤类型和光照强度对幼苗的存活都有显著影响,在林下土和80%光照条件下幼苗的存活率最高.(3)柏木幼苗生长初期茎的生长动态呈"S"型,而叶片数量的增长动态近于直线型.幼苗生长初期生物量形成主要受光照条件的影响,土壤类型的影响不显著.土壤和光照条件对柏木林柏木幼苗的更新都有显著影响,但是土壤条件主要影响种子萌发和幼苗的存活,而光照条件则主要对幼苗的生长和存活产生影响.     

冠层光谱组成对红松和蒙古栎幼苗生长和光合荧光特性的影响

本研究选择长白山阔叶红松林优势树种红松和蒙古栎幼苗为对象,研究其植株形态、生长和光合荧光特性对5种光谱处理的响应。结果表明: 红松与蒙古栎的形态结构与生长主要受蓝光与紫外B区(UV-B)辐射调控。滤除蓝光后两种幼苗的植株叶面积比和相对生长速率均显著降低,而滤除UV-B辐射显著增加了红松的叶面积比和相对生长速率,分别上升了41.8%和47.7%,降低了蒙古栎的株高、总叶面积和生物量积累。滤除UV-B辐射显著降低了2种幼苗的光合荧光调节能力,红松的下降幅度较低,其非调节性耗散的量子产量(Φ_NO)升高31.6%,反映光合荧光调节能力的Φ_NPQ/Φ_NO值降低37.5%。2个树种幼苗具有明显不同的光谱适应策略,蒙古栎幼苗偏向于利用光谱变化调整自身形态增加光捕获能力,而红松更注重调整光合荧光特征以提高碳同化效率。     

蒙古栎次生林的生长更新与林下植被多样性对林分密度的响应

以辽宁省抚顺市清源县蒙古栎天然次生林为对象,在2018年对6块面积为0.1 hm²的蒙古栎样地进行疏伐,并于2020年调查样地内植被的生长情况,研究疏伐后形成的600(低密度)、720(中密度)、900株·hm^-2(高密度)3种密度对林木生长、林下实生苗更新与林下植被多样性的影响。结果表明: 由于疏伐后间隔年份较短,不同密度下树高、胸径无显著差异。但低密度下林冠对称指数显著高于高密度,表明树冠生长对于林分密度的响应比树干生长更迅速。中密度下实生更新苗数量最多,且相同苗高的实生苗地径显著高于其他两个密度,中密度下实生苗更新与幼苗生长都好于高、低密度。林中共有植物70种,隶属于41科67属,其中木本植物蒙古栎、胡枝子与草本植物山罗花、三叶委陵菜占优势地位。灌木层与草本层的优势度指数、均匀度指数和多样性指数在中密度下表现最佳,表明该立地条件下林分密度保持在720株·hm^-2时更有助于辽东山区蒙古栎次生林的可持续发展。     

文峪河上游华北落叶松林的种子雨、种子库与幼苗更新

华北落叶松林下更新不良,为探究其制约因素,开展了山西省文峪河上游5个华北落叶松林分的种子雨、土壤种子库和幼苗更新的研究。结果表明:(1)华北落叶松种子主要集中于9—10月散落。2011年为华北落叶松种子丰年:种子产量高,种子雨密度达(961.93±377.40)粒/m2;种子质量高,完整种子占(89.31±16.13)%。2012年为种子平年,种子产量低,种子雨密度为(252.73±115.12)粒/m2。华北落叶松种子雨主要源于毗邻树木,华北落叶松纯林和落叶松云杉林的种子雨密度显著高于其他3个针阔混交林。(2)土壤种子库主要由上年种子雨组成,2012年4月的土壤种子库密度为(695.18±297.23)粒/m2,完整种子占(59.73±9.56)%。种子自然萌发前,约(78.98±24.76)粒/m2具发芽力,基本可满足更新需要。但种子活力保持期少于2 a,只能形成短期持久土壤种子库。(3)华北落叶松更新不良,种子年后仍难以实现幼苗建成,当年生幼苗的出现频度平均为1.6%,且林下难以存活。幼苗发生与种子储量关联性不强,种源条件不是制约华北落叶松更新的主要因素。     

遮荫对水曲柳和蒙古栎光合、生长和生物量分配的影响

为探讨水曲柳(Fraxinus mandshurica)和蒙古栎(Quercus mongolica)苗期对光的适应性及其生长最适光强,设置4种光环境(全光(FL)、75%光(LS)、50%光(MS)、25%光(HS)),观测了2年生水曲柳和蒙古栎苗木气体交换参数、叶绿素含量(Chl)和比叶重(LMA)、生长及生物量的分配。结果表明:随着光强的减弱,2个树种的LMA、单位叶鲜质量(LFA)和根冠比均呈下降趋势;叶绿素含量(Chl)呈上升趋势,且差异显著(p<0.05);光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)呈"N"形变化,但差异均不显著(p>0.05);水曲柳的最大光合速率(Pmax)在HS处理下最大,Rd在HS处理下最小;蒙古栎的最大光合速率(Pmax)在LS处理下最大,Rd也较小;在全光处理下苗高增量均低于HS处理,地径增量均高于HS处理。研究结果进一步确定水曲柳苗期具有一定的耐荫性,在弱光强下生长较好;蒙古栎苗期对光照要求较高,在相对较强光照下生长较好。     

科尔沁沙地家榆林的种子散布及幼苗更新

家榆是典型的风播植物,在科尔沁沙地可以形成单一优势种林地.通过对林缘和孤立树不同方向从树基部向外的有序取样与林下和林窗的随机取样调查,分析了家榆林下和林窗不同生境的种子沉降和幼苗分布特征、林缘和孤立树种子散布方向的差异性与规律性.结果表明,家榆种子密度在林下生境阴坡和阳坡明显大于丘顶和丘底,在林窗生境丘顶明显大于丘底.家榆向周围不同方向种子散布的距离和累积数量均有较大差异,其中林缘和孤立树均以当地多逆风频率的西南方向最近,累积数量也最少;孤立树以多顺风频率的东北方向最远,累积数量也最多.林缘和孤立树共6个方向断面从树基部向外单位面积种子数量频度均适合于韦伯分布和对数-正态分布(X2(a)＜0.500)密度函数,具有相同的种子散布格局.家榆幼苗密度在林下阴坡明显大于阳坡,林下和林窗均为丘顶明显大于丘底.林缘19 m内家榆幼苗呈连续分布.在科尔沁沙地,如果不加限制或人为扰动,家榆林不仅可以很好地进行自然更新,而且可以在适宜的沙地生境逐渐扩大其分布空间.     

干旱对红松和蒙古栎幼苗生长的影响及种间竞争

以红松(Pinus koraiensis Sieb.et Zucc.)和蒙古栎(Quercus mongolica Fisch.ex Ledeb.)幼苗为研究对象,针对东北地区未来可能的干暖气候条件,利用盆栽实验进行干旱条件下两种幼苗的生长与竞争研究,分析其光合生理参数和生物量变化。一个生长季的实验结果表明:(1)干旱致使红松和蒙古栎幼苗的光合速率均下降,蒙古栎降低幅度达到显著水平,红松下降不显著。干旱使蒙古栎的水分利用效率下降而红松却显著增加。干旱还导致蒙古栎幼苗的茎叶和侧根生物量以及全株叶面积下降,但却增加了红松的细根生物量和根冠比。(2)混栽栽植处理降低了蒙古栎幼苗的最大净光合速率和水分利用效率,进而减少了其茎和侧根生物量。而对于红松幼苗,混栽同样降低了其水分利用效率,但也增加了其比叶面积和全株叶面积,因而对幼苗生长影响较小。以上结果表明,蒙古栎对干旱反应更为敏感和迅速。种间竞争中红松幼苗比蒙古栎幼苗表现出更强的竞争能力。     

杉木种子萌发及幼苗生长对光强的响应

设置不同光强梯度(透光率分别为100%、40%、20%、10%和5%,光照强度PPFD分别为201.3、77.0、37.5、19.2、9.8 μmol·m^-2·s^-1),研究光对杉木种子萌发和幼苗早期生长的影响,分析杉木种子萌发、幼苗存活、生长、形态响应、生物量积累及其分配格局对不同光环境的响应策略.结果表明: 杉木种子的萌发率、存活率、建植率和萌发指数在不同光强梯度下均有显著差异,且40%的透光率是种子最适萌发条件,萌发率最高,而全光照下存活率和建植率最高;随光照强度的减弱,杉木幼苗茎长增大,根长、子叶长、子叶厚、真叶数呈降低趋势,而基径在各光照强度间无显著差异;总生物量、根生物量、茎生物量、叶生物量均表现为全光照下最大.随着光照强度的减弱,光合组织与非光合组织生物量比、叶生物量比呈降低趋势,茎生物量比呈增加趋势,根冠比和根生物量比无显著差异.弱光环境促进杉木种子萌发,不利于杉木幼苗存活和生长.在弱光环境下,杉木幼苗通过增大茎生物量来提高对弱光环境的耐受力.