川西亚高山65年人工云杉林种子雨、种子库和幼苗定居研究

川西亚高山人工针叶林已成为亚高山森林的重要组成部分, 它们是否具有持续的自然更新能力, 是决定川西亚高山针叶林群落演替方向和维持该区针叶林大面积存在的基础。以川西米亚罗亚高山人工云杉(Picea asperata)林(65 a)为研究对象, 对种子雨量年际变化、土壤种子库动态、种子萌发和幼苗定居等更新过程的关键环节进行了连续7年(2002-2008年)的野外观测, 以研究人工云杉林更新潜力及影响其更新的限制因素。结果表明: 该区云杉林种子雨一般从每年的10月初开始下落, 一直到翌年的1月底或2月初结束; 云杉种子散落存在明显的大小年现象, 种子散落周期为4年, 且大小年之间种子产量差异极大; 云杉种子从下落到土壤到种子完全失去活力不到1年时间, 属于Thompson和Grime定义的第II类土壤种子库类型。腐烂死亡和动物取食是土壤种子库损耗的主要因素, 而种子通过萌发真正转化为幼苗的比例非常低, 仅占2002年下落种子总量的3.6%。种子萌发后, 环境筛的作用导致云杉幼苗大量死亡, 尤其是在种子萌发后的一个生长季节内, 其死亡率高达78%。凋落物和苔藓是构成人工云杉林下地表的两种主要地被物类型, 二者占所有调查幼苗数量的93%左右; 两种地被物类型上0-2 cm层幼苗存活率最高, 分别占存活幼苗总数的76.07%和86.72%, 随地被物厚度增加, 幼苗存活率呈明显下降趋势, 而幼苗死亡率呈明显升高的趋势, 表明林下地被物厚度也是影响云杉幼苗定居的重要因素。两种地被物对幼苗生长的影响不同, 除株高之外, 分布在苔藓上的云杉幼苗生长参数(地径、分枝数、干重以及干重年增长率)明显高于分布于凋落物上的幼苗, 表明苔藓地被物更有利于云杉幼苗定居。尽管该区大量云杉种子下落, 但由于种子的高损耗率、幼苗的低输出率以及萌发幼苗的高死亡率, 使得人工云杉林下种子通过萌发转为实生幼苗的数量非常少, 最终真正能补充到云杉种群的个体数量非常有限。     

增温对川西亚高山针叶林内不同光环境下红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响

 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森林类型。开展亚高山针叶林不同树种对气候变暖响应差异的研究, 可为预测未来气候变暖背景下亚高山针叶林植被组成和森林动态提供科学依据。我们以川西亚高山针叶林两种主要树种——红桦(Betula albo-sinensis)和岷江冷杉(Abies faxoniana)为研究材料, 采用开顶式增温法(Open-top chamber, OTC)模拟气候变暖, 研究了增温对全光条件和林下低光环境中(约为全光的10%)生长的红桦和岷江冷杉幼苗生长和生理的影响。在人工林环境下, OTC使增温框内平均气温和地表温度分别升高了0.51和0.33 ℃; 而在林外空地处, OTC使二者分别升高了0.69和0.41 ℃。研究结果显示, 增温总体上促进了两种幼苗的生长和生理过程, 并促使幼苗将更多的生物量投入到其同化部位——叶, 使幼苗的根冠比(R/S)显著降低。增温通过增加叶片的光合色素含量和表观量子效率等光合参数, 促进了幼苗的光合过程和生长。然而, 增温对两种幼苗生长和生理的影响效果与植物种类及其所处的光环境有关。增温仅在林外全光条件下显著影响红桦幼苗的生长和生理过程。岷江冷杉幼苗对增温的响应与红桦相反, 即增温仅在林下低光环境下对岷江冷杉幼苗的生长和生理过程有明显促进作用。这种响应差异可能赋予这两种植物在未来气候变暖背景下面对外界环境变化时具有不同的适应能力和竞争优势, 从而对亚高山针叶林生态系统物种组成和森林动态产生潜在影响。