闊葉紅松林是我國東北林區(qū)的地帶性頂級群落,具有復(fù)雜的群落結(jié)構(gòu)和豐富的生物資源,也是東北地區(qū)重要的森林碳匯,對維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和區(qū)域生態(tài)安全具有重要作用。然而,闊葉紅松林存在紅松幼苗天然更新障礙問題,一直是森林經(jīng)營以及生態(tài)領(lǐng)域的難題。自上世紀(jì)50年代以來,經(jīng)過諸多林學(xué)和生態(tài)學(xué)家的大量研究,太陽光被普遍認(rèn)為是驅(qū)動紅松更新的關(guān)鍵因子。這是因?yàn)樘柟獠粌H為植物光合碳同化過程提供必要的能量輸入,更重要地是不同波段的光譜分區(qū)可以作為信號,調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育和形態(tài)建成。以往研究主要關(guān)注光強(qiáng)的影響,忽略了林下劇烈變化光譜的生物學(xué)影響,具體調(diào)控機(jī)制不清。冠層光譜組成如何調(diào)控紅松幼苗的功能性狀表達(dá),以及對森林更新的驅(qū)動作用知之甚少。
基于此,中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團(tuán)隊(duì)選擇闊葉紅松林典型代表性樹種紅松(Pinus koraiensis)和蒙古櫟(Quercus mongolica)作為主要研究對象,通過同質(zhì)園光譜控制實(shí)驗(yàn),研究其在不同光譜分區(qū)下形態(tài)發(fā)育、生長速度、光合特性等響應(yīng)特征,以及典型功能性狀的可塑性變化。結(jié)果表明藍(lán)光有利于兩個(gè)樹種的幼苗生長發(fā)育;相反,UV-B輻射顯著抑制了紅松的生長速率,但促進(jìn)了蒙古櫟的株高、總?cè)~面積和生物量積累。在光譜響應(yīng)程度方面,紅松在葉綠素和花青素等生理生化方面具有高可塑性,而蒙古松主要體現(xiàn)在形態(tài)特征方面(圖1)。以上結(jié)果表明兩個(gè)優(yōu)勢樹種具有顯著差異的光譜適應(yīng)策略(圖2):蒙古櫟作為闊葉落葉樹種,其幼苗階段傾向于通過調(diào)整植株形態(tài)來提高光截獲能力,而紅松作為常綠針葉樹種,主要依靠于光合生理生化過程來提高光利用效率。該研究為促進(jìn)闊葉紅松林天然更新和提升生態(tài)系統(tǒng)功能提供了重要科學(xué)依據(jù)。
研究結(jié)果以“Contrasting light capture strategies between shade-tolerant and -intolerant tree seedlings responding to solar canopy spectral composition” 為題發(fā)表于Environmental and Experimental Botany。沈陽生態(tài)所博士研究生生馬靖然為該文章第一作者,王慶偉研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金等項(xiàng)目支持。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2024.105857

圖1 不同光譜下紅松和蒙古櫟幼苗功能性狀可塑性(RDPI)差異

圖2 紅松和蒙古櫟幼苗光適應(yīng)策略




