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阔叶红松林是我国东北东部山区的典型地带性顶极群落,红松(Pinuskoraiensis Sieb.et Zucc.)则是阔叶红松林中的优势树种和生态关键种。自20世纪50年代以来,由于长期的不合理开发利用,阔叶红松林严重退化,生态关键种红松消失,并逐渐被次生林生态系统(包含次生林及镶嵌其中的人工林)所取代。由于次生林生态系统的结构、生态服务功能等远低于原始林(阔叶红松林),因此,促进次生林生态系统的正向演替、恢复其固有结构和生态功能已成为东北林业发展的主要目标之一。如何促进红松在次生林生态系统内的更新是实现阔叶红松林恢复的关键。已有研究表明,阔叶次生林冠下人工栽植红松是将次生林定向恢复为阔叶红松林的可行途径;而在此过程中,光是影响冠下红松更新成功与否的最关键环境要素。但是,冠下光环境到底是如何影响冠下红松天然更新,即红松对光环境的适应机制如何,一直是该研究领域未解的难题。为此,本研究以3年生红松幼苗为对象,通过遮光网室控制、野外实际林分开阔度调控和林窗不同位置等光处理试验,采用荧光分析、CO2气体交换分析等技术,对红松幼苗存活、生长、光合生理、形态调整等指标进行持续3年监测,利用可塑性指数和Michaelis-Menten方程探讨了光环境(光质、光强和光照时长)对红松存活和生长的影响机制。本研究的遮光网室控制试验设置了三种光环境处理:弱光(WI)、中光(MI)和全光(FI),对应光强分别为全光的11%、35%和100%;实际林分开阔度调控试验设置了三种林分开阔度处理:7%、15%和30%,对应光强分别为全光的6%、17%和34%;林窗不同位置试验设置了两种大小林窗内五个位置处理:林窗的东侧、西侧、南侧、北侧和中心。 本研究主要内容包括:⑴不同处理的遮光网室和实际林分开阔度均显著影响光强和光质(R∶FR值);但是对其他环境因子(空气温度、相对湿度、土壤体积含水量)的影响未达到显著水平。林窗不同位置显著影响林窗的光照时长(PSD),PSD最大值出现在林窗北侧。⑵在遮光网室控制试验中,红松幼苗存活率在全光(FI)和弱光(WI)处理下分别达到最高(85%)和最低(53%);在实际林分开阔度调控试验中,幼苗存活率在三个开阔度处理间的差异显著,最高(50%)和最低(30%)存活率分别出现在30%和7%开阔度林分内,且均显著低于遮光网室内的存活率;在林窗试验中,林窗位置效应对红松幼苗存活率无显著影响。⑶红松幼苗的相对生长速率(RGR)、新生器官(当年生针叶和枝)的生物量分配受光环境影响显著,表现为随着遮光网室光环境降低、实际林分开阔度下降和林窗光照时长减小而显著降低。上述结果表明,红松幼苗在全光环境下存活率最大,相对生长速率最大,且能在弱光环境下生存。⑷遮光网室控制和实际林分开阔度调控试验中,红松幼苗当年生针叶的最大光合速率(Amax)和暗呼吸速率(Rd)随光环境减弱而显著降低;而且在实际林分内的当年生针叶最大Amax(30%开阔度林分内的Amax:1.81μmol·m-2·s-1)仍低于遮光网室内的最小Amax(弱光WI处理下的Amax:1.90μmol·m-2·s-1);随着光环境的减弱,红松幼苗当年生叶的叶绿素b含量显著升高,针叶叶绿素a∶b显著降低;另外,红松幼苗当年生针叶的光系统Ⅱ的最大光量子效率(Fv/Fm)在7%开阔度林分内达到最小值,显著低于15%和30%开阔度处理(P<0.05),15%和30%开阔度处理间差异不显著(P>0.05)。荧光分析结果说明,在7%开阔度林分内,红松幼苗针叶利用光能的能力受限,呈弱光胁迫现象;因此,可以推断,适合红松幼苗生长的林分开阔度应为7%以上。林窗不同位置对幼苗针对叶绿素a∶b和叶氮含量影响显著,最大值均出现在林窗北侧和中心位置,与林窗光照时长分布格局一致。上述结果表明,在弱光环境(遮光网室弱光WI和7%开阔度处理)下,红松幼苗通过提高光合作用能力来适应弱光环境,具有较强的适应弱光环境的能力。⑸光环境对红松幼苗针叶比叶重(LMA)和冠幅生长的影响显著,表现为随着光环境降低,LMA和冠幅生长显著降低;这表明在弱光环境下,红松幼苗通过调整针叶和冠幅性状,捕获更多的光能。⑹红松幼苗可塑性分析结果显示,红松幼苗在不同光环境下表现出较大的光合生理和形态可塑性,其可塑性指标(PI)的大小顺序为:形态参数>生理参数>生长参数,且实际林分的PI最大;当年生针叶和枝条的可塑性显著高于其他器官;以上说明红松幼苗可以适应较为广泛的光环境。另外,幼苗存活率和RGR与生理、形态和生长指标的逐步回归结果显示,影响红松幼苗存活的光合生理参数为Amax和非结构性碳(NSC),形态参数为LMA,生长参数为当年主枝:侧枝伸长生长比值和株高生长;影响红松幼苗生长的光合生理参数为Amax、叶氮含量(Narea)和NSC,形态参数为LMA,生长参数为株高生长。