林窗环境对海南热带山地雨林土壤种子库种子萌芽的启动机制

发布时间：2020-07-13 12:06

【摘要】：林窗和土壤种子库一直都是森林生态学的研究热点,研究林窗环境下土壤种子库的种子萌芽机制对了解林窗形成后促进森林恢复的过程及原理有着重要意义。林窗形成后,林窗微生境的光照、温度及湿度等都发生了变化,而土壤种子库中一部分一直处于休眠或静止状态的种子因受到环境因子变化的刺激而开始萌芽。林窗环境的变化是如何影响土壤种子库中这一类型种子的萌芽,哪一种环境因子的变化起到了决定性的作用,到目前为止,这些问题仍然没有得到很好地解答。木文以海南霸王岭热带山地雨林的土壤种子库为研究对象,在群落调查和萌发实验得到地上植被和土壤种子库的物种组成和分布特征的基础上,采用野外模拟林窗单个环境因子的新方法,选用探照灯、节能灯和陶瓷加热灯分别模拟林窗光温环境、林窗光照强度和林窗表土温度,在热带山地雨林林下开展光温分离下的土壤种子库萌发实验和室内的控制性验证实验,研究林窗环境对土壤种子库种子萌芽的启动机制。主要的研究结论如下： 1.海南霸王岭热带山地雨林林下土壤种子库种子储量高,种子密度为1694粒/m2,先锋物种在种子数量占有优势,先锋物种的幼苗数量占幼苗总数的85%。土壤种子库物种的垂直分布规律为：0-2cm2-5cm5-10cm,种子数量的垂直分布规律为：0-2cm2-5cm5-10cm,在水平分布上分布频度大物种的其种子密度也相对较高。地上植被物利丰富,主要以乔木为主,草木和藤本较缺乏,物种多样性与个体高度呈现负相关关系。土壤种子库与地上植被的相似性指数Cs仅为0.05,说明土壤种子库与地上植被的物种组成差异较大,土壤种子库与幼苗库的相似性更小,预示着土壤种子库与地上植被的相似性将会随着群落演替而变小。 2.与100m2左右的实测林窗相比,探照灯处理下的土壤种子库微环境中的光温值与林窗中的光温值相似,可以用来模拟了林窗中的光温环境。节能灯处理下的土壤种子库微环境中的光照强度与林窗中的光照强度相近,但表层土壤温度与林下表层土壤的温度相近,可以用来模拟林窗光照强度。陶瓷加热灯处理下的表土温度与林窗中的表土温度相近,但光照强度与林下光照强度相近,可以用来模拟林窗温度。 3.光温分离下的林下土壤种子库萌发实验及室内土壤湿度控制实验的结果显示：(1)光因子是启动热带山地雨林林下土壤种子库中大部分植物种子萌芽的关键环境因子,在节能灯处理下,光照强度的升高启动了土壤种子库中大量种子的萌芽,在9个样点中共有来自6个物种的119棵幼苗萌出；(2)光温两种因了的结合能启动土壤种子库中更多物种种子的萌芽,在探照灯处理下,光照强度和土壤温度同时升高,9个样点共有来自12个物种的141棵幼苗萌出；(3)陶瓷加热灯下萌出的幼苗数量少也可能与其土壤湿度较低(土壤体积含水量仅为0.097)有关,因此土壤温度单因子能否启动土壤种子库中的种子萌芽还需室内实验来进一步探究。(4)土壤湿度的变化不能启动土壤种子库种子的萌芽,但较高的土壤湿度(土壤体积含水量在0.232到0.275之间)有利于土壤种子库的种子萌芽。 4.人工气候箱中不同生态类型物种的种子萌发实验显示：(1)林窗环境中的光因子是启动草本先锋种粽叶芦和灌木先锋种毛稔种子萌芽的关键因子,温度单因子不能启动它们的种子萌发,温度和温度变化幅度的升高能降低粽叶芦和毛稔种子萌发所需要的光照强度。(2)山黄麻种子为温控型,只有高的变温幅度才能启动山黄麻种子的萌发,高光照强度能降低山黄麻种子对高变温幅度的需求,过高的土壤湿度也会抑制山黄麻种子的萌芽。(3)非先锋种厚壳桂的种子萌芽则不受林窗环境因子的调控,在林下、林窗环境中均能萌芽,过高的土壤湿度会抑制厚壳桂种子的萌芽。 5.野外试验和室内验证试验的综合结果表明,在林窗环境因子中,光因子的单独作用能启动土壤种子库中部分物种的种子萌芽,温度单因子能启动土壤种子库中山黄麻种子种子的萌芽,土壤湿度不能调控土壤种子库的种子萌芽,但适宜的土壤湿度(0.140至0.275之间)有利于土壤种子库中的种子萌芽。因此在海南霸王岭的热带山地雨林内,是林窗环境中的光温两因子以及光温的综合作用共同启动了土壤种子库中的种子萌芽。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S714.3
【图文】：

样地,地理位置,热带,海拔

Fig.2-1 Location diagram of Bawangling Mountain and experiment plot霸王岭自然保护区位于海南中西部，位于昌江县和白沙县的交界处（图2-1),保护区总面积约 72000hm2,地理坐标为 18。50'-19。05凡 109。05'-109。25'E，海拔 10{M654m，地形复杂，以山地为主。属热带季风气候，干湿季明显，5-10月为雨季，11月至次年4月为旱季，年平均气温23.6 °C,年平均降水量1500-2000mm(刘万德等.2009),随着海拔增加，植被依次为热带低地雨林和季雨林、热带山地雨林、热带山地常绿林和热带ill顶矮林。土壤以砖红壤为代表类型，随着海拔增加逐渐过渡为山地红壤、山地黄壤和山地草甸土 (胡玉佳和李玉杏1992)。热带低地雨林和热带季雨林分布于海拔700m以下

先锋种,土壤种子库,相对数量,植物种

1 i图3-1 土壤种子库植物种组及种子相对数量M为中期种，P为先锋种Fig. 3-1 Relative quantity of plant species group and seeds in seed banks对土壤种了库的组成种类及数量特征进行分析后得出（表3-1)，土壤种子库记录到的物种中有先锋物种12种，占总种数43%，巾期种16种，占总种数57%。种子相对数量5%以上的4个种粽叶}^ T. maxima^多花野牡丹M. affme、毛稳M sanguineutn、山黄麻T tomentosa均为先锋物种，这4个物种的种子数量占到了总种子数量的80.91%。对土壤种子库的生态种组组成和各生态种组的种子数量的对比分析可以看出（图3-1)，先锋种在乔木、灌木和草本种组中的优势明显

垂直分布,霸王岭,种子库,海南

对合并萌发的9个采样点不同土层中种子萌发的种类和数量进行统计分析，结果见表3-2和图3-2所示。从9个样点各层土壤的萌出幼苗种类和数量可以看出，各个样点差异较大。0-2cm土层种子数量最多的是样点东北1，有55棵幼苗萌出

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