东北次生林主要建群种天然更新过程中的光调节机制

森林退化是21世纪全球环境发展的七大难题之一。中国森林退化严重，次生林已成为森林资源主体，东北林区尤为如此(次生林占该区森林总量的60%以上)。次生林天然更新差是次生林恢复并实现可持续经营的根本障碍，而光是影响次生林天然更新最重要的环境因子。本项目以东北典型次生林生态系统为对象，以影响建群树种天然更新的光因子为主线，在了解温、水及凋落物等因子对次生林天然更新影响的基础上，通过室内、遮荫网室模拟与林分、林窗试验，重点探讨光对次生林主要建群树种种子萌发、幼苗存活及幼树生长的作用机制；明确光质、光量对种子萌发的影响机理与过程，确定主要树种幼苗存活与幼树生长的光阈值，揭示不同大小林窗内光环境变化规律及其与光阈值的关系，并寻求通过人为干扰(如间伐)促进更新的方法。研究结果将丰富森林培育学，对指导次生林人工促进天然更新、实现次生林恢复与可持续经营具有重要理论与现实意义。

项目获批准后，认真填写计划书、制定详细计划，在以往研究基础上，于中科院清原森林生态实验站（以次生林为主要研究对象）建立野外试验基地、补充购置仪器，全面开展相关工作。研究过程中，发现了原计划内容存在的问题并及时做出调整，调整内容于各年度进展报告中均做逐一汇报。经4年研究，计划内容全部完成；取得主要结果如下：.1）明确了光对次生林主要树种种子萌发作用机制：大粒种子如红松、水曲柳、色木槭、黄波罗和胡桃楸等萌发均受光强/光质影响；早春展叶前林下光环境是红松种子萌发的关键时机；变化光质下测试种子的萌发率均较高，表明其对林下光斑环境的长期适应性。林分结构调整、小林窗干扰和凋落物移除等可提供适合树木种子萌发的光环境。.2）确定了影响次生林光环境的林窗结构参数：提出椭圆扇形法计算林窗面积，取得事半功倍效果，并消除了传统计算林窗面积方法的缺点；应用单张半球面影像确定林窗大小与形状、应用两张不同高度半球面影像确定林窗大小、形状与边缘木高度，具简单、精确等优点。.3）揭示了次生林林窗土壤种子库分布与主要树种种子活性保存规律：林窗内种子库最小密度出现在林窗边缘，土壤种子库物种丰富度与林窗面积呈显著正相关，林窗可促进土壤种子库积累；先锋树种当年种子成熟脱落后部分萌发，建群树种种子脱落后不立即萌发，属休眠种子，具有1年以上持久性。.4）监测了次生林主要树种幼苗生理生态特征及存活生长规律：模拟光强对红松、胡桃楸、水曲柳、黄波罗幼苗存活影响不显著，对生长影响显著，其中，红松于60％和100%光处理下无显著差异；实际林分中1%透光率下所有幼苗均不能存活；常绿针叶树种具低光存活优势，阔叶树种则具高光生长优势；幼苗对光的响应可由比叶面积、δ13C、光合能力、器官生物量、非结构性碳等解释。.5）提出基于光响应的人工促进红松天然更新措施：确定了林分结构调控、透光度、林窗大小及位置对红松更新的影响机制，提出当林分过密时，需进行适当疏伐，使红松幼苗所处林分开阔度>30%、幼苗尽量保持在林窗光照时长较大位置，阔叶林冠下更新红松透光伐时间应以红松高生长为主要依据。. 成果表达：获授权发明专利2项，发表论文18篇，SCI 9篇，获抚顺市科技进步一等奖1项，部分成果“林窗研究进展”《中国科学基金》约稿，国际会议5人次做学术报告；培养博士、硕士共5人，博士后1人，1人获国际林联科学成就奖、杰青，1人获优青。