光质和土传病原菌对水曲柳和紫椴幼苗更新的耦合作用

Seedling regeneration is a critical process for forest succession and biodiversity maintenance. Despite light and pathogen have widely regarded as important abiotic and biotic factors for seedling regeneration, few studies examined their joint effect and relative importance of the two factors on seedling regeneration. In addition, most studies testing the influence of light on seedling regeneration in forest ecosystem focused on light quantity instead of light quality. However, light quality can regulate plant defense to pathogen, thereby affecting seedling regeneration. This project will conduct field control and simulation experiments to test the effects of light quality and soil-borne pathogens on seedling survival, growth and physiological characteristics of Fraxinus mandshurica and Tilia amurensis, which are dominant species in broad-leaved korean pine mixed forest in Changbai Mountain, Northeast China, and to compare the relative importance of light quality and soil-borne pathogens between the two species, and to clarify the regulatory effect of light quality on plant susceptibility to soil-borne pathogens, and to explore the influence of light quality on density- and distance-dependent effects caused by soil-borne pathogens, and to examine or develop negative density dependence. The project will provide theoretical support for sustainable temperate forest management.

木本植物幼苗更新是森林群落演替和多样性维持的关键环节。光和土传病原菌作为影响幼苗更新至关重要的非生物和生物因子，尽管近年来受到广泛关注，但却缺乏对二者的整合及相对作用研究。此外，在森林生态系统中，针对光的研究多侧重于光强的影响，忽视了光质的作用，而光质能够调控植物应对病原菌胁迫的能力，进而影响幼苗更新。本项目拟以长白山阔叶红松林内的2个优势树种-水曲柳和紫椴作为研究对象，将野外控制试验和模拟试验相结合，通过改变幼苗所处的光质环境和土传病原菌条件，分析光质和土传病原菌对幼苗存活、生长发育及生理生态特征的影响，比较二者的相对重要性及其在树种间的差异，阐明光质对幼苗致病性的调控机制，探讨光质对由土传病原菌导致的密度制约和距离制约效应的影响，验证乃至发展负密度制约假说，为温带森林资源经营管理提供理论支持。

木本植物更新是森林群落演替、植被生态恢复过程中至关重要的一环。项目负责人在前期研究的基础上，通过开展模拟控制试验和野外控制试验，进行光质和土壤微生物的整合研究，旨在阐明二者在长白山温带森林两种优势种（水曲柳和紫椴）更新过程中的相对作用，探讨光质对由土传病原菌导致的负密度制约效应的影响，主要取得了以下三方面的主要成果：1）对水曲柳幼苗，红光/远红光比例的降低促使其将更多的生物量分配给茎部，促进幼苗的高生长，同时增加比叶面积、叶绿素含量及叶片水分含量，以此获取更多的光资源和提高光合能力，保证自身存活率；而紫椴幼苗面对逆境的反应则略显迟缓，死亡率较高。土壤微生物在植物幼苗面对红光/远红光下降时，并未起到积极作用，因为灭菌处理显著提高了植物的叶绿素含量及水分含量。2）在野外原始林内进行负密度制约假说的验证试验，结果发现红光/远红光比例的下降确实导致了幼苗存活率下降，但其与灭菌的交互作用可以显著提高紫椴幼苗存活率，说明土壤微生物确实是影响某些植物幼苗存活的主要因素。虽然高密度导致紫椴幼苗存活率降低，但是幼苗密度和灭菌处理之间未发现交互效应，尚不能用负密度制约假说的理论来解释这一负密度制约现象。3）通过对不同处理下土壤微生物的测序结果发现，低密度幼苗处理下的土壤真菌多样性显著高于高密度处理，但是与降低红光/远红光进行交互作用后，真菌多样性的显著差异消失，说明光质的这种改变极大地提高了真菌多样性，这与上述试验结果的推断是一致的。以上成果将有望为森林更新机制及森林培育实践提供理论支撑及实践示范。