川西亚高山森林优势种红桦对光强和光质变化的响应与适应

川西亚高山森林是青藏高原东缘林区的主体，对全球变化十分敏感。红桦既是该林区森林自然演替过程中的先锋树种，也是森林优势种之一，喜光但能忍耐一定的荫蔽。当前，因全球气候变化如云量减少和臭氧层衰减的显著影响，该林区太阳总辐射和紫外辐射不断增强。此外，微生境改变如林窗形成、周围树木遮挡等，也会改变红桦个体所处光环境的光强和光质。基于光强和光质的变化对植物形态、生长和生理生化反应都有重要的修饰作用。本项目拟通过野外调查不同光环境梯度下红桦的生长，揭示其光适应规律；通过模拟控制UV-B/UV-A/PAR和红光/远红光比率及绝对强度变化，分析种子萌发、幼苗形态建成、植株生长等过程中形态变化、光合生产、次生代谢等生理生态响应。阐明红桦幼苗对光强和光质变化的短期响应和长期适应机制。研究成果可为评价全球气候变化所引发的生态学效应提供基础数据，从而为加快该区植被恢复与重建提供理论指导。

我们通过野外调查发现，光照强度和水分条件可能是制约红桦幼苗早期生长的因子。通过日光UV-B去除实验表明，红桦幼苗的生长受到日光UV-B的显著制约，氮素添加虽然能够明显促进植株株高的生长和生物量的积累，但在高强度的日光UV-B作用下，其光合系统可能会受到损伤。红桦种子萌发实验表明，白光、红光和黑暗条件对种子发芽率并无明显影响，但却影响幼苗形成中胚根和胚轴的生长，白光条件有利于胚根生长，而在红光和黑暗条件下其胚轴明显增长。模拟增温实验表明，温度增高3℃的条件下，红桦的光合速率会显著下降，但在有冷杉混生的条件下，这种下降得到一定程度的缓解。我们通过光强梯度实验发现，强光下红桦幼叶叶色有变红的现象出现，提示其可能是一种高光保护机制，但其机理有待进一步研究。