不同生活史阶段栓皮栎更新苗非结构性碳水化合物和生态化学计量特征的研究

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栓皮栎(Quercus variabilis Bl.)作为我国植被恢复的主要树种,在水源涵养、水土保持以及维持生态平衡方面发挥了不可忽视的作用,具有较大的经济价值和重要的生态服务功能。然而,由于全球气候变化以及人类活动的共同影响,我国的栓皮栎林已经或正在退化为残败次生林,稳定性遭到严重破坏,并且更新效率低,更新质量差,这对其生态服务功能的正常发挥构成了威胁,严重阻碍了人类社会的可持续发展。因此,栓皮栎人工林下苗木的天然更新问题受到林学和森林生态学等领域的广泛关注。植物体内的非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrates,NSC)的积累、转化和分配及其碳氮化学计量特征反映了林下更新幼苗的存活和生长策略。目前,林下栓皮栎更新苗在不同生活史阶段是如何通过调节其体内储存的非结构性碳水化合物的变化以及碳氮生态化学计量特征来生存的策略尚不清楚。本研究以栓皮栎实生苗作为研究对象,按照株高将林下更新苗划分为小幼苗(≤0.1m)、大幼苗(0.11-0.5m)和小幼树(0.51-1.3m)3个生活史阶段,分别对位于泌阳县国有马道林场阴坡和阳坡的栓皮栎更新苗进行4次取样(2020年9月、2021年1月、2021年3月和2021年6月),通过对比分析不同生活史阶段栓皮栎更新苗不同组织部位(根、茎和叶)非结构性碳水化合物和生态化学计量性状特征随季节的动态变化规律,以探明不同生活史阶段栓皮栎更新幼苗的生理生态策略,主要研究结果如下:(1)坡向对不同生活史阶段栓皮栎更新苗叶片的可溶性糖和淀粉含量有显著影响(P?0.05),对根和茎的可溶性糖和淀粉含量影响不显著(P?0.05)。总体来看,栓皮栎不同生活史阶段更新苗在阴坡和阳坡均表现为根系的可溶性糖和淀粉含量最大,茎的可溶性糖和淀粉含量最小。阴坡不同生活史阶段栓皮栎更新苗各组织部位中的可溶性糖和淀粉含量均大于阳坡。(2)季节对不同生活史阶段栓皮栎更新苗的根、茎和叶中的NSC含量有显著影响(P?0.05)。阴坡和阳坡的栓皮栎大幼苗和小幼树的根NSC含量均随季节呈“减少-增大-减少”的趋势,而小幼苗的根NSC含量则呈先增大后减小的规律;除阴坡的大幼苗外,栓皮栎小幼苗和大幼苗中茎的NSC含量随季节呈“增大-减少-增大”的规律。不同坡向下,栓皮栎小幼苗中叶片的NSC含量在冬季最低,而大幼苗和小幼树中叶片NSC含量则在春季最低,但不同生活史阶段的更新苗中叶的NSC含量均在夏季有不同程度的增大。(3)不同生活史阶段栓皮栎更新苗的根、茎和叶中的糖淀比均随季节呈先增大后减小的规律,其中阴坡栓皮栎各组织部位的糖淀比主要在冬季和春季达到最大;除小幼苗外,阳坡其他生活史阶段更新苗各组织部位糖淀比均在冬季达到最大。阴坡下不同生活史阶段的栓皮栎更新苗整体表现为叶片的糖淀比最大,而阳坡则整体表现为茎中糖淀比最大。不同坡向下栓皮栎各组织部位的糖淀比均在夏季有所减少,其中叶和茎的糖淀比显著减少(P?0.05)。(4)坡向对不同生活史阶段栓皮栎苗木的根、茎和叶的全氮(TN)含量有显著影响(P?0.05),对全碳(TC)含量影响不显著(P?0.05)。总体来看,栓皮栎不同生活史阶段更新苗在阴坡和阳坡中均表现为:根的TC含量相对最小,叶的TN含量最大。阳坡不同生活史阶段栓皮栎更新苗各组织部位中的TC和TN含量大于阴坡。(5)季节对不同生活史阶段栓皮栎苗木的根和叶的TN含量有显著影响。不同坡向下,栓皮栎各阶段的根和茎中的TC含量随季节呈先减少后增加的趋势;其中阴坡各阶段的栓皮栎的根TN含量均在夏季减少,而阳坡各阶段的栓皮栎根的TN含量均在春季减少;阴坡栓皮栎中茎的TN含量均在夏季有所增大,而阳坡下茎的TN含量均在冬季增大。各生活史阶段的栓皮栎的叶TC和TN含量随季节整体呈“减少-增大-减少”的规律,不同生活史阶段的栓皮栎中叶的TC和TN含量在春季达到最大,而在夏季叶片的TC和TN含量均下降。(6)从季节变化来看,阴坡和阳坡下栓皮栎的叶片C:N均呈“增大-减少-增大”的规律,并在冬季其比值达到最大。阴坡下不同生活史阶段的栓皮栎根C:N在春季减少、夏季增长,而茎C:N在春季增长、夏季减少。阳坡小幼苗的根、茎C:N整体呈增长趋势,小幼树的根、茎C:N呈减小的规律;大幼苗的根和茎C:N在秋季到春季则呈相反的变化规律,并在夏季增大。
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