模擬溫度變化對(duì)天山云杉自毒作用影響.pdf

1、天山云杉（Picea schrenkiana）為云杉屬植物，是中亞和亞洲中部山地特有種，新疆山地-綠洲-荒漠生態(tài)系統(tǒng)的生命之源。在火干擾受到人為管控的有限時(shí)間尺度內(nèi)森林的自然恢復(fù)過(guò)程中，天山云杉天然更新不良導(dǎo)致的生產(chǎn)力下降已成為長(zhǎng)期困惑新疆林業(yè)工作者的一大難題。
　　本課題組在以往的研究中提出“天山云杉天然更新障礙自毒作用”假設(shè)，發(fā)現(xiàn)天山云杉針葉和凋落物水浸提取液對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)存在自毒效應(yīng)，凋落物水提取液乙醚萃取相中存在的3

2、，4～二羥基苯乙酮（DHAP）是引起天山云杉自毒作用的最主要化學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)。那么，在全球氣候變暖的大背景下天山云杉的自毒作用又會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化，回答以上問(wèn)題對(duì)于解釋未來(lái)天山地區(qū)森林群落演替、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與健康、天山云杉林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理等具有一定意義。
　　研究中在天山云杉分布地新疆天山西部林業(yè)局昭蘇林場(chǎng)、鞏留林場(chǎng)、中部新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)習(xí)林場(chǎng)、國(guó)家林業(yè)局天山森林生態(tài)系統(tǒng)定位站和東部哈密林場(chǎng)建立5個(gè)樣地23條樣帶69個(gè)樣點(diǎn)，埋設(shè)土壤溫度采

3、樣探頭，采集了10年間(2003～2012)天山云杉種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期5～7月間土壤溫度數(shù)值，確定了天山云杉種子萌發(fā)與幼苗生長(zhǎng)的基準(zhǔn)溫度。人工智能模擬溫度升高（降低）環(huán)境中天山云杉凋落物水提取液、不同極性萃取相、3，4-二羥基苯乙酮自毒活性的變化，得出如下主要結(jié)論:
　　1、種子萌發(fā)期（5月15～6月15日）天山云杉分布核心區(qū)海拔2100～2300m，日土壤溫度變化為:9.4～15.2℃，夜土壤溫度變化為:3.6～5.5℃

4、。2003年至2012年10年間，種子萌發(fā)期日平均溫度升高:0.4～0.8℃，夜平均溫度升高:0.2～0.4℃。幼苗生長(zhǎng)期（6月16～7月15日）天山云杉分布核心區(qū)海拔2100～2300 m，日土壤溫度變化為:12.5～17.6℃，夜土壤溫度變化為:5.2～7.9℃。2003年～2012年10年間，幼苗生長(zhǎng)期間日平均溫度升高:0.5～0.8℃，夜平均溫度升高范圍:0.3～0.6℃。基于以上分析，確定天山云杉種子萌發(fā)期間日溫度為:12℃，

5、夜溫為4℃;幼苗生長(zhǎng)期間日溫度為:14℃，夜溫度為6℃。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)溫度增加2℃（2060年）、4℃（2110年）和降低2℃、4℃，分析天山云杉自毒作用強(qiáng)弱變化的情況。
　　2、溫度升高天山云杉種子萌發(fā)速率、實(shí)生苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和鮮重顯著增加，種子萌發(fā)率變化不顯著;溫度降低天山云杉種子萌發(fā)速率與萌發(fā)率、實(shí)生苗胚芽長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和鮮重均顯著降低，溫度變化對(duì)天山云杉更新期種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有顯著影響。溫度升高與降低凋落物水提取液(3.2

6、 mg/ml)對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均存在顯著抑制作用，凋落物中存在的化感物質(zhì)隨溫度增高自毒活性增強(qiáng)。
　　3、凋落物低極性組分（乙醚萃取相）自毒活性顯著高于中等極性組分（乙酸乙酯萃取相）和高極性組分（正丁醇萃取相）。低極性組分（各濃度）隨溫度升高對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)抑制作用增強(qiáng)。中等和高極性組分低濃度狀態(tài)(1.0 mg/ml)對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)存在促進(jìn)作用，促進(jìn)作用隨溫度升高有增強(qiáng);中間濃度狀態(tài)(2.5～5.0 mg/ml)對(duì)種

7、子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)存在抑制作用，溫度升高對(duì)抑制作用的影響存在多樣性;高濃度狀態(tài)(10.0 mg/ml)對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)抑制作用顯著，溫度升高顯著增強(qiáng)抑制作用。
　　4、極低濃度DHAP溶液(0.1 mM)對(duì)天山云杉種子發(fā)育有促進(jìn)作用，低濃度溶液(0.5 mM)對(duì)種子萌發(fā)作用介于促進(jìn)與抑制之間，后隨濃度增高抑制作用增強(qiáng)，符合自毒物質(zhì)作用的規(guī)律“低促～高抑”。天山云杉自毒物質(zhì)DHAP效應(yīng)轉(zhuǎn)化拐點(diǎn)濃度為0.5 mM左右，低于自毒物質(zhì)效