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气候变化将增加地表平均气温、改变降水格局,这可能会引起东灵山地区建群树种辽东栎(Quercuswutaishanica)种群分布范围的变化,具体来说,人为气候变暖影响辽东栎的种子出苗、幼苗存活和生长,进而影响其种群的更新动态。为评估增温和降水变化对辽东栎种子出苗特性和其幼苗存活和生长的限制性影响,我们的研究主要针对两个问题。第一、室内生长箱(GrowthChamber)实验:增温(2℃,6℃)和降水变化(加水30%和减水30%)是如何影响辽东栎的种子出苗、幼苗存活和生长的?第二、沿海拔梯度的野外播种实验:在目前的气候条件下,影响不同海拔梯度上辽东栎种子出苗、幼苗存活和生长的主要环境因子是什么?通过此室内模拟实验和野外控制实验,得到的主要的结果如下:
1、辽东栎的种子出苗及幼苗的存活和生长对气候因子的响应有所不同,在目前的气候条件下,种子的出苗率主要受到了春季降水和土壤含水量的影响;幼苗的生长受温度和水分条件的影响不显著;幼苗的存活率与生长季的土壤含水量密切相关。
2、在目前的气候条件下,种子出苗阶段相对于生长阶段对温度和水分的变化更为敏感:出苗时间受到气温和土壤温度的强烈限制,而种子的出苗速率和出苗率则受到土壤含水量的影响,在辽东栎的垂直分布区内,随着土壤含水量的增加,出苗速率和最终的出苗率亦显著增加。在未来的气候变暖条件下,辽东栎的出苗时间会对增温环境首先做出响应,以增强幼苗对环境的适应性,春季高温和降水量减少导致的干旱化很可能会降低种子的出苗率和增加种子的死亡率,此时增加降水量会抵消这种干旱化影响。
3、在辽东栎的垂直分布区内,幼苗的生长不受沿海拔梯度的增温和平均土壤含水量的变化(10.4%~14.5%)的影响,但受到光照和土壤养分的限制,光照是首要影响因子,土壤的磷含量次之。在未来气候变暖的条件下,夏季的高温和降水量减少可能会抑制幼苗各器官的生长,特别是幼苗叶和根的形态生物量积累,但增温和降水量变化均对辽东栎幼苗的高生长无显著影响。
4、在目前的气候条件下,辽东栎垂直分布的上边界的低温不是影响辽东栎种子出苗和幼苗生长和存活的主要环境因子;由于土壤含水量显著影响了种子的出苗率和幼苗的存活率,因此应特别注意未来气候变暖条件下,降水量减少的影响。
5、冬季低温显著增加了一年生幼苗的死亡率,在未来的气候变化情境下,冬季的增温很可能会降低幼苗的死亡率,促进幼苗的建立和补充。
以上研究结果增加了我们的理解:辽东栎生活史的早期阶段——出苗、存活和生长——对气候因子的响应,以及气候变化对幼苗建立的可能影响。