云南松植冠种子库及其生态适应意义的研究

在干扰较强的环境中，干扰主导着植物的进化，深刻影响着生态系统的结构与功能。具有植冠种子库的树木表现出非常强的抗干扰性能，以前只在亚洲以外的火灾易发和干旱地区被发现。我们近期发现，滇中高原的特有植物云南松也具有植冠种子库。本研究通过对云南松的3变种的植冠种子库特征、诱导释放因子和适应优势比较，延迟开放的成本-收益分析。主要探讨：云南松3个变种植冠种子库的特征和适应优势，诱导球果释放种子的因子，球果延迟开放的成本及其对生殖、生长和生存的负面影响。研究揭示云南松植冠种子库的基本特征、生态功能和适应意义及其自然更新的生态过程，进一步完善植冠种子库的形成机理、抗干扰机制和地理分布格局，探讨植冠种子库的成本与代价，深入认识滇中高原生态系统中的主要干扰因子，为云贵高原生态建设和生态恢复提供科学指导，为探讨云南高原生物多样性的形成和维持机制奠定科学基础，为应对全球气候变化作科学基础准备。

在易火生境中，火干扰主导着植物的进化，深刻影响着生态系统的结构与功能。具有植冠种子库的树木表现出非常强的抗干扰的适应性能，以前只在亚洲以外的火灾易发和干旱地区被发现。本研究通过对云南松的3变种的植冠种子库与土壤种子库特征的比较，诱导释放因子和植冠种子库的适应优势的分析，以及延迟开放的成本-收益分析。研究结果显示，云南松植冠中除有当年成熟球果外，还有有1年到7年前成熟的鳞片闭合球果，以及1年到9年前成熟的鳞片开放球果；地盘松还有有1年到4年前成熟的鳞片闭合球果，以及1年到5年前成熟的鳞片开放球果。细叶云南松少量宿存1年的球果中没有发现可萌发的种子。云南松和地盘松植冠中宿存闭合球果中有可萌发的种子，种子的萌发率随球果宿存时间的延长而下降；宿存会降低种子形成幼苗的生长势。每100m2林地的植冠中储存有大约105粒有活力的种子，是当年种子产量的4倍,。植冠种子库规模在平均每100m2储存种子约50000粒。同一地段云南松和地盘松植冠种子库的种子数量是土壤种子库中的近4000倍和100倍。在没有发生火期间，云南松和地盘松宿存的各年球果在宿存期间每年会有一些球果的鳞开放释放出种子，一般在成熟后的8年和4年内所有球果逐渐开放释放出种子。40℃以上的温度和林地过火可诱导云南松和地盘松球果鳞片开放，球果开放时间随着烘烤温度的升高而缩短; 过火后云南松释放种子的数量约为非过火地段年均释放种子量的2.6倍。萌发前60℃以上的高温度短时处理，可提高云南松和地盘松种子的萌发率。研究结果表明，云南松和地盘松具有非严格植冠种子库，细叶云南松球果不延迟开放；地面火可诱导植冠中的闭合球果鳞片开放释放种子；球果在植冠中最长宿存和延迟开放的时间与种子存活的时间基本一致；每年自然释放和过火后释放的种子都由多年成熟的种子组成；云南松球果延迟开放的进化可能与生境易发生林火有关，云南松存在种内的火生态进化和分化；野火在滇中高原的植物进化和生态系统形成与维护中有重要作用，滇中高原生态系统是火成生态系统。研究结果完善延迟开放物种的世界地理分布格局；加深了对云南高原生物多样性的形成和维持机制的了解；为进一步开展亚热带区域火生态的研究奠定了基础，为云南高原生态建设和生态恢复提供科学指导。