东北地区白桦生长的时空变异及对气候变化的响应与适应

White birch (Betula platyphylla Suk.) is an important tree species in northern China. We will detriment temporal and spatial variation in growth of birch and its responses and adaptation to global change in Northeastern China. In order to assess the effects of global change on birch, we compare the provenance-specific and family growth of birth from different family, which belong to 16 provenances, 60 half-sib family and 20 full-sib family growing in three sites: Liaoning, Jilin and Heilongjiang province. We analyze the difference between half-sib and full-sib to determinate whether the genetic interaction among populations will improve the adaptation to global change. We explore the responses of the provenance-specific and the southern provenance of birch to global warming. We will investigate the growth and biomass, allocation of carbon, and nitrogen and phosphorus among each organs of white birch populations grown in provenance and family trials in northeastern China. We aim to reveal the adaptation and physiological mechanism of birth population to global change. The results will provide theory frame for selecting improved species and scientific suggestions for reasonable forest management.

以我国北方森林的主要组成树种白桦（Betula platyphylla Suk.）为研究对象，开展白桦生长及对全球变化响应与适应的时空变异的研究。利用3个地点种源和家系试验基地，对白桦在不同环境中的各不同种群植株的生长和生产力进行比较，评价其对气候环境变化的响应与适应；通过家系试验林自由授粉的半同胞子代和控制授粉的全同胞子代植株间比较分析，确定不同种群间的基因交流是否能够促进白桦对全球变化的适应；探明全球变暖的背景下本地种源是否为最适种源，南方种源的白桦是否会北移；比较不同种源间生物量、生理特征及碳、氮、磷元素在不同器官间的分配差异，揭示白桦对全球变化的适应的规律及其相关生理机制，为全球变化背景下白桦良种的选择提供理论支持和思路，为制定合理的经营管理对策提供科学依据。

本项研究在黑龙江、吉林和辽宁分别取样测定树木器官的生物量，建立了加性生物量方程，确定了东北地区白桦生物量的分配规律，较已有模型提高了预测精度；通过分析不同种源白桦的半同胞和全同胞子代的生长和生理指标差异，发现基因交流可能有助于于白桦适应气候变化；以空间代替时间的方法，不同种源白桦N、P元素化学生态计量特征与种源地和实验地的纬度差值显著相关；根CO2释放速率随径级的升高而显著降低，各径级根CO2释放速率在低纬度白桦均显著高于高纬度地区；根系分泌物分泌速率受纬度影响显著，但在纬度间没有明显的变化规律。通过控制实验分析了季节性干旱对白桦生理的影响，生长季早期干旱显著影响白桦昼间和夜间蒸腾量，而生长季晚期干旱对白桦蒸腾量影响差异不显著；基因相对表达量与植物的蒸腾速率、净光合速率、瞬时水分利用效率及气孔导度间均表现出了显著相关性；但基因相对表达量与光合参数的差异对植物的苗高与地径相关未达到显著。白桦林土壤细菌多样性在纬度和季节间均存在显著影响，纬度解释63.3%的种间变异，丰富度在季节间存在显著差异，解释43.6%的种间变异。真菌多样性和丰富度在纬度和季节均存在显著差异，纬度分别解释48.4%和28.3%的种间变异。本项目还建立了白桦的生理过程模型（3PG），能够较好地模拟树高和胸径的生长，为预测气候变化对白桦生理和生长的影响提供了基础。