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随着全球变暖,区域气候格局将发生变化,洪水、干旱等极端气候现象将加剧。在这种强烈的自然干扰中,许多物种因不能适应环境的巨大变化也可能趋于灭绝。因此,全球气候变化如何影响生物多样性和生态系统功能是当前亟需解决和回答的重要科学问题。开展不同来源地的植物性状对干旱响应的研究,对生物多样性的保护具有重要的指导意义。本研究以来源于欧洲2个水分条件差异明显地区的4种植物功能型(64种植物)为研究对象,围绕其叶性状、茎性状及根性状对干旱的响应这一主题,利用温室控制实验,定量分析了干旱条件下来源于具有水分差异的2个地区的4种植物功能型其植物性状的变异,模拟了干旱条件下来源地不同的4种植物功能型的最大生长高度、基径和新叶出叶率,揭示了描述物种生活策略的植物功能性状间的相互关系,评价了干旱条件下不同来源地、4种植物功能型的植物生长性能对干旱的响应。结论如下:
(1)叶功能性状、茎功能性状和根功能性状的变异在很大程度上由植物功能型所决定,水分状况和来源地作用次之.其影响程度随植物性状类型的不同而有所区别。比叶面积、茎干物质含量、分枝数目和比根长是对水分状况较为敏感的植物性状,是探讨植物功能性状与环境变化合适的指标。
(2)不同植物功能型的叶性状间相互关系表现出不同的特征。禾本科的叶面积与比叶重间呈显著负相关。叶干物质含量与比叶重间呈显著正相关,而对其它3种植物功能型而言并没有显著相关关系.仅表现为叶面积与叶生物量间有显著正相关关系.对比叶面积而言.4种功能型的比叶面积与比叶重间都呈显著负相关关系。来源地不同的同一植物功能型.其影响叶特征变化格局的因素也不同。对禾本科而言,来源地是影响其叶特征变化的最主要因素。来自SW禾本科,豆科、小草本的比叶面积都大于来自NE的物种,而来自NE的大草本其值大于来自SW的植物;对豆科而言,来源地是影响比叶面积和比叶重的主要因子,而叶干物质含量主要受水分影响显著;对小草本和大草本而言,水分是影响其比叶面积、比叶重和叶干物质含量最主要的因素。水分减少对来源于SW的禾本科、豆科和小草本其叶性状变化幅度影响较来自NE的物种大。而对大草本而言,恰恰相反。
(3)不同植物功能型的茎性状间相互关系表现出不同的特征。除豆科的高度与二级分枝数呈显著正相关外,其它3种植物功能型的高度都与茎生物量呈显著正相关关系;对禾本科而言,其基径与比茎密度间呈显著负相关,比茎密度、一级分枝数与茎干物质含量呈显著正相关,二级分枝数与比茎密度和茎干物质含量都呈显著负相关关系;对豆科而言,一级分枝数仅与茎生物量呈显著正相关关系;对小草本而言,一级分枝数与二级分枝数、二级分枝数和茎干物质含量间都呈显著正相关关系,比茎密度间和茎干物质含量都呈显著正相关关系;对大草本而言,基径与一级分枝数呈显著的负相关关系,一级分枝数与茎干物质含量呈显著正相关,二级分枝数和茎干物质含量都呈显著正相关关系。除大草本外,来源地是影响高度最主要的因素。对禾本科而言,来源地也是影响其基径和茎密度最主要的因素;对豆科而言,来源地是影响二级分枝数的主要因素,而水分状况是影响茎干物质含量最主要的因素;对小草本而言,来源地是影响基径和二级分枝数最主要的因素,而水分状况是影响茎干物质含量的主要因素;对大草本而言,水分状况是影响茎干物质含量的主要因素,而来源地仅是影响基径的主要因素。
(4)不同植物功能型的根性状间相互关系表现出不同的特征。禾本科和豆科的根平均直径与比根长呈显著负相关关系,而小草本和大草本并未表现出这种关系;豆科、小草本和大草本的比根长与根深分布都呈显著负相关关系,而禾本科却未表现出这种关系;仅有禾本科的根长密度与根深分布呈正相关关系;4种植物功能型的根深分布和根生物量都呈极显著的正相关。来源地不同的同一植物功能型.其影响根特征变化格局的因素也不同。对禾本科而言,来源地是影响根平均直径的主要因素,而水分状况是影响比根长的决定性因素;对豆科而言,来源地是影响根平均直径、比根长和根深分布的主要因素,而水分状况是影响根长密度的主要因素;对大草本而言,来源地是影响根平均直径和比根长的决定性因素。
(5)水分减少使得来自SW的禾本科,豆科和小草本其叶生物量响应比、茎生物量响应比和根生物量响应比较来源于NE的物种小,其叶生长性能、茎生长性能和根生长性能遭受干旱胁迫的程度较来源于NE的物种小,它们对干早的环境适应能力也较NE的同组植物强.因此,在气候变化的背景下,从叶、茎和根性状来看,来源于SW的禾本科、豆科和小草本对干旱的响应是积极的,与来源于NE的物种相比,其能更好的适应干旱环境,而对大草本而言却表现出相反的特性。
(6)与米氏方程相比,韦氏生长方程可以更好的模拟干旱条件下植物最大生长高度、基径随时间的变化规律。从指示植物生长性能的参数植物最大高度、新叶出叶率以及总生物量的分析结果表明,来源于SE的禾本科、豆科和小草本更适应于干旱环境,而来自NE的大草本较来自SW的大草本更适应干旱的环境。
(7)利用主成分分析对所有植物性状间关系的分析表明,第一轴很好的解释了干旱条件下植物性状对干旱的响应,并表现出干旱条件下植物所采取的保护性策略,这些植物性状的结合都是为了增大光合性能的强度以增加更多干物质,使植物生长性能最大化。