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植物繁殖特性是影响种群扩散的关键因素,对种群长期生存有重要的作用,并影响种群遗传多样性及进化模式。木本植物幼苗的更新是森林群落演替过程中非常关键的步骤,幼苗更新与森林光环境异质性特别是光照强度间具有较强的关联性。从幼苗更新角度研究森林木本植物幼苗对不同光环境的响应及机理,不仅对理解森林更新和生物多样性维持机制具有理论意义,而且对濒危物种生态恢复具有重要的价值。
银缕梅(Parrotia subaequalis(H.T.Chang)R.M.Hao&H.T.Wei)为金缕梅科落叶小乔木,中国特有种,为我国第三纪孓遗植物。目前自然分布于天目山北段及大别山东南部;现存种群的分布区极为狭窄,呈间断岛屿状分布,种群个体数量极为稀少,1999年被列为国家I级重点保护的野生植物,并被国际自然保护联盟(IUCN)列为极度濒危(Crideally Endangered,CR)物种。
本文选取位于宜兴林场大龙西芥和宜兴善卷洞的两个种群,其中宜兴林场是目前全国已知最大的银缕梅野生种群,而宜兴善卷洞仅零散分布有9株成年大树。实验设计从三方面展开,(1)两个种群的生殖特性(果实形态、种子萌发、百粒重、幼苗相关生长参数)的比较研究;(2)在温室实验中设置不同的光环境处理(100%、50%和5%自然光强),测定了3种光强下银缕梅叶片光合生理指标,及幼苗的生长状况;(3)在野外实验中分别于5月份与8月份测定了两种群内大(胸径>10 cm)、中(2 cm<胸径≤10 cm)、幼(胸径≤2cm)三个径级个体的光合生理指标。本文探讨了两种群繁殖特性的差异,不同光环境下银缕梅幼苗对其生长光强的响应,不同径级个体的光合能力差异,及它们对银缕梅种群更新的影响。论文主要得到以下研究结论:
(1)宜兴林场的果实与种子特征,如花序结实率、果实长度与宽度、种子发芽率、种子百粒重等均显著大于宣兴善卷洞,而果实败育率显著低于宜兴善卷洞。在银缕梅幼苗快速发育阶段,宜兴林场幼苗的株高与基径、叶片数量与面积的增长速率显著高于善卷洞的幼苗。后代适合度与种群的大小具有相关性,造成银缕梅种群后代繁殖效率降低的原因可能是由于其斑块状分布、花粉传播受限、近交衰退有关。尽管银缕梅用大量种子产出来抵抗死亡率而维持生存,由于种子的低出苗率,幼苗的更新速率不足以补充衰老的个体。
(2)在温室受控实验中,最大净光合速率率(Pnmax),光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)随着生长光强的下降而降低,暗光条件下比叶面积(SLA)增高,银缕梅个体对弱光环境表现出的有效适应策略,表明银缕梅幼苗的光合生理与形态对生长光强的变化具有一定的可塑性。
(3)银缕梅在50%光强下羧化效率(CE),比叶面积(SLA)高于5%光强。50%光强下的高CE提高叶片在暗光条件下的光合碳同化能力,SLA也说明了更适应暗光的叶片形态特征。5%光强下的银缕梅叶片所受光强在LCP以上的时间较短,最大光化学效率(Fv/Fm)也稍低于50%光强。50%光强下银缕梅幼苗在中等遮荫条件下在形态与生理上有更强的适应性反应。
(4)50%光强下的幼苗生长速率与叶片数量、大小明显高于在100%与5%光强下的幼苗,100%光强下幼苗相关特征稍高于5%光强下幼苗,但是没有达到统计上的差异(P>0.05)。处于全光照的银缕梅个体光照对其高生长和生物量积累有一定的抑制作用,银缕梅幼苗在适当的遮荫生境(50%)才表现出最大的高生长和较高的生物量积累,而在弱光生境(5%光强)中银缕梅幼苗生长缓慢。
(5)在野外实验中,幼树最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(RD)显著低于大树与中树,但比叶面积(SLA)显著高于大树及中树;低LCP、低RD与高SLA是银缕梅幼树对弱光环境做出的适应性反应。中树LSP仅为大树的二分之一,并且LSP与LCP之间的光能利用区间极为狭窄,全天平均接受的PAR稍高于LCP,但远低于其LSP;同时,中树的SLA显著低于幼树与大树。幼树与中树受到大树遮荫,尽管银缕梅幼苗在林下表现出较强的弱光适应能力,但在后期建成为中树的过程中,叶片形态与光合生理特性均表现出对遮萌环境的不适应,导致种群的中等径级个体急剧减少。光资源不足构成银缕梅种群更新的主要限制因子。