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大针茅是内蒙古中东部草原重要的建群种,以它建群的群落不仅是内蒙古中东部地区重要的草场,而且是京津地区的主要绿色屏障,具有不可忽视的生态和经济意义。目前,草原退化日趋严重,其实质是群落中植物的繁殖平衡被打破,因此,以植物繁殖为核心,通过资源配置的研究揭示植物对环境的适应机理就显得非常必要。
本文以我国温带半干旱草原的典型代表—锡林郭勒草原为研究区域,在较大气候尺度范围内选择了存在水热组合梯度的三个样地,并在较小尺度内选择了在气候条件上基本一致,而主要存在土壤水分和养分差异的两个样地,比较分析了两个尺度下大针茅植株的表型特征及资源分配格局对不同空间尺度异质性的响应规律,并分析了植株龄级对生长和繁殖的影响,为揭示大针茅种群的生态适应对策提供一定的实验证据。主要研究结果如下:
1.在不同生境条件下,大针茅的表型特征表现出一定的可塑性反应,但变化趋势随尺度不同而不同。在小尺度范围内,大针茅植株的营养生长特性和有性繁殖特性在资源有效性较高的坡底生境中较高;而在较大的地理尺度上,大针茅的植株大小和有性繁殖器官数量特征均以生境最贫瘠、干旱的锡西种群最高。大针茅在不同生境中的表型分化反映了植物对异质性生境的适应性,但影响表型特征变化的因素是复杂的,是周围的生物因子和非生物因子综合作用的结果。
2.两种尺度下大针茅植株地上生物量和地下生物量的资源分配格局不同。在小尺度下,土壤水分和养分的差异导致了大针茅在较干旱、贫瘠的生境中根冠比较大;在大尺度下,气候的分异 (降水、温度) 导致根冠比随生境温度的升高和干旱的加重而降低,表现出水热因子综合作用的结果。大针茅植株在不同环境条件下生长格局的变化是其适应异质性生境的重要生态对策。
3.两种尺度下大针茅的繁殖格局随生境条件的变化而有规律的变化。小尺度下,在土壤条件较好的生境中,大针茅的有性繁殖分配比例较高,营养繁殖分配比例较低;在较大尺度下,大针茅的有性繁殖分配比例随着生境条件的恶化而增大。由此可知,在一定范围内,有性繁殖分配随资源可利用性的增加而增加,但超出一定范围之后,繁殖分配则随资源可利用性的减小而增加。可见,不同生境条件显著影响着大针茅的繁殖分配模式,使其在特定条件下形成最优的繁殖策略。
4.两种尺度下大针茅植株的有性繁殖器官数量、大小和繁殖分配均与个体大小呈正相关关系,即大针茅具有繁殖的个体大小依赖性。
5.大针茅植株从成年期发展到老龄期的过程中,株丛变大、个体增大,但繁殖器官大小均没有显著增加;营养繁殖分配比例增加,有性繁殖分配比例下降;根部分配比例和根冠比增加。这说明大针茅的老龄植株和成年植株分别采取不同的资源分配策略来适应环境,这些变化趋势并不随环境条件的变化而改变。
6.关联度分析表明,在较小的尺度上,6 个生物因子对大针茅种群繁殖分配的影响大小顺序为:总生物量>地上部生物量>营养枝数>营养枝高>生殖枝数>生殖枝高;6个环境因子的影响大小顺序为:土壤含氮量>土壤含水量>土壤有机质含量>土壤pH值>海拔高度>土壤有效磷含量,其中0~10cm和20~30cm的土壤含水量对大针茅的繁殖具有重要意义。在较大地理尺度上,在17个环境因子中,大针茅种群的繁殖分配与土壤含水量、土壤有效磷含量、土壤有机质含量、4月份和5月份降水量呈显著负相关关系,与其它因子无显著相关关系,即水分和养分是控制大针茅野外种群繁殖分配的关键因子。即大针茅种群繁殖分配格局与生境中的资源可利用量有关,其繁殖分配的的差异反映了生境中资源可利用性的差异。