单性木兰响应于多种环境因子交互作用的表型可塑性

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自然界中环境条件的时空异质性很普遍,在喀斯特生境中尤其显著。本文以喀斯特特有植物单性木兰(Kmeria septentrionalis Dandy)幼苗为研究对象,采用室内实验法,设置两种密度与三种光照、水分、养分间的交互作用,研究生物因子与非生物环境因子间的可塑响应以及非生物环境因子间的响应变化,主要从主茎长度、基径、生物量及叶形态等指标进行分析,探讨单性木兰应对复杂环境变化的生长策略,结果如下:(1)光照和密度交互作用影响下,根、茎、叶生物量均在中光低密度下有最大值,明显高于其他环境处理,说明适度遮荫会促进单性木兰生物量积累。最大叶面积、叶长等叶形态特征随光照增大呈逐渐降低的趋势,并在低光条件下维持光合速率以供幼苗正常生长,在中光低密度处理下对各构件特征有促进作用,更利于单性木兰的生长;(2)水分与密度交互作用影响下,单性木兰幼苗的总生物量、根茎叶生物量、根冠比、根生物量比、主茎长度、主茎直径、最大叶面积、叶宽及叶长在同一密度的中水处理下明显高于高水与低水处理下的平均值,在低密度条件下其各构件特征达最大值并高于高密度条件下平均值,相较于低密度其他水分处理和高密度下所有处理都有所增加,说明低密度中水处理下单性木兰生长及各生物量的积累最佳,对其各部分的资源分配比例有促进作用;(3)养分与密度交互作用影响下,低密度中养处理下的单性木兰总生物量、根茎叶生物量、根冠比及最大叶面积、叶宽等特征达最大值,较高密度条件更有效地促进单性木兰生长发育。且主茎长度、直径、最大叶面积、叶长及叶宽随养分增加表现为先增加后降低的变化趋势,说明养分过高或过低均不利于单性木兰幼苗的生长;(4)不同光照处理下,养分与水分交互作用对单性木兰根、茎、叶生物量积累与分配和叶片指数影响明显,为增加对光照利用效率,便在其生物量分配上增大叶面积;(5)在不同水分条件下,养分与光照交互作用下的中养中光条件下的根茎叶生物量、主茎长度、基径、叶片指数特征达最大,高于其他养分与光照处理下的平均值;(6)在不同养分条件下,水分与光照交互作用下的中水中光处理对单性木兰叶形态和生物量特征有明显促进作用。基于单性木兰长期生存的喀斯特生境环境,其幼苗在生长过程中对环境要求严苛,可能是其分布地零星分布的重要原因。本研究中单性木兰幼苗对生物环境因子(密度)与非生物环境因子(光照、水分、养分)交互作用下,均是在低密度中等资源的环境因子交互作用下各构件生物量及形态特征积累最佳,具有较高的形态和生物量特征可塑性以适应异质资源环境。研究对单性木兰的生态保护有一定意义,也为喀斯特石漠化地区的植被恢复提供理论基础。
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