武夷山黄山松小枝主要性状及其与海拔、季节关系研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:liu033041
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生物在适应环境的过程中,所形成的一系列应对环境变化的机制,称为生活史对策。不同物种对于环境的适应具有不同的途径,因此形成了不一样的生活史对策类型,并且其适应演化的结果都倾向于使其终身繁殖成功并达到最大化。研究植物当年生小枝有助于理解植物功能性状的变化。植物是一个构件生物体,许多复杂的构件作为生理上完整的单元发挥作用。当年生小枝可以看作是植物生长的独立构件单元,具有一定的自治性,能在一定程度上代表整个植株而独立发挥作用,并且解释小枝各构件功能特征的变化。对于植物而言,影响其生理生态特性的环境因子复杂多变,海拔梯度上复杂多变的环境必将导致不同区域的研究结果存在差异。亚热带山地受到复杂地形因子的影响,其水、热条件沿海拔梯度变化明显,是研究植物生活史对策的优良场所。江西省武夷山国家级自然保护区属于中亚热带山地自然生态系统,海拔落差大,森林生物多样性丰富,群落垂直方向变化明显,是研究植物沿海拔梯度性状变化的理想地区。黄山松(Pinus taiwanensis Hayata)为中国特有树种,是我国东部亚热带高海拔山地绿化、造林和生态恢复的重要树种。在中山气候恶劣环境下,黄山松具有马尾松无法企及的生态演替功能;在高山植被恢复、固碳、水源涵养、针叶药效开发以及应对全球气候变化等方面显示出巨大的生态、社会与经济价值。因此,本文选取黄山松当年生小枝为研究对象,通过其小枝性状的表现及性状间的权衡关系,探讨黄山松小枝在适应不同环境过程中所选择的对策。通过对黄山松小枝功能特点的研究以及与气候关系的分析,可以揭示气候—植被的关系,从而为全球生产力变化模型的建立和验证提供依据。主要结果是:在小枝各构件生物量分配上,叶重占到整个小枝总生物量的79.62%,而茎占20.38%,高海拔小枝的叶重占整个小枝总重的比率显著低于低海拔的小枝(p<0.05),并且不同季节间存在较大差异。除2014年12月的小枝外,其余月份当年生小枝上高海拔(1800m、2000m)叶片的比叶重均显著低于中低海拔(1600m、1400m)(p<0.05)。在高海拔地区(2000m)或低海拔地区(1200m)黄山松小枝茎生物量与叶生物量为异速生长关系(异速生长指数<1.0,p<0.05),即茎生物量的增长速度要高于叶生物量,然而小枝总体的叶生物量与茎生物量的增长为近等速比例关系(异速生长指数∝1.0)。从季节的角度来看,生长季早期(2015年6月)叶生物量与茎生物量之间的异速生长指数<1.0(p<0.05),表明茎的增长速度大于叶生物量,但在生长季末期(2014年12月),二者呈现等速关系(异速生长指数∝1.0)。小枝叶片大小(以生物量来衡量)与叶片数量的权衡关系上,二者整体表现为负的异速关系(异速生长指数<-1.0)。在生长季早期(2015年6月)小枝上叶片数量与叶片大小的表现为负的异速关系(异速生长指数=-0.627),而在生长季末期(2014年12月)表现为负等速关系(异速生长指数∝-1.0)。中等海拔高度(1600m)黄山松叶片大小-数量间表现为负的等速关系,而在低海拔(1200m)及高海拔(2000m)为异速关系(异速生长指数大于-1)。茎的构型上,生长旺季(如2015年6月和2015年9月)的茎长茎径比显著低于其余季节(p<0.05),表明生长旺季黄山松在茎的生长以径向生长为主。茎的木质密度在生长季早期显著低于生长季末期(p<0.05),这与茎的体积快速增长有关;另外,低海拔地区(1200m、1400m)茎的木质密度显著高于高海拔地区(1800m、2000m)(p<0.05)。茎长(或茎径)与叶片生物量的异速方程显示:当茎长或茎径增加时,其上附生的叶片重量分别以1.740和2.862的指数比例增长,表明茎的增长对于小枝上叶片的增长有着明显的促进作用,并且茎径的增加对叶片增长有更大的促进作用(2.862>1.740)。同时茎长或茎径与茎重间同样表现为斜率大于1的异速关系。茎长茎径比是衡量植物顶端优势的指标之一,而茎长茎径比与叶重茎重比间为负异速关系,表示黄山松顶端优势的获取(茎长茎径比的增长)是以其叶片生物量的相对减少为代价的(叶重茎重比降低)。黄山松小枝茎的C:N:P比例为422:9:1,而叶片比例为435:13:1。在主要元素的含量上叶与茎的C含量无显著差异,但叶片的N含量(14.75mg/g)和P含量(1.12mg/g)要显著高于(p<0.05)茎的N含量(10.04mg/g)与P含量(1.08mg/g)。高海拔地区叶或茎的N含量与P含量都要显著高于低海拔地区(p<0.05)。茎与叶N与P之间的异速生长指数没有显著差异(p>0.05),分别为0.732与0.771。而在茎与叶的元素分配上,叶与茎C、N、P含量以及C:N间表现为斜率小于1的异速关系,表明这些指标在茎内的增长速度都要大于叶片;叶与茎的N:P呈现负等速关系。综上所述,虽然在当年生黄山松小枝上叶片占据了大半生物量,但我们的研究结果表明:在面对不同环境胁迫(如海拔过高或过低)时,黄山松小枝茎所起到的调节作用要大于叶片。即面对胁迫时,黄山松小枝的应对策略通常通过茎的改变来实现。同时,不同季节对黄山松小枝的性状表现具有很大影响。
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