尕海湿地珠芽蓼叶性状间关系对种群密度的响应

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeep_lee
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植物叶作为主要的光合器官组织,叶性状间关系对外界环境条件的改变最为敏感,叶片-叶脉性状间的异速生长关系影响植物生理活动中的水分利用策略和叶片经济谱的形成,有助于理解叶片形态在叶脉建成中的碳投入和叶脉功能回报的经济权衡机制。叶柄长度和叶脉性状的关联性影响着叶片水分的动态平衡,对揭示植物叶片水分运输过程中的安全性与有效性耦合的生理生态学机制具有重要的意义;植物叶脉性状与叶形指数间的协同进化是理解植物表现可塑性理论的基础,对胁迫生境中植物叶片的物理构建与生理代谢的关系具有重要的调控作用;本文采用相关性和标准化主轴估计分析方法(SMA,standardized major axis estimation),按照珠芽蓼(Polygonum viviparum)种群密度设置高密度(I>330株·m-2)、中密度(II,160-330株·m-2)和低密度(III<160株·m-2)3个种群密度梯度,研究了尕海高寒草甸湿地不同种群密度生境中珠芽蓼种群的叶大小(叶厚度、叶面积)-细脉密度的生长关系,叶柄长度-叶脉性状(中脉直径、细脉密度)的构建模式以及叶脉性状与叶形指数的协同变异规律,分析了异质生境中湿地植物的生物量分配格局和构型构建机制的资源利用策略,表现了湿地植物根据其功能需求在自身性状之间进行的资源优化配置以及较强的表型可塑性机制。结果表明:(1)湿地群落特征在不同密度样地间存在显著差异(p<0.05);随着珠芽蓼种群密度的降低,土壤含水量、群落盖度和高度逐渐增大,土壤电导率、土壤紧实度和光合有效辐射(PAR,photosynthetically active radiation)逐渐减小,群落密度呈先减小后增大的U型趋势。(2)随着珠芽蓼种群密度的降低,珠芽蓼叶性状及可塑性指数均存在显著差异(p<0.05);叶面积、叶片宽度和细脉密度呈逐渐增大的趋势;叶厚度、叶柄长度、叶片长度、中脉直径和株高均呈逐渐减小的趋势。(3)珠芽蓼叶片光合参数的变化在不同种群密度间呈显著差异(p<0.05);随着珠芽蓼种群密度的降低,蒸腾速率(Tr,transpiration rate)和饱合水汽压亏缺(VPD,vapor pressure deficit)呈逐渐减小的趋势,净光合速率(Pn,net photosynthetic rate)和水分利用效率(WUE,water use efficiency)呈先增大后减小的倒U型趋势;不同种群密度条件下珠芽蓼光合参数和叶性状间的相关性均存在显著差异(p<0.05)。(4)珠芽蓼叶大小(叶面积和叶厚度)与细脉密度的相关性在不同种群密度间呈显著差异(p<0.05),叶面积和细脉密度呈极显著正相关关系(p<0.01),SMA斜率随着种群密度的降低呈逐渐增大的变化趋势;叶厚度和细脉密度在3个密度生境中呈显著负相关关系(p<0.05),SMA斜率随着种群密度的降低呈逐渐减小的变化趋势。(5)珠芽蓼叶柄长度与叶脉性状(中脉直径、细脉密度)的相关性在不同种群密度间呈显著差异(p<0.05),SMA斜率呈逐渐增大的变化趋势;中脉直径和叶柄长度呈极显著正相关关系(p<0.01),低密度样地(Ⅲ)的SMA斜率与1存在显著差异(p<0.05);叶柄长度和细脉密度呈极显著负相关关系(p<0.05),SMA斜率与-1存在显著差异(p<0.05)。(6)珠芽蓼叶脉性状(中脉直径、细脉密度)间及与叶形指数的相关性在不同种群密度间呈显著差异(p<0.05);在高密度样地(Ⅰ)和低密度样地(Ⅲ),珠芽蓼中脉直径与细脉密度呈极显著的负相关关系(p<0.01),叶形指数和细脉密度呈极显著的负相关关系(p<0.01)、和中脉直径呈极显著的正相关关系(p<0.01);在中密度样地(Ⅱ),中脉直径与细脉密度呈显著的负相关关系(p<0.05),叶形指数和细脉密度呈显著的负相关关系(p<0.05)、和中脉直径呈显著的正相关关系(p<0.05)。叶性状间的生长关系及变化规律与植物资源的获取与利用关系密切,能够反映叶片构型塑造和资源权衡策略对其生理活性和环境异质性分布格局的适应性。珠芽蓼生长在湿地群落的高密度样地中,强烈的太阳辐射、水盐等胁迫生境促使珠芽蓼采用了长叶柄、较粗中脉和稀疏细脉的水力生态系统,以及小而厚的细长形叶片形态构型,以确保植物自身保持碳和水分的收支动态平衡,从而保证异质生境中植物叶特征与生理功能之间的最优耦合;在低密度样地,面对群落遮阴环境中较低的生理活性和强烈的资源竞争,珠芽蓼选择了较短叶柄和较粗中脉以及大量细脉组合的叶片水力支撑结构,并形成了大而薄的椭圆形叶片的物理构建模式,通过减小木质部栓塞风险来提高水分输导能力,从而达到限流耐寒、维持机体内较高的水分利用效率。
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