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人类活动对生态系统的干扰已经大大超过自然的正常演化速度。中国亚热带地区多处于酸雨“两控区”范围内,而我国的常绿阔叶林主要分布在亚热带。自20世纪80年代开始,我国南方大部分地区逐渐被酸雨覆盖,酸雨问题逐年严重。持续、大面积的酸雨会对陆地生态系统造成严重影响。在整个陆地生态系统中,作为主体的植物是酸雨污染的主要受体。然而,被子植物是植物界中进化程度最高、适应性最强、种类最多、分布最广的类群,自新生代以来它们就在地球上占绝对优势。在陆地生态系统中大量分布的被子植物,对气候变暖、酸雨、氮沉降等具有不同的适应能力。本文主要采用了测定受控条件下模拟酸雨大棚中6种被子植物叶绿素含量、株高、地茎、光合、水分生理生态特性的方法,探讨了不同起源时期的6种被子植物在不同酸雨胁迫下的生长和生理状况、在同一酸雨胁迫处理下的6种被子植物之间生长、生理的差异以及6种被子植物适应性的强弱。6种被子植物分别为:乐东拟单性木兰(Parakmeria lotungensi)、乳源木莲(MangLietia Yuyuanensis)、木荷(Schima superba)、苦槠(Castanopsis sclerophylla)、山核桃(Carya cathayensis)和刨花楠(Machilus pauhoi)。实验设置了酸雨对照处理(pH5.6)、中度酸雨胁迫处理(pH4.0)和重度酸雨胁迫处理(pH2.5)。本文的研究工作主要涉及植物的生长与光合、水分生理生态特性,并且得到如下的主要结论:
1)分析了受控酸雨环境下6种被子植物在不同强度的模拟酸雨下的叶绿素含量的变化规律以及相同强度模拟酸雨下6种被子植物叶绿素含量的变化规律。结果显示,酸雨胁迫对木荷和刨花楠的叶绿素相对含量有显著影响。其中,木荷的叶绿素相对含量随酸雨浓度增加而降低,趋势明显;但刨花楠的叶绿素相对含量反而增加。其次,同一强度模拟酸雨下,起源较早的乐东拟单性木兰、乳源木莲的叶绿素相对含量均高于起源中期的木荷、苦槠以及起源时间较晚的山核桃、刨花楠。起源中期的木荷、苦槠与起源较晚的山核桃、刨花楠叶绿素相对含量差异不明显。结果表明,木荷对酸雨敏感;起源较早的物种具有较高的叶绿素相对含量,即具有更强的适应性,重度酸雨胁迫下优势更明显。
2)分析了受控酸雨环境下6种被子植物在不同强度的模拟酸雨下的株高、地径的变化规律以及相同强度模拟酸雨下6种被子植物株高、地径的变化规律。结果发现,酸雨胁迫对乐东拟单性木兰及刨花楠的株高有显著影响,对山核桃的地径有显著影响。其次,起源时间较早的乐东拟单性木兰和乳源木莲的株高低于起源中期的木荷,起源时间较晚的山核桃与刨花楠的株高相对较高,苦槠最低。结果表明,酸雨对乐东拟单性木兰的生长有显著促进作用,对刨花楠却是明显的抑制作用;其次,不能单一的通过植物的株高、地茎来判断植物的适应性,应该与植物本身特性有关。
3)详细分析了受控酸雨环境下6种被子植物的光合特性。结果发现,乐东拟单性木兰的Amax趋势明显pH2.5>pH4.0>pH5.6。乳源木莲的Amax趋势除夏季外均为pH2.5<pH4.0<pH5.6。木荷与苦槠在3个季节中均是中度酸雨处理(pH4.0)下的Amax值最高。山核桃的Amax趋势为pH2.5>pH4.0>pH5.6,而刨花楠为pH2.5<pH4.0<pH5.6。表明乐东拟单性木兰和山核桃抗酸雨胁迫能力较强,木荷与苦槠次之,而木莲和刨花楠的抗酸雨胁迫能力最弱。其次,在重度和中度酸雨胁迫下,物种之间的Amax呈现规律基本一直,起源早期>起源中期>起源晚期。在对照处理中,虽然Amax变化趋势不明显,但起源早期的物种其Amax值均较高。表明,乐东拟单性木兰和乳源木莲的光合能力较强,适应性较强。
4)分析了受控酸雨环境下6种被子植物在不同强度酸雨以及同一强度酸雨处理下植物幼苗的气体交换参数的日变化类型。结果表明,乐东拟单性木兰、乳源木莲、木荷、苦槠和刨花楠的Pn日变化在3个梯度均为双峰型。其次,在重度酸雨胁迫下,6种植物的光合能力大小趋势为起源早期>起源中期>起源晚期。在中度酸雨胁迫和对照处理下,6种植物的光合能力大小趋势为乐东拟单性木兰>起源中期>乳源木莲>起源晚期。
5)分析了受控酸雨环境下6种被子植物主要气体交换参数的季节动态。结果发现,在重度酸雨胁迫下,6种植物的Pn变化趋势明显:乐东拟单性木兰>乳源木莲>木荷>苦槠>山核桃>刨花楠。乐东拟单性木兰、木荷、苦槠和刨花楠夏季的Pn最高;在中度酸雨胁迫下,乐东拟单性木兰、乳源木莲和木荷的Pn最高,苦槠与刨花楠次之,山核桃最低。乐东拟单性木兰、木荷与刨花楠夏季的Pn最高;对照中,6种植物的Pn变化趋势为:乳源木莲>乐东拟单性木兰>木荷>苦槠>刨花楠>山核桃。乐东拟单性木兰、木荷、苦槠和刨花楠夏季的Pn最高。结果表明,大多数植物夏季的光合能力较高。其次,通过季节动态分析,6种被子植物光合能力大小趋势仍然为:起源早期>起源中期>起源晚期。
综上表明,6种被子植物虽然对酸雨胁迫存在不同的响应模式,但均有一定的缓冲能力。其次,从起源时期不同的角度分析,6种被子植物的光合能力大小趋势为:起源早期>起源中期>起源晚期,尤其乐东拟单性木兰具有较强的光合能力,较强的适应性。从而,验证了理论假设,即起源时间较长的植物具有较强适应性。其次,从应用的角度出发,建议考虑将乐东拟单性木兰作为酸雨灾害严重地区植被构建的物种之一。