| 题名 | 南方草地3种典型灌木植物在不同光环境下的形态与生物量分配以及生态化学计量学特征 |
| 作者 | 周海燕 |
| 答辩日期 | 2014-05 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 吴彦 ; 王金牛 |
| 关键词 | 灌木 光环境 形态特征 生物量分配 表型可塑性 生态化学计量 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 灌丛草地在我国南方草地面积中占有相当大的比例，多是森林等自然植被在人为干扰后形成的次生群落，处于顺行演替的过渡阶段。在对南方地区大面积的草地生物量评估过程中，由于灌木根系分布相对较深，采用全挖法对灌木生物量估算费时费力，野外操作难度较大。根据地上株高、冠幅等地上形态参数，建立地上地下生物量的回归模型，进行灌木根系生物量估测是目前常用的方法。但是，相对于北方典型草原而言，南方地区灌丛草地的灌丛郁闭度波动较大、林间草地等呈斑块状分布等因素，南方草地中灌木的光环境变化比较大，这种变化的光环境如何对灌丛植物的形态和生物量分配产生影响，在用标准株建立的地上地下生物量回归模型估算灌丛根系生物量的过程中，是否需要考虑郁闭度的变化，是一个值得思考的问题。另一方面，研究植物叶片和不同器官间化学计量特征的联系，对于阐明不同器官结构和功能属性的关系、确定控制功能性状的内在机制以及性状间的比例关系是非常有益的。不同光环境条件下植物的生物量分配和形态特征可能会发生变化，导致这种变化的内在驱动因素是什么? 不同器官构件之间的C、N、P等化学计量特征的变化可能是一个主要的因素。 本文以重庆云阳岐山草场常见3种灌木巴柳（Salix etosia Schneid.）、川莓（Rubus setchuenensis Bur. et Franch.）、马桑绣球（Hydrangea aspera D. Don）为材料，在林外和林内两种光环境中，监测株高、冠幅、比叶面积等形态特征、植株各构件生物量分配和化学计量特征、根系生物量垂直分布特征以及叶片和细根（1级）化学计量的相关性。研究结果表明： 1、不同物种间形态特征和生物量分配对光环境变化具有不同的响应模式。三种植物呈现出3种不同的适应类型： （1） 巴柳（Salix etosia Schneid.）植株的形态特征受光环境变化影响较小，林内和林外的光环境变化对于其形态特征没有显著差异。表现为：形态特征和生物量分配不随着光环境变化而变化，对光环境变化具有广谱适应性。 （2） 川莓（Rubus setchuenensis Bur. et Franch.）植株形态特征受光环境变化也较为有限，其株高（SH）、冠宽（CW）、冠面积（CA）、总叶重（TLM）、叶和老枝地上生物量比率（LB/AGB，ABB/AGB）、枝叶生物量分配（NBBA，ABBA，LBA）等参数林内与林外基本相同；但林内冠长（CL）、单叶重（ILM）、新枝地上生物量比率（NBB/AGB）减少，单叶面积（ILA）、比叶面积（SLA）和根生物量分配（RBA）等在林内的低光照条件下比林外有明显增加。表现为：部分形态参数和生物量分配会随着光环境的改变而变化。 （3） 马桑绣球（Hydrangea aspera D. Don）植株受光环境变化影响比较大，尽管总叶重（TLM）、新老枝地上生物量比率（NBB/AGB）、叶及根生物量分配（LBA，RBA）等参数，林内与林外高光环境相同，但是其林内的植株单叶重（ILM）、叶地上生物量比率（LB/AGB），比林外显著减少；株高（SH）、冠长（CL）、冠宽（CW）、冠面积（CA）、单叶面积（ILA）、比叶面积（SLA）和新老枝生物量分配（NBBA，ABBA）显著增加。在林内的低光照条件下，马桑绣球的新枝和老枝生物量分配显著增大。这说明马桑绣球在林内低光环境中将更多的生物量投入到用于维持自身生存的结构支持部分（新枝和老枝），加上株高和冠面积的增加，提高了对光资源的竞争能力，从而在形态上比上述两种类型的物种能够更好地适应较低的光环境。表现为：形态特征和生物量分配随着光环境的变化发生明显的变化。 2、光环境改变对灌木植物形态可塑性的影响同样存在物种间差异 生物量分配塑性指数在3种灌木植株间差异不显著；但马桑绣球和川莓的形态和整体塑性指数均显著高于巴柳。整体上看，马桑绣球和川莓在不同光环境下表现出较强形态可塑性，支持植物耐荫能力与形态可塑性相关的假说。 可塑性指数的大小可以反应出植物对不同光环境的适应能力，说明马桑绣球和川莓的光适应能力比巴柳强。 3、不同物种间地下生物量垂直分布特征对光环境变化具有相同的响应模式。 光环境能够影响灌木根系的垂直分布，在林内低光条件下根系分配相对较浅，而林外植物根系的分布较深（林内主要分布在土壤表层0-50cm，林外主要分布在土壤表层0-100cm）。在根系生物量随土壤深度增加的变化规律上，Gale和Grigal（1987）模型能很好地拟合林外的3种灌木，但无法很好地模拟林内的3种灌木。 研究结果显示，在南方草地灌木生物量估算过程中，使用株高、冠幅等形态指标模拟灌木根系生物量时，需要考虑草地灌丛的郁闭度等光环境差异导致的误差。 4、光环境变化对不同器官构件之间化学计量特征的影响 就物种间而言，林内和林外两种光环境下，供试的3种灌木叶片中C、N、P等元素含量和相应的化学计量特征表现各不相同，存在明显的物种间差异。3个灌木物种之间叶片的C、N、P含量和化学计量特征无共性规律。枝条的生态化学计量特征明显有别于叶片。无论老的枝条或者是新的枝条，3个灌木物种均具有基本一致的规律，即其C、N、P等元素含量和相应的化学计量特征不受光环境的影响而发生变化。 就物种内而言，在不同光环境下，马桑绣球形态特征和生物量分配随着光环境的变化发生明显的变化。因此进一步探究叶片与细根间化学计量的相关性是否能解释这一变化？总体上看，马桑绣球叶片和细根之间的C、N含量之间没有直接的关联关系，其化学计量关系可能与这两种器官具有不同功能特性有关。光环境变化导致的叶片C浓度变化，未必能够直接影响到根系中的C含量；细根在吸收土壤N素过程的浓度变化，也似乎并没有对叶片N含量产生明显影响；而相对于N素，叶和根中P素在不同光环境之间的化学计量特征，随光环境变化的响应更为敏感。并且在林外高光环境下，叶片与细根间P含量显著相关，表明植物体生长代谢的过程具有整体性，营养物质在地上、地下主要器官之间的分配遵循一定的规律。因为植物叶片生长和光合作用时磷酸合成需要P素，细根吸收土壤中P素并传输至叶片。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 生态研究 |
| 产权排序 | 1 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.75.237.14/handle/351003/28764]  |
| 专题 | 成都生物研究所_生态研究 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周海燕. 南方草地3种典型灌木植物在不同光环境下的形态与生物量分配以及生态化学计量学特征[D]. 中国科学院大学. 2014. |
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