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陕北黄土高原次生林共存木本植物功能性状的季节动态研究认领

作者：

仲佳毅

学位授予单位：

西北大学

摘要：

植物功能性状是植物在形态、生理和化学等方面的属性或特征,能客观反映植物自身生理过程及对外部环境的适应策略,对理解物种共存和群落构建机制有重要的意义。近年来,基于植物功能性状在物种水平分析植物对环境的适应策略,在群落水平探讨植物群落的功能结构并以此推断群落构建机制的研究逐渐增多,为准确理解物种多样性维持机制奠定了良好的基础。然而目前多数研究是基于对生长旺盛期植物性状的单次静态值的测定,忽略了季节性气候变化和叶片生活史过程中植物性状的动态特征。温带落叶阔叶林是我国温带地区最常见的森林类型,受东部季风气候和西北干旱气候的共同影响,植物物候季节性变化明显,大部分植物在一年内完成出叶、展叶、成熟、衰老、落叶过程。探讨该区共存物种功能性状的季节动态,对在时间尺度上理解共存物种的生态位分化和物种共存机制有重要意义。基于此,本研究以暖温带北界的黄土高原子午岭区的次生林为研究对象,选择来自不同功能型(优势乔木、伴生乔木、灌木)的20种共存木本植物,对不同季节的茎杆和叶片功能性状进行了连续测定,分析功能性状的季节动态趋势、功能性状间的耦合关系及其对环境变化的响应,最终揭示共存木本植物在季节尺度上的生态位分化机制。主要研究结果如下: (1)三种功能型植物的功能性状均表现出明显的季节动态,然而不同功能性状的变化模式不同。出叶期植物有更高的比叶面积(SLA)、叶片氮磷含量(LNC、LPC)和叶片淀粉含量(LStC),而落叶期植物的干物质含量(LDMC)、茎可溶性糖含量(SSSC)、茎淀粉含量(SStC)增加。伴生乔木比优势乔木和灌木具有更强的氮磷重吸收效率。 (2)三种功能型植物性状间表现出相似的耦合关系,植物的比叶面积(SLA)、叶片淀粉含量(LStC)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)之间呈显著正相关,且与叶干物质含量(LDMC)、叶片碳含量(LCC)和其他非结构性碳水化合物含量呈负相关。这些耦合关系也在季节动态上反映了植物叶片生活史过程中从资源获取型策略到资源保守型策略的转变。另外,我们的研究结果也发现伴生乔木比优势乔木和灌木物种表现出更多和更强的性状间的关联,暗示了不同功能型共存物种对环境适应策略的不同。 (3)共存物种的功能性状在不同的季节分布模式不同。出叶期的叶片氮磷含量(LNC、LPC),叶片、茎淀粉含量(LStC、SStC)表现出更强的生态位分化,而落叶期叶干物质含量(LDMC)的分化程度更高。优势乔木物种叶片和茎可溶性糖含量(LSSC、SSSC)的生态位宽度比伴生乔木和灌木物种表现出更加明显的季节变化。 (4)相较于叶片形态学和化学计量学性状,气温、相对湿度和光照时间的季节变化对物种生理学性状(非结构性碳水化合物)的影响更明显,且对叶片的影响强于对枝条的影响。同时,光照时间和气温的变化对非结构性碳水化合物的影响要强于湿度的影响。所有物种的叶片可溶性糖和淀粉含量(LSSC、LStC)均表现出对采样前15天的气温响应更加强烈,暗示了温度对叶片非结构性碳水化合物含量具有明显的时滞效应。综合以上结果,黄土高原次生林中共存木本植物会通过调节植物叶片形态、生理和化学计量学性状对季节性气候变化的响应来促进功能性状生态位的分化。

摘要译文

关键词：

功能性状; 功能型; 季节动态; 物种共存; 黄土高原

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

生态学

导师：

岳明

中图分类号：

P40[一般理论与方法]

学科分类号：

070601[气象学]

D O I：

10.27405/d.cnki.gxbdu.2023.000431