南方红壤侵蚀区不同恢复阶段下马尾松叶经济型谱特征

在生态恢复过程中,植物为了适应环境的变化形成了资源获取与资源保守之间的权衡策略。叶经济型谱的提出为量化和描述植物的资源权衡策略提供了理论基础。本文以南方红壤侵蚀区不同恢复阶段下马尾松叶片性状为研究对象,探究生态恢复过程中马尾松叶片性状(比叶面积、叶干物质含量、叶相对含水率、叶全碳含量、叶全氮含量、叶全磷含量)的变化规律与叶片性状之间的相关性,以及不同恢复阶段下叶片性状之间的差异。结果表明,比叶面积、叶全氮含量、叶全磷含量随着恢复阶段演进逐渐上升;叶全碳含量与叶全氮含量、叶全磷含量呈显著负相关;随着恢复的进程,叶性状PCA1轴得分增加。以上结果表明,随着恢复阶段的进行,叶片性状组合由营养保守型性状向营养获取型性状转变。

喀斯特弃耕地草本植物根茎叶经济型谱间协调及其对极端降雨的响应

植物功能性状之间的关系是反映植物在资源获取和资源保守策略之间权衡的有力指标。喀斯特是全球最脆弱的陆地生态系统之一,其中的植被长期遭受干旱的胁迫,对极端天气和极端降水高度敏感。在降雨极端化的背景下,喀斯特地区植物生态策略的变化还不得而知。以西南喀斯特弃耕地演替初期群落中12种草本植物为对象,通过保持年降水量不变,人为控制单次降水量以及降水频率,以自然降雨为对照组(CK),设置中雨频率增强处理组(T10),大雨频率增强处理组(T25)和暴雨频率增强处理组(T50)3个处理组。模拟在全球变化导致的降雨极端化情境下,研究植物根茎叶功能性状的响应特征及经济型谱之间的关系。主要结果如下:(1)根茎叶的功能性状对降雨极端化的响应不同,其中根的理论导水率随着降雨极端化增强而增加,而茎和叶的理论导水率仅在T25增加,根茎叶三种器官中对降雨极端化最敏感的是茎;(2)根茎叶各器官均有自身稳定的“快-慢”经济型谱。降雨极端化仅T50的植物会选择介于资源获取和资源保守策略之间稳定的经济型谱;(3)不同植物器官之间的经济型谱的协调并不一致,其中茎根经济型谱之间的相关系数在三个处理组中均变大,而叶根经济型谱之间的相关系数仅在T25变大,叶茎经济型谱之间的相关系数仅在T10变大。总之,喀斯特弃耕地演替初期群落中草本植物的根茎叶有自身稳定的经济型谱,降雨极端化导致了以根茎叶经济型谱所反映的植物地上和地下资源保存和获取策略的解耦;本研究中的植物最容易发生功能性状变异的器官是茎。本研究提高了对植物不同器官各功能性状之间关系和植物地上与地下部分关联性的理解,揭示了植物不同器官的“快-慢”植物经济型谱以及由此反映的植物适应能力的差异和功能策略的多样性,促进了对植物资源获取与环境响应策略的深入认识,为预测未来气候变化背景下喀斯特弃耕地草本植物的适应趋势和响应策略提供了新见解。

植物功能性状对环境的响应及其应用

综述植物功能性状对环境因子(降水、温度、光照、土壤肥力及大气成分)的响应、植物功能性状之间的关系及其对环境的响应,探讨植物功能性状在全球叶片经济型谱、生态系统结构与功能、干扰响应与恢复、模型模拟、植物功能型/群及系统发育与进化等研究中的应用。提出植物功能性状研究的方向及所面临的问题。

中亚热带木本植物各器官凋落物分解特性

植物因资源条件的差异形成不同的生态对策以获取养分进行代谢,具有不同的植物功能性状,从而可把植物凋落物分解特性与生态对策联系起来。为探究中亚热带地区木本植物凋落物分解特性与生态对策的关系,选取两种生态系统中的植物物种的地上、地下各器官凋落物(包括细根、粗根、细枝和叶片),采用分解袋法在两种土壤基质中(砂岩与石灰岩)进行为期2a(凋落叶片为1a)的分解实验,同时进行交叉实验。分解1a及2a的各器官凋落物间分解常数的关系采取Pearson相关性分析,并用SMA进行线性回归,结果表明植物各器官凋落物间的分解具有正相关关系,且分解1a后的细根与粗根、细根与细枝及分解2a后的细根与粗根呈现出显著正相关;而比较常绿植物及落叶植物凋落物在两种土壤基质和两种物种来源分解1a后的差异,除枝条外落叶植物凋落物的分解常数都大于常绿植物,在0.05置信水平上呈现出显著差异性。植物各器官凋落物间的分解具有一致性,不同生活型植物的各器官间的分解速率在不同物种来源或不同土壤基质中都表现出相似的差异。

柯-青冈常绿阔叶林优势树种叶片性状变异及适应策略

厘清叶片功能性状的变异及性状间的权衡关系,对揭示植物对环境变化的响应及适应策略具有重要意义。以中亚热带柯(Lithocarpus glaber)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林为对象,测量了1 hm^(2)固定监测样地内6个优势树种的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、干物质含量(LDMC)、叶片厚度(LT)、叶片碳(LC)、叶片氮(LN)、叶片磷(LP)含量和叶片碳氮比(LC∶LN)8个功能性状,采用多重比较、主成分分析(PCA)法分析了群落叶片功能性状的生活型、种内和种间变异及性状间关系。结果表明:(1)群落内叶片功能性状种内、种间差异显著,变异中等(CV:0.02—0.59),其结构性状的可塑性较化学性状保守,变异格局符合“性状空间变异分割假说”;针叶树种的LA、SLA显著低于阔叶树种,常绿树种的LC和LDMC最小,而落叶树种的SLA、LN和LP最大以及LT和LC∶LN最小。(2)群落叶片功能性状变异主要来源于生活型和种间变异,种内变异亦有显著贡献;生活型对多数性状的贡献率较大,其对LDMC、LC∶LN的贡献分别高达93.11%和91.76%;种间变异(LDMC除外)对结构性状的贡献率均高于化学性状;种内变异对LP的贡献率(23.66%)较种间变异高。(3)叶片性状之间多表现出显著相关关系,针叶树和阔叶树在PCA排序图中聚集于不同区域,叶经济型谱在柯-青冈群落中具有适用性。不同树种通过叶片结构、化学性状之间的权衡策略来适应环境变化,从而实现群落物种共存。结果可为理解森林群落物种的环境适应策略、预测群落动态变化和制定植被恢复措施提供科学依据。

典型阔叶红松林主要树种叶性状的垂直变异及经济策略

分析不同树种叶片性状的变化有助于了解植物群落结构。该文通过对典型阔叶红松(Pinuskoraiensis)林15种阔叶树种的比叶质量、叶片厚度、叶干物质含量、叶绿素含量指数、叶片碳、氮、磷含量的测定,分析了冠层高度对叶性状及叶性状间相关关系的影响。结果表明,水曲柳(Fraxinus mandshurica)和大青杨(Populus ussuriensis)上层的比叶质量显著大于下层,而其他树种冠层间的比叶质量无显著变化;叶绿素含量指数在白桦(Betulaplatyphylla)和春榆(Ulmusjaponica)冠层间的分布分别为上层显著大于下层和上层显著大于中层;单位质量氮含量在水曲柳的中层显著大于上层。叶片性状间存在着广泛的相关性,比叶质量与叶片厚度、干物质含量在三层间均呈显著正相关关系,而有些性状,只在一或二个冠层中存在一定的相关性。山杨(Populusdavidiana)和大青杨的叶片倾向于选择光合能力较低、营养浓度较低、呼吸速率较慢的一端,而黄檗(Phellodendronamurense)和山槐(Maackiaamurensis)叶片更倾向于光合能力强、营养物质浓度高的一端。不同树种对光照响应的差异可能会改变不同冠层中叶片的形态和化学性状,从而有助于群落构建和物种共存。

温带森林阔叶植物幼苗叶经济谱及其与防御性状的关系

植物叶片功能性状之间的权衡关系一直是生态学研究的热点问题。其中叶经济谱相关性状的研究较多,但叶片防御性状方面的研究,尤其是幼苗阶段的研究较少。该研究以黑龙江凉水国家级自然保护区典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林和谷地云冷杉林内共有的8种阔叶乔木和11种阔叶灌木物种的幼苗叶片为研究对象,通过测定5个叶经济谱性状和4个叶片防御性状,分析了叶性状在不同生活型、林型间的差异以及性状之间的协调关系。结果表明:所有叶片性状在乔木和灌木幼苗之间不存在显著差异,谷地云冷杉林中的幼苗的叶总酚含量和单宁含量显著高于阔叶红松林中的幼苗,其原因为谷地云冷杉林林下光照强度弱于阔叶红松林,且空气和土壤湿度较高,该环境更有利于自然天敌的聚集,可能有更强的天敌破坏效应,而这种更强的生物相互作用反过来驱动幼苗提高其防御能力;幼苗叶绿素含量与比叶面积呈极显著正相关关系,与叶氮含量、叶磷含量呈显著正相关关系;幼苗叶氮含量与叶磷含量呈显著正相关关系;幼苗叶防御性状之间呈显著正相关关系;幼苗叶绿素含量与叶总酚含量、单宁含量和类黄酮含量呈显著负相关关系,叶氮含量与叶总酚含量、单宁含量呈显著负相关关系,与类黄酮含量呈极显著负相关关系;说明幼苗叶经济谱性状与防御性状之间存在权衡关系,即对叶片碳代谢性状的更多投资意味着对叶防御性状更少的投资;乔、灌木幼苗具有相似的资源利用策略。

植物水分利用效率与植物功能性群落结构的关系研究综述

植物水分利用效率(WUE)能够反映植物—土壤—大气的碳水循环耦合状况。从植物功能性状角度讨论WUE有助于理解植物对环境的适应策略、对资源的利用和分配过程以及植物生态策略与生态系统循环的耦合关系。目前关于功能性群落结构与水分利用效率关系的研究已取得了一些进展,但仍缺乏整体认识。文中总结前人研究成果,从WUE的概念及其与功能性群落结构之间的联系角度展开综述发现:1)WUE与其他功能性状间存在一定的联系与权衡,但同一种植物在不同生境条件下的叶片形态以及水分利用状况都可能发生相应的变异,不同植物功能性状对WUE的影响可能存在交互作用(叠加或抵消),这种相互作用也受环境条件影响,进而导致研究结果存在差异;2)WUE与叶片经济型谱(LES)之间存在关联,但并不存在于所有植被类型中,对叶片水力学—经济性状关系需要进行更广泛的研究;3)此前研究更多地认为物种丰富度显著影响了WUE,但功能多样性与WUE之间是否存在明确关系尚无一致的结论。