太行山低山丘陵区优势植物的水分和养分适应策略
文献类型：学位论文
| 作者 | 朱婉芮 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 李文华 ; 石培礼 |
| 关键词 | 植物功能性状 水分利用来源 养分回收效率 适应策略 太行山 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 太行山区水土资源矛盾突出，水分和养分异质环境影响植被生态恢复建设与山体生态系统服务功能的发挥。在太行山低山丘陵区，微地形对土壤水分和养分 异质性具有显著的影响，因此，植物个体与物种间如何适应资源异质环境成为影响植被恢复与重建过程中树种选择与群落配置的关键问题。造林树种刺槐（Robinia pseudoacacia）与乡土灌木酸枣（Ziziphus jujuba var. spinosa）、荆条 （Vitex negundo var. heterophylla）结合逐渐形成“刺槐—酸枣—荆条”乔灌木混 合恢复模式下的次生林，该模式的三种优势植物能否稳定共存是太行山低山丘陵区植被恢复与重建能否成功的关键。本研究依托中国科学院的太行山地生态实验站，按地形选择在山脊与沟谷两种存在水分与养分异质性的微生境设立试验样地，根据该区域降水条件及干湿季分异的气候特点，测量三种优势植物根、叶功能性状、水分和养分资源利用特征，从植物形态、生理生态综合分析各物种资源利用策略和种间关系，以此揭示太行山低山丘陵区优势植物在异质性资源条件下的生存策略及机制，为该区植被恢复与重建的树种选择和群落配置提供理论依据。本论文从以下角度阐明了该混交模式中优势植物对水分和养分异质性的适应 对策和生态位互补性： （1）从叶片功能性状和植物生理生化指标来看，酸枣采取叶厚、叶面积小、 比叶面积小的策略以减少水分损失，呈现出“保守型”叶片生长策略；刺槐则具 有比叶面积大、叶干物质含量小、叶相对含水量高的结构性状，呈现出“激进型” 叶片生长策略；荆条则通过积累干物质来提高自身对胁迫环境的耐受性。在逆境 条件下，三种植物叶绿素含量下降，叶片 PSⅡ原初光能转换效率降低，PSⅡ潜在活性下降，叶片通过增加厚度、非结构性碳水化合物的积累和降低比叶面积以适应干旱瘠薄环境。土壤水分和土壤氮养分对三种植物叶片比叶面积、叶绿素含量、实际光化学量子产量具有显著正效应，而土壤磷养分对三种植物叶片厚度、叶组织密度、非结构性碳水化合物具有显著正效应。 （2）从根系的构型来看，荆条粗根较多且长势发达，呈现出较均匀地向四 周延伸分布，细根位于粗根基部，分布密集；刺槐和酸枣树种根系构型相似，具有垂直延伸生长的主根，主根长且粗壮。刺槐主根侧生长出分布较均匀的细根，而酸枣细根沿主根中上部分布，荆条则依靠水平空间拓展获取水分和养分。 （3）从细根形态特征和菌根真菌侵染的季节变化来看，刺槐细根形态特征 呈高比根长、比表面积和低根直径、根组织密度的伸长生长；酸枣细根形态特征 呈高根直径、根组织密度和低比根长、比表面积的横向生长；荆条细根形态特征 介于两者之间，且偏向于跟刺槐相似的细根伸长生长策略，即细根具有高比根长、 比表面积的特征。土壤水分和土壤有效氮、有效磷对植物吸收型和运输型细根的 比根长、比表面积具有显著的正效应影响，而对细根直径和根组织密度呈显著负 效应。刺槐菌根以菌丝调节适应季节性土壤环境变化，酸枣和荆条则通过以泡囊 和丛枝侵染调节适应季节性土壤环境变化。菌根真菌侵染率、菌丝、丛枝侵染率 均与土壤含水量和土壤有效氮、有效磷含量呈显著负相关，而土壤全氮、全磷、有效磷则显著促进了菌根泡囊的形成。 （4）从水分利用来源和水分调节行为时空格局来看，刺槐和酸枣属于半等水性水分调节行为，能够较稳定的利用深层（40-50cm）土壤水，两者水分利用 来源重叠率高，达到 90%以上。荆条水分调节行为介于等水性和非等水性之间， 其水分利用可塑性强，随季节性水分环境的改变而采取不同的水分利用策略。在雨季时，荆条主要吸收表层（0-10cm）土壤水分；在旱季时，荆条主要水分来源 向更深的土壤层次延伸。旱季时，三种植物水分利用来源种间重叠率高，高达90%以上；雨季时，荆条与刺槐、荆条与酸枣之间水分利用来源重叠率降低，呈现水分利用生态位分化。 （5）从叶片养分含量与化学计量比来看，混交林中的刺槐成熟绿叶 C 含量 显著低于荆条和酸枣，其 N、P含量显著高于荆条和酸枣。相比于成熟绿叶，刺 槐衰老叶N、P含量的显著下降，使刺槐衰老叶C/N、C/P显著增加，刺槐叶片的氮回收效率（NRE）、磷回收效率（PRE）也显著高于酸枣和荆条。与山脊相 比，水分条件较好的沟谷生境有利于植物对氮磷养分利用。与混交林相比，纯林中刺槐成熟绿叶叶片P含量显著降低，酸枣N含量显著增高，荆条N、P含量显著增加，刺槐衰老叶氮养分相关指标差异显著，酸枣衰老叶磷养分相关指标差异显著。三种植物成熟绿叶叶片 N/P 平均值均大于20，这说明该研究区中三种植 物的生长均受P元素限制，植物叶片PRE高于 NRE。 （6）从叶片养分回收效率来看，三种植物叶片磷回收效率（PRE）高于氮 回收效率（NRE）。混交林中刺槐叶片的氮回收效率（NRE）、磷回收效率（PRE）显著高于酸枣和荆条，山脊下三种植物的养分回收效率显著高于沟谷。与混交林 相比，纯林中刺槐氮养分回收效率（NRE）显著降低，这是因为纯林中刺槐衰老 叶 N 含量显著高于混交林，而纯林成熟绿叶 N 含量与混交林差异不显著；纯林 中酸枣磷养分回收效率（PRE）显著低于混交林，说明纯林中酸枣磷养分利用受 限制情况得到缓解。相比于成熟绿叶，衰老叶养分含量及化学计量比对养分回收 效率的影响最为显著。叶性状中，叶干物质含量（LDMC）和比叶面积（SLA） 对氮磷养分回收效率（NRE、PRE）的影响呈显著负效应。 综上所述，刺槐—酸枣—荆条人工林模式在太行山区具有较强的物种生理生 态的互补性，能适应水分和养分的异质环境的逆境胁迫，是一种较为稳定的混交 林模式，可能长期共存。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 130 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184636]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱婉芮. 太行山低山丘陵区优势植物的水分和养分适应策略[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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