研究生知识库

植物功能性状是指与植物对资源的吸收、利用和保持有关的生理生态指标，它反映植物对不同环境的适应及植物内部不同功能之间的生理或进化的权衡，是联系植物、环境和生态系统功能的桥梁。植物功能性状在种间和种内的变异是物种共存、群落构建的重要前提，研究植物功能性状之间的相互关系和种间种内性状的变异以及对环境因子的响应，将有助于加深了解植物在生活过程中与环境间的协同发展，以及与群落或生态系统的关系。生态系统内的生态化学计量关系对植物个体生长发育、种群增长、物种多样性、群落结构与动态，以及生态系统过程影响重大，尤其是脆弱的喀斯特生态系统保护与退化的石漠化生态系统恢复重建，急需生态化学计量学领域的研究。本文选取贵州省中部高原（普定县天龙山）典型喀斯特地区的代表性常绿与落叶阔叶混交林的5种优势乔木（安顺润楠 Machilus cavaleriei、化香树 Platycarya strobilacea、云贵鹅耳枥 Carpinus pubescens、云南鼠刺 Itea yunnanensis和窄叶石栎 Lithocarpus confinis）、3种灌木（刺异叶花椒 Zanthoxylum ovalifolium、倒卵叶旌节花 Stachyurus obovatus、异叶鼠李 Rhamnus heterophylla）和2种藤本（小果蔷薇 Rosa cymosa、藤黄檀 Dalbergia hancei）为研究对象，测定其枝干、叶片和根系9个性状（包括叶厚度、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度、小枝干物质含量、小枝组织密度、比根长、组织密度）以及根系构型，叶片和土壤的C、N、P、K、Ca、Mg等元素含量，以及土壤有机碳和pH，分析喀斯特木本植物地上和地下性状的特征及其种间与种内变异，地上和地下性状的相互关系，乔木的根系构型特征，以及与生态化学计量之间的关系。具体结果如下：9个性状变异程度不同，细根组织密度的种间和种内变异系数最大，叶干物质含量和小枝干物质含量的种间与种内变异较小。种间水平上，除了细根组织密度外，其他性状在不同物种中表现出显著地差异，而在种内水平上，只有比叶面积表现出显著地差异。绝大多数叶和枝性状间显著相关，比根长与比叶面积显著负相关，其他根系性状与枝叶性状相关性不显著。与桂林和重庆喀斯特植物相比较，叶性状存在显著的差异，且桂林喀斯特植物的比叶面积显著低于本研究。重庆地区常绿植物的叶干物质含量和叶厚度大于本研究植物，比叶面积小于本研究植物，而落叶植物的3个性状正好相反。而与同纬度非喀斯特植物相比，普定喀斯特植物具有较小的叶面积和比根长度，较大的叶干物质含量、叶组织密度。5种优势乔木根系以水平分布为主，根系拓扑指数均较大，根系分支结构为鱼尾型，分支结构简单；5种植物根系分支前的横截面积等于根系分支后的横截面积之和，验证了Leonardo da Vinci法则。根系拓扑指数与根系功能性状之间没有显著相关关系，不同树种根系拓扑指数之间存在显著的差异，表明5种乔木根系获取水分和养分策略的差异性。本研究中的10种植物叶片C、N、P含量均低于全球水平。而Ca、Mg含量远远高于陆地植物Ca、Mg水平，体现了喀斯特地区富含Ca、Mg的特性。植物叶片N:P为20.1，大于16，表现出植物生长受到P的限制。喀斯特地区土壤Ca和Mg元素含量高于叶片，其他元素含量均低于叶片元素含量。土壤的pH为7.59，偏碱性。叶片元素含量与土壤的Ca、K、Mg等元素含量均无显著相关关系，除了叶片P元素外，其他叶片元素含量均与土壤有机碳含量呈显著相关关系。植物叶性状与叶片和土壤元素含量存在显著的相关关系。本研究表明，普定喀斯特植物在枝叶和根系器官发育形成了小叶面积、比叶面积和比根长，大的叶干物质含量、小枝组织密度、小枝干物质含量和细根组织密度等一系列减小蒸腾和储存养分的功能性状组合，从而提高其对干旱贫瘠的喀斯特环境的选择优势。鱼尾型分支模式有利于增加干旱区植物根系下扎深度和拓展空间的能力，以便获得足够的资源，并且各物种元素含量具有显著的差异，表明植物对养分采取了不同的吸收策略以适应严酷的环境，为喀斯特环境的治理提供了理论支持。