石荠苧属物种的生态分化研究

论文摘要

石荠芋属（Mosla（Benth.）Buch-Hamilt.Ex Maxim.）是唇形科的一个小属,分布区西起西喜马拉雅山,东到日本,北至俄罗斯远东,南至印度尼西亚。该属物种的形成方式一直是关注的问题。本文是对该属进行了三年的生态分化的1研究结果。进行了广泛的野外调查后,选取了36个样地进行取样和参数测定;在控制环境因素的实验设计条件下,我们进行了土壤水分、光照强度和氮形态比例的可控实验研究,分别测定了石荠芋属7个物种的形态、解剖、生理和生长等方面的参数。综合上述各方面资料的分析结果,对石荠芋属生境分化、生态分化的主要性状特征、物种形成以及该属各物种在未来气候变化下的适应能力作了详细的分析和探讨。1)石荠芋属7个物种在中国的分布是沿着环境梯度而分布的,它们的表型特化有助于解释这些物种共存于一些生境,而不象预期的那样由于竞争而相互排斥。野外生境调查研究表明,石荠芋属7个物种都有各自的现实生态位,主要表现在生境的土壤水分、光照、土壤质地和土壤营养。在每一环境梯度下,各物种的生态幅是不同的。有些物种很少与别的物种共存于同一样地,而有些物种常常共存于同一样地,尽管样地间的丰富度有明显差别。2)土壤水分和光照强度的可控实验表明,该属物种响应不同水分和光强的主要的生态分化表现在形态和生理特征性状上。这些都有力的支持,石荠芋属物种沿着环境梯度的分布不是偶然的,许多功能特征都与从性状功能所预测的物种分布相符合。在系统进化上,物种在功能和生境偏好上的进化趋于一致。相反,叶片水平的结构特征在系统进化上是较保守的,与微生境的关联不紧密,而与大的地理分布区相关。3)人类的农业活动强烈干扰氮素循环,特别是在近几十年内,氮的输入增加了两倍多。过量氮的输入改变生物多样性、生态系统的初级生产力和养分循环、氮素转换和损失的速度、增加温室气体（CH4和NO2等）排放、加速土壤酸化和水酸化、甚至导致森林衰退等。为了探究不同氮素形态对石荠芋属物种的影响,我们进行了氮素形态不同比例的实验。石荠芋属物种对不同氮形态比例的响应各异。在不同氮形态比例下,石荠芋属物种表现出在形态、生理和生长特性上的明显分化,它们的相对生长速率与它们各自的功能特性相一致。疏花荠芋（Mosla pauciflora）在全铵态氮比例下可以存活,且它在高的铵态氮比例下有最大的相对生长速率。这表明疏花荠芋能够适应未来高比例的铵态氮的环境。而石荠芋属其他5个物种在高比例的铵态氮条件下,生长速率明显降低,并在功能特征上表现出明显的铵中毒症状,如叶片卷曲,发黄,枯萎,叶绿素含量降低等。这些显示这五个物种不能适应未来高比例的铵态氮的环境。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 符号清单
• 目录
• 1 前言
• 1.1 物种生态分化的研究进展
• 1.1.1 生境分化的研究进展
• 1.1.2 植物对水分的生态分化研究进展
• 1.1.3 植物对光强的生态分化研究进展
• 1.1.4 氮素形态对植物影响的研究进展
• 1.2 石荠苧属物种研究进展及概况
• 1.2.1 石荠苧属物种研究进展
• 1.2.2 物种概况
• 2 研究样地及研究方法
• 2.1 野外调查取样及方法
• 2.1.1 研究物种和采样地点
• 2.1.2 野外调查样方参数的测定和土壤取样
• 2.1.3 各调查样地的生境情况
• 2.1.4 土壤营养元素测定
• 2.1.5 统计分析
• 2.2 土壤水分控制实验方法
• 2.2.1 物种及实验设计
• 2.2.2 叶片解剖
• 2.2.3 统计分析
• 2.3 光梯度实验方法
• 2.3.1 物种和实验设计
• 2.3.2 生长分析
• 2.3.3 统计分析
• 2.4 物种响应氮形态的实验方法
• 2.4.1 实验物种
• 2.4.2 实验设计和植物生长条件
• 2.4.3 参数测定和计算
• 2.4.4 统计分析
• 3 石荠苧属物种对生境需求的分化
• 3.1 结果
• 3.1.1 石荠苧属物种生境调查结果
• 3.1.2 野外调查样地的CCA结果
• 3.1.3 野外调查样地的DCA排序和聚类结果
• 3.2 讨论
• 3.2.1 物种的群落分布结构和生态位分配
• 3.2.2 物种共存
• 3.2.3 物种形成
• 4 石荠苧属物种对土壤水分需求的分化
• 4.1 结果
• 4.1.1 叶片结构对土壤水分的响应
• N，叶绿素含量和叶绿素a/b对水分的响应'>4.1.2 P_N，叶绿素含量和叶绿素a/b对水分的响应
• N与叶片结构的关系'>4.1.3 P_N与叶片结构的关系
• 4.2 讨论
• 4.2.1 叶片结构和形态特征的生态分化
• 4.2.2 生理特征的生态分化
• 4.2.3 石荠苧属物种对土壤水分的总体分化
• 5 石荠苧属物种对光强的响应
• 5.1 结果
• 5.1.1 生物量
• 5.1.2 生物量分配
• 5.1.3 形态特征
• 5.1.4 生理特征
• 5.2 讨论
• 5.2.1 形态响应
• 5.2.2 生理响应
• 5.2.3 生物量
• 6 石荠苧属物种对不同氮形态的差异性响应
• 6.1 结果
• 6.1.1 石荠苧属物种对不同氮形态比例在形态上的响应
• 6.1.2 石荠苧属物种生物量对不同氮形态比例的响应
• 6.1.3 石荠苧属物种生物量分配对不同氮形态比例的响应
• 6.1.4 石荠苧属物种生理参数对不同氮形态比例的响应
• 6.2 讨论
• 6.2.1 石荠苧属物种在不同氮形态比例下的生长特性
• 6.2.2 石荠苧属物种响应氮形态的生态学意义
• 7 主要结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.1.1 石荠苧属物种野外生境的分离
• 7.1.2 石荠苧属物种响应土壤水分的生态分化
• 7.1.3 石荠苧属物种响应光强的生态分化
• 7.1.4 石荠苧属物种对未来气候变化引起的土壤氮形态变化的响应
• 7.2 不足和未来工作设想
• 参考文献
• 附表 石荠苧属物种野外调查参数排序值
• 本研究的创新点
• 发表和拟发表论文