论文摘要
光照和土壤水分是植物最必需的资源之一,它对植物的生长、维持和繁殖具有极其重要的作用,在干旱缺水且异质性相当高的毛乌素沙地尤其如此。在自然条件下,由于光照和土壤水分的有效性在时间、空间以及时空耦合尺度上通常呈异质性分布。因此,在克隆生长过程中,克隆植物可以通过自身的表型可塑性调节适应不同的环境条件。这种表型可塑性主要包括克隆生长特征(如分株数量)的可塑性和涉及克隆分株与资源获取结构空间放置的克隆形态特征(如子株的放置)的可塑性。在克隆生长过程中,它们与植物种群的生态适应对策密切相关,且相互依赖,并在生长过程具有协同现象和拮抗现象,也存在明显的权衡关系。但在某些情况下它们即可以表现为克隆生长特征也可以表现为克隆形态特征,因此,在这些情况下难以将克隆生长特征和克隆形态特征严格区分开来。目前,在这一方面已有许多研究表明,在不同资源供应水平条件下,克隆植物在生长与形态等方面均具有较强的可塑性,而不同植物间其可塑性反应的强弱、趋势和机理却并不完全一致,具有一定差异。因此,通过该类研究将有助于理解植物克隆生长的生态适应意义。以往的研究主要以1、2年生和多年生草本植物为对象,对木本克隆植物的研究较少。并且许多实验基于野外观测和调查,资源梯度范围较窄,只能定性分析生态学意义,难以定量指导克隆生长的调控。与草本植物相比,木本植物的克隆生长调节不仅具有生态适应意义,而且使种群年龄和高度结构强烈分化,在维持克隆持久性和种群稳定性方面具有重要价值。为此,本文以干旱为背景的毛乌素沙地典型木本克隆植物中国沙棘(Hippophae rhamniodes L.subsp sinensis)为对象,利用遮阳网产生的光照梯度和通过调节灌水间隔期来控制灌水强度,以毛乌素沙地平坦地段6a人工林为研究材料,采用2×2回归设计,并汲取拉丁方和随机排列的优点,研究不同光照强度和灌水强度条件下中国沙棘克隆生长的克隆生长调节,期望通过回归分析建立相应的量化模型和寻找最佳光照和灌水强度,以丰富木本克隆植物种群生态学内容,同时也为人工林的定向培育和生长调控提供科学依据。研究结果表明:1.中国沙棘克隆生长对灌水强度的响应:(1)中国沙棘母株生长量增幅与每月灌水次数之间的回归关系呈二次抛物线,即增幅随着灌水次数的增加先升后降,但它们之间对不同灌水强度的响应具有一定差异。其中树高、地径增幅最大时的灌水次数为每月4次(每次每棵母株灌水20kg),年总灌水量约为年均降水量的1.8倍;冠幅增幅最大时的灌水次数为每月5次,年总灌水量约为年均降水量的2.1倍。(2)中国沙棘种群及其构件生物量增幅与每月灌水次数之间的回归关系呈二次抛物线,增幅最大时的灌水次数为每月4次,年总灌水量约为年均降水量的1.8倍。(3)子株数量(密度)和地下克隆生长格局参数增幅与每月灌水次数之间的回归关系呈二次抛物线,种群觅养强度也表现出类似变化。增幅最大时的灌水次数为每月3次,年总灌水量约为年均降水量的1.5倍。2.中国沙棘克隆生长对光照强度的响应:(1)中国沙棘种群生长量增幅与光照强度之间的回归关系呈二次抛物线,但它们之间对光照强度的响应具有一定差异。其中,母株地径和冠幅增幅最大时的透光率为60%~61%,树高增幅最大时的透光率为48%。子株生长量增量最大时的透光率为54%~59%。(2)种群及其构件生物量增幅与光照强度的关系呈二次抛物线,增幅最大时的透光率为53%~54%。同时随着光照强度的降低,种群地上部分生物量所占比例呈先增后降趋势,类似二次抛物线,地下部分生物量所占比例恰好相反,呈先降后增趋势;在较低或较高的光照强度条件下,种群对地下部分生物量投资较大,相反在最佳光照强度条件下,种群对地上部分生物量投资较大。(3)子株数量(密度)和地下克隆生长格局参数增幅与光照强度的关系呈二次抛物线,种群觅养强度也表现出类似变化。子株数量增幅最大时的透光率为58%,地下克隆生长格局参数增幅最大时的透光率为56%~58%。
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