毛乌素沙地中国沙棘克隆生长对氮磷配施的响应

论文摘要

在自然界中,生境异质性普遍存在,并与植物克隆生长密切相关,因而资源的斑块性差异最终必然引起克隆植物构件在水平空间上的配置格局和植株生长及形态上的可塑性变化,形成对异质性生境资源的觅养生长格局和克隆可塑性响应,具有生态适应意义。土壤养分是生境资源的重要内容之一,与植物生长和发育密切相关,因而通过施肥试验可以研究植物克隆生长对土壤养分的可塑性反应和生态适应对策。但在该类研究中,目前以草本和木质草本植物(竹类)为主,本研究以毛乌素沙地木本植物中国沙棘为对象,其结果可丰富克隆植物种群生态学的研究内容;而且,目前的养分生态适应研究没有报道克隆生长与配合施肥之间的定量关系,因此只能分析生态学意义,难以指导克隆生长的调控。本试验采用3×3回归设计,并汲取拉丁方排列特点,研究了毛乌素沙地中国沙棘种群克隆生长对N、P配合施肥的响应过程,通过回归分析探讨了种群特征对施肥用量及其配比的适应机理,并建立了相应的量化模型,不仅可用于植物养分生态适应对策的分析和诠释,还可用于中国沙棘克隆生长的人工调控,具有重要的生产价值和理论意义。研究结果表明:(1)随着N、P用量的增加,毛乌素沙地中国沙棘克隆种群生长量、种群及其构件生物量的增幅均先增加后减小,这一结果符合米氏定律。通过回归分析,本研究还得出了各产量指标与N、P用量之间的量化模型,并给出了各特征参数最佳施肥量和最佳配比。同时,各产量指标之间具有协同生长效应,施肥可促使所有指标和所有构件的生长。另外,产量指标不同,N和P的边际产量大小也不同,可见N和P对不同特征的贡献率也不一样。由此可见,在实际生产中,可根据人工林用途、功能和经营目标主动调整施肥用量及其比例,从而达到最佳成效。(2)权衡作用:研究表明,中国沙棘克隆种群构件生物量分配比例与N、P配合施肥量的关系呈曲面模式,与单施N或单施P的关系亦为抛物线模式。即随着肥料用量的增加,树干、活枝、死枝(纵向间隔子)、克隆器官(横向间隔子)和地上部分生物量分配比例呈凸现形反应曲面模式,而种群叶片、根系(资源获取构件)和地下部分生物量分配比例呈凹现形反应曲面模式。由此不难看出,在施肥作用下,种群地上与地下、克隆器官与根系、资源获取构件与间隔子(横向间隔子与纵向间隔子)之间生物量分配,存在着此消彼长的变化规律,蕴藏了种群在资源获取与储藏利用之间的精细分工,以及种群在生长与生存之间、繁殖与生长之间的权衡性和不同的生态适应对策。(3)克隆生长能力与觅养生长格局:研究表明,随着肥料用量的增加,中国沙棘种群克隆器官形态特征及子株数量的增幅均先增加后减小,呈凸现形反应曲面模式,符合米氏定律。因此不难看出,种群克隆生长能力亦呈现先升高再降低的变化趋势。随着N、P用量的增加,种群克隆生长能力增加,子株密度也就越大,子株彼此间隔距离短而密集地分布在生境中,觅养生长格局倾向于聚集型,种群适合度越高;但是当N、P用量超过某一范围时,过量的土壤养分就会成为植物生长的限制因子,此后,肥料用量虽然继续增加,可种群克隆生长能力却受到抑制,子株密度也就越小,子株彼此间隔距离长而稀疏地分布在生境中,觅养生长格局倾向于游击型,种群适合度越低。由此不难推断,N、P施肥用量由低到高,中国沙棘种群克隆生长能力和适合度先增加后减小的同时,还伴随着觅养生长格局的变化,即逐步由游击型转向聚集型,再由聚集型逐步向游击型转变。(4)合理施肥区与最佳配比线方程:当考虑肥料成本投资和收益关系时,最佳施肥量就并不一定是最经济的施肥量。本研究给出了不同种群产量指标的N、P的合理施肥区,在此区域内施肥可以得到与区域外施肥同样的产量,但施肥量却远远低于区域外的施肥量。因此,在一定的生产水平下,超出该区域的施肥量都不能符合生产规律,而只是会浪费肥料。另外,在合理施肥区的基础上又得到最佳配比线(op线)方程,只有当N、P施肥量确定的施肥点在此op线上时,才是施肥付出成本最低,而得到的产量相对最高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 克隆植物种群生态学及其相关概念
• 1.2.1 克隆植物及其基本概念
• 1.2.2 克隆生长的内涵
• 1.2.3 克隆植物的双重构件性
• 1.2.4 克隆植物的整合作用
• 1.3 克隆植物种群生态学研究现状及进展
• 1.3.1 植物克隆生长对土壤养分的响应
• 1.3.2 植物克隆生长对土壤水分的响应
• 1.3.3 植物克隆生长对光照条件的响应
• 1.3.4 植物克隆生长对植物激素的响应
• 1.4 沙棘属植物资源概况及其开发利用现状
• 1.4.1 沙棘属植物资源概况
• 1.4.2 沙棘属植物的开发利用
• 1.5 沙棘克隆生长的生态学意义
• 1.5.1 保持水土
• 1.5.2 防风固沙
• 1.5.3 治理砒砂岩
• 1.5.4 防止红土泻溜
• 1.5.5 建立植物柔性坝
• 1.6 研究的目的意义
• 2 研究区概况与植物材料
• 2.1 研究区概况
• 2.2 植物材料
• 3 研究方法
• 3.1 试验设计
• 3.2 田间排列
• 3.2.1 小区排列
• 3.2.2 小区重组
• 3.3 试验布设
• 3.4 本底调查
• 3.5 跟踪调查
• 3.5.1 每木检尺
• 3.5.2 生物量及其分配
• 3.5.3 克隆生长参数调查
• 3.6 数据准备
• 3.6.1 肥料效应分析产量指标选择
• 3.6.2 原始产量的推算
• 3.7 数据分析
• 3.7.1 模型回归
• 3.7.2 曲面方程的优化选择
• 3.7.3 最佳施肥量和最高理论产量
• 3.7.4 脊线和合理施肥区
• 3.7.5 最低成本线——op 线
• 4 结果与分析
• 4.1 生长量对N、P 配施的响应
• 4.1.1 肥料效应方程
• 4.1.2 肥料效应曲面
• 4.1.3 肥料效应分析
• 4.1.3.1 单因素效应分析
• 4.1.3.2 交互效应分析
• 4.1.3.3 全因子分析
• 4.1.4 等产线图与合理施肥
• 4.1.4.1 等产线图
• 4.1.4.2 最佳配比线方程
• 4.1.5 小结与讨论
• 4.2 生物量对N、P 配施的响应
• 4.2.1 施肥效应方程
• 4.2.2 肥料效应曲面
• 4.2.3 施肥效应分析
• 4.2.3.1 单因素效应分析
• 4.2.3.2 交互效应分析
• 4.2.3.3 全因子分析
• 4.2.4 等产线图与合理施肥
• 4.2.4.1 等产线图
• 4.2.4.2 最佳配比线方程
• 4.2.5 小结与讨论
• 4.3 生物量分配或投资对N、P 配施的响应
• 4.3.1 生物量分配方程
• 4.3.2 生物量分配反应曲面
• 4.3.3 生物量分配效应分析
• 4.3.3.1 单因素效应分析
• 4.3.3.2 交互效应分析
• 4.3.3.3 全因子分析
• 4.3.4 小结与讨论
• 4.4 克隆生长特征对N、P 配施的响应
• 4.4.1 施肥效应方程
• 4.4.2 肥料效应曲面
• 4.4.3 施肥效应分析
• 4.4.3.1 单因素效应分析
• 4.4.3.2 交互效应分析
• 4.4.3.3 全因子分析
• 4.4.4 等产线与合理施肥
• 4.4.4.1 等产线图
• 4.4.4.2 最佳配比线方程
• 4.4.5 小结与讨论
• 5 结论与讨论
• 5.1 种群特征对N、P 配合施肥的响应
• 5.2 构件生物量投资对N、P 配合施肥的响应
• 5.3 克隆生长能力对N、P 配合施肥的响应
• 5.4 最佳施肥量与配比及其最高产量
• 5.5 合理施肥区和最佳配比线（OP 线）
• 5.6 试验设计
• 参考文献
• 致谢
• 研究及学习情况简介