南北樣帶溫帶區(qū)主要樹種功能性狀地理分異研究.pdf

1、植物地理分布格局一直以來是生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容。植物功能性狀不但反映了植物對(duì)生境條件的響應(yīng)和適應(yīng)，而且能夠?qū)h(huán)境、植物和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程與功能聯(lián)系起來。在全球氣候變化的背景下，通過分析植物功能性狀與環(huán)境的關(guān)系，可以更好認(rèn)識(shí)植物分布格局變化的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為預(yù)測(cè)未來植被的發(fā)展趨勢(shì)提供理論依據(jù)。中國東部南北樣帶作為全球15條陸地樣帶之一，環(huán)境梯度的變化造就了其特有的植被分布格局，而在南北樣帶溫帶區(qū)，櫟屬不同樹種由北至南呈現(xiàn)出地理替代分布現(xiàn)

2、象。本研究的目的就是在總體了解南北樣帶溫帶區(qū)主要樹種功能性狀地理分異特征的基礎(chǔ)上，以南北樣帶溫帶區(qū)優(yōu)勢(shì)櫟屬樹種為主要研究對(duì)象，探討櫟屬樹種生活史不同階段的功能性狀沿環(huán)境梯度的變化格局，揭示櫟屬樹種地理替代分布的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制?；诖?，開展了4個(gè)方面的研究:(1)南北樣帶溫帶區(qū)主要樹種功能性狀與環(huán)境條件的關(guān)系;(2)南北樣帶溫帶區(qū)櫟屬樹種功能性狀沿環(huán)境梯度的變化格局;(3)南北樣帶溫帶區(qū)櫟屬樹種種子性狀對(duì)環(huán)境條件的響應(yīng)和適應(yīng);(4)南北樣帶

3、溫帶區(qū)櫟屬樹種幼苗功能性狀的變化差異。主要研究方法和結(jié)果如下:
　　 (1)選取南北樣帶溫帶區(qū)11個(gè)地點(diǎn)的55種主要分布樹種為研究對(duì)象，采用簡(jiǎn)單線性回歸和多元線性逐步回歸方法，分析主要樹種功能性狀與環(huán)境因子之間的關(guān)系，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)化主軸法分析功能性狀間的關(guān)系，對(duì)南北樣帶溫帶區(qū)主要樹種功能性狀的地理分異特征進(jìn)行探討。結(jié)果表明:氣候條件和土壤因子分別從不同方面驅(qū)動(dòng)樹種功能性狀的變化分異，氣候因子相對(duì)于土壤因子解釋了更多功能性狀的變化

4、。隨降水量的降低和土壤磷含量的增加，葉片干物質(zhì)含量和比葉重均表現(xiàn)為增加的趨勢(shì);隨日照時(shí)數(shù)的增加和土壤氮含量的降低，葉片單位重量氮含量增加;隨土壤有機(jī)質(zhì)含量和日照時(shí)數(shù)的增加，葉片單位重量磷含量增加;溫度是制約樹皮胸徑比變化的唯一因素，隨溫度降低樹皮厚度增加;而葉片鉀含量在研究區(qū)域內(nèi)沒有顯著變化。同時(shí)，功能性狀間的關(guān)系更好的反映了主要樹種的適應(yīng)策略，葉片干物質(zhì)含量和比葉重較高的樹種能很好的生存在水分資源相對(duì)匱乏的生境里;葉片氮含量、磷含量較

5、高的樹種，用快速的養(yǎng)分循環(huán)來適應(yīng)環(huán)境;而葉片鉀含量也是南北樣帶溫帶區(qū)主要樹種生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子。
　　 (2)通過查閱櫟屬樹種的標(biāo)本，提取南北樣帶溫帶區(qū)23個(gè)地點(diǎn)的12種櫟屬樹種的葉片形態(tài)信息，采用相關(guān)分析和標(biāo)準(zhǔn)化主軸分析方法，探討了南北樣帶溫帶區(qū)櫟屬樹種葉片形態(tài)性狀沿氣候梯度的變化，并結(jié)合已有對(duì)南北樣帶溫帶區(qū)櫟屬樹種功能性狀的研究，進(jìn)一步討論了成年林木階段櫟屬樹種地理分異的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制?？傮w上，在南北樣帶溫帶區(qū)，櫟屬樹種的葉片形態(tài)

6、性狀沿氣候梯度發(fā)生顯著的變化。葉片大小和葉片分裂程度隨溫度的降低和日照時(shí)數(shù)的增加而增加;隨溫度的增加和日照時(shí)數(shù)的減少，葉脈密度呈增加的趨勢(shì);隨降水的增加，葉脈密度也逐漸增加。而且，櫟屬樹種葉片形態(tài)性狀相互關(guān)聯(lián)，在有限資源下采用最優(yōu)的葉片形態(tài)以最大化生長(zhǎng)，葉片大小是關(guān)鍵的形態(tài)性狀，與葉柄長(zhǎng)度和葉片分裂程度顯著正相關(guān)，與葉脈密度顯著負(fù)相關(guān);而隨葉片傾向于長(zhǎng)條狀發(fā)展，葉柄長(zhǎng)度和葉脈密度也隨之增加。綜合多個(gè)研究結(jié)果表明，氣候條件的制約作用造成了

7、南北樣帶溫帶區(qū)櫟屬樹種的地理分布格局，櫟屬樹種通過調(diào)節(jié)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理等性狀的變化適應(yīng)環(huán)境。
　　 (3)選取南北樣帶溫帶區(qū)9個(gè)核心分布區(qū)的優(yōu)勢(shì)櫟屬樹種作為研究對(duì)象，野外實(shí)地采集多種櫟屬樹種的種子，通過測(cè)定種子的質(zhì)量和化學(xué)組成，分析種子性狀沿環(huán)境梯度的變化格局及其種子化學(xué)組成間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn):氣候條件是驅(qū)動(dòng)櫟屬樹種種子性狀變化的主要因素，這與櫟屬樹種葉片功能性狀與環(huán)境關(guān)系類似，而氣候因子中溫度的驅(qū)動(dòng)作用較大，日照時(shí)數(shù)次之。種子

8、質(zhì)量較大的櫟屬樹種更傾向分布于低溫和長(zhǎng)日照的樣帶北部區(qū)域;隨溫度降低，種子中淀粉含量積累減少的同時(shí)，多種抗寒物質(zhì)如蛋白質(zhì)、可溶性糖和脯氨酸等逐漸增加。而且，櫟屬樹種為適應(yīng)環(huán)境而調(diào)整種子的化學(xué)組成具有同步性，蛋白質(zhì)、可溶性總糖和脯氨酸者相互正相關(guān)，而三者均與淀粉負(fù)相關(guān)。
　　 (4)對(duì)采集于不同核心分布區(qū)的優(yōu)勢(shì)櫟屬樹種的種子進(jìn)行田間栽培實(shí)驗(yàn)，選擇南北樣帶溫帶區(qū)的中部作為田間實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，保證均一環(huán)境條件的同時(shí)，盡量減小環(huán)境脅迫對(duì)實(shí)驗(yàn)的影

9、響。以均一環(huán)境下1年生幼苗為對(duì)象，研究比較種內(nèi)及種間功能性狀的變化差異，分析幼苗功能性狀與成熟林木功能性狀之間的關(guān)系，進(jìn)一步討論種子質(zhì)量對(duì)幼苗生長(zhǎng)性狀的影響作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn):櫟屬樹種功能性狀的種內(nèi)差異較小，種間差異性較大，種間變異系數(shù)高于種內(nèi)，而且相同環(huán)境下幼苗的功能性狀與原生地成年林木功能性狀的相關(guān)性較低。種子質(zhì)量對(duì)幼苗葉片功能性狀的影響較小，而對(duì)生物量及其分配（根冠比）的影響較大。
　　 本研究全面分析了南北樣帶溫帶區(qū)主要樹種