东北温带森林10种树种叶—茎—根水力和经济性状耦联关系研究

发布时间：2020-04-30 21:39

【摘要】：探索植物水力与经济性状的协调关系,对建立植物碳-水耦合模型、揭示植物水-碳投资机理、扩展植物性状型谱等均有重要意义。本研究选择了东北温带森林生态系统中不同系统发育类型(被子植物和裸子植物)的10个主要树种[白桦(Betulaplatyhlla)、山杨(Populus davidiana)、紫椴(Tiliaamurensis)、水曲柳(Fraxinus mandshurica))、蒙古栋(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、红松(Pinus korai)、si(P、云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var.Mongolica)、落叶松(Larix gmelinii)]为研究对象,通过调查叶、茎、根三个器官的水力、光合、养分、结构及资源利用性状,探索整株植物叶-茎-根水力性状与经济性状耦联关系。主要研究结果如下:(1)被子植物和裸子植物之间叶水力性状(TLP、π0、Kleaf area和P501eaf)差异均不显著(P0.05;Kleaf_mass除外)。被子植物和裸子植物茎水力性状(Kss、KSL、P50stem和HV)和根水力性状(Kroot和P50root)均差异显著(P0.05),且被子植物均显著高于裸子植物(HV除外)。叶导水率(Kleaf mass)与叶木质部栓塞阻力(P501eaf)、茎导水率(Kss)与茎木质部栓塞阻力(P50stem)呈显著负相关关系(P0.05),而根导水率(Kroot)与根木质部栓塞阻力(P50root)之间关系不显著,表明叶和茎两个器官存在“水力效率-水力安全”的权衡,而根不存在这种权衡机制。基于叶面积和叶质量的叶导水率(Kleafarea和Kleaf mass)均与失膨点叶水势(TLP)或饱和含水时的叶渗透势(π0)呈线性负相关关系(P0.05)。叶、茎、根三个器官之间:Kleaf area与Kroot呈显著线性正相关关系(= 0.01);而Kleaf area与Kss、Kss与Kroot均无显著相关关系。叶、茎、根三个器官之间木质部栓塞脆弱性均呈显著正相关关系(P0.05),且根的栓塞脆弱性高于叶和茎。其中,裸子植物树种叶栓塞脆弱性高于茎的栓塞脆弱性;而被子植物树种叶与茎栓塞脆弱性相近,甚至茎的栓塞脆弱性高于叶栓塞脆弱性,表明本研究地区裸子植物树种存在脆弱性分割机制,而被子植物树种则不存在脆弱性分割机制。(2)被子植物和裸子植物之间叶经济性状差异显著(0.05),被子植物的光合速率(Amass)、叶氮浓度(Nmass)、比叶面积(SLA)、光合资源利用效率(WUEi、PNUE和PPUE)均显著高于裸子植物。被子植物和裸子植物之间茎密度(TD)和根密度(RD)差异均不显著。Amass与Nm。ss和SLA呈显著正相关关系(P0.05)。Nmass与SLA正相关,与叶密度(LD)和叶干物质含量(LDMC)负相关(P0.01)。尽管TD与RD显著正相关(P = 0.005),但TD和RD与叶主要经济性状之间均无显著相关关系。(3)叶水力导度(Kleafma_s)与叶光合(Amass)、比叶面积(SLA)、叶氮浓度(Nmass)及资源利用效率(WUEi和PNUE)显著正相关(p0.05),这些发现说明叶水力性状与叶经济性状的协调。茎导水率(Kss)和根栓塞脆弱性(P50root)也与叶经济性状密切相关,说明叶水力性状与经济性状之间的耦联关系可扩展到茎和根器官上。主成分分析分析进一步揭示了 10个树种叶、茎、根三个器官水力性状和经济性状之间的协调关系。Kleaf_mass,Kss,Amass,Nmass,SLA和光合资源利用效率(WUEi、PNUE)在PCA轴1上有较强的正荷载,而LD,叶碳氮比(C/N),胡伯尔值(HV)和栓塞脆弱性(P501eaf、P50stem和P50root)在轴1上呈现负荷载。根导水率(Kroot)在PCA轴2上呈现正荷载,木材密度(TD和RD)在轴2上呈现负荷载。10种树种沿着PCA轴1分布。PCA的分析结果对植物经济型谱中物种的“快-慢”对策提供了支持,“快对策”物种趋向于有较高的光合速率,叶和茎导水率,光合资源利用效率,但面临较高的木质部栓塞风险;“慢对策”物种具有相反的特性。这些发现表明植物的水力,经济,光合资源利用性状共同决定物种生态对策。此外,木材经济性状(TD和RD)与叶、茎和根性状正交,进一步说明木材经济特性与叶特性解耦。本文利用常规方法首次系统地研究了我国东北温带森林不同发育类型(被子植物和裸子植物)的10个主要树种的叶、茎、根水力性状和经济性状的变异性及两者之间耦联关系。本研究不仅拓展了我国温带森林共存树种生态对策的理论研究,也为建立植物叶-茎-根水力输导系统的碳-氮-水资源的整株经济型谱提供了依据。这将有助于揭示植物功能结构耦合、高效固碳用水的生理生态学机制。
【图文】：

图１－２叶片水力性状、叶片经济性状及两者之间的权衡关系

图３－１被子植物和裸＋植物树种ＰＶ曲线水分参数的比较（平均值±标准误差）
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S718.5

【参考文献】

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本文编号：2646204