沙柳丛生枝异速生长关系与数量动态研究

发布时间：2018-07-10 13:48

  本文选题：异速生长关系 + 生物量分配　； 参考：《甘肃农业大学》2016年博士论文

【摘要】：植物种群是不同年龄个体的集合,其年龄结构与生存过程反映着种群的波动特征及环境适应机制;不同年龄个体的生存和生长行为与资源分配特征密切相关。在诸多选择压力和约束面前,植物进化出了许多异速生长关系,这些异速生长关系不仅反映了基本的物理规律对生物体结构的要求,进化对生物个体生理效率的最优化要求,而且为从个体到种群、生态系统的生态属性的尺度转换提供了重要手段。将年龄序列上个体的生长策略与种群动态结合为揭示种群波动机制和预测发展趋势开辟了新思路。沙柳是我国北方地区防风固沙的典型植物,但其人工植被的自然衰败严重影响沙柳群落的结构稳定和功能持续。从种群年龄结构动态和功能性状间的异速生长关系随枝条年龄增加的变化规律来揭示沙柳丛生枝年龄序列上的生活史对策,将有助于其衰败机制的认识。本研究着眼于人工沙柳的自然衰败过程,以丛生枝为研究对象,通过分析丛生枝的年龄结构与数量动态特征、直径与枝长的异速生长关系、构件生物量最优分配及异速生长关系、小枝数量-大小的权衡关系、代谢指数、成本与收益及其比值在年龄序列上的变化,以期从种群数量调控与资源权衡策略的视角揭示沙柳灌丛的衰败机制,为植物生活史对策研究丰富材料,并为沙柳人工林的抚育管理提供理论指导。本研究所得主要结果和结论如下:(1)活枝占收获的丛生枝数量的80%,活枝和死枝的年龄结构金字塔均呈两头小中间大的纺锤型、均以3 yr枝条最多、幼龄枝补充有限,存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型;当年生枝条的生命期望最高、生长4 yr时死亡密度开始下降,生长5 yr后的累计死亡率和危险率稳定、死亡率和消失率最高;丛生枝动态指数趋近于0,增长型不强,趋于稳定性;在未来的2、4、6、8 yr时间后沙柳丛生枝数量逐渐增多,但幼龄枝条补充不足,沙柳灌丛稳定性难以长期维持,可能会导致沙柳灌丛生长的衰败。(2)丛生枝的径向生长和纵向生长间存在显著的异速生长关系,纵向生长速率显著小于径向生长速率,基径和枝高、枝长的异速生长指数分别为0.85和0.71;不同枝高处的径向生长间也存在显著的异速生长关系,其中100 cm(D100)和50 cm(D50)高处的直径与基径的异速生长指数分别为1.24、1.17,以D100增粗速率最大、D50次之、基径最小;丛生枝倾向于垂直生长,枝高与枝长的异速生长指数为1.26。这种异速生长关系具有明显的枝龄差异,随着枝龄的增加,径向生长与纵向生长的分化明显,2 yr的增高生长大于增粗生长,其余各龄级则为等速生长,枝长和基径异速生长关系则表现出“等速生长→径向生长大的异速生长→等速生长”的变化规律;不同枝高处径向异速生长的趋势在低龄级更为显著,随着龄级增加而减弱;尽管全部枝条增高生长速率大于增长生长速率,尤以2yr和3yr最为突出,但1yr和6yr则表现为等速生长。(3)沙柳丛生枝茎、枝和叶各构件及总生物丛生枝随个体增大和年龄增长的变化明显,基径比枝长能更好地反映生物量随个体大小的变化规律。随着个体增大和枝龄增长,总生物量中分配到茎和叶器官的生物量呈下降趋势、分配到枝的生物量份数呈上升趋势,茎、枝、叶生物量相互间均存在显著的异速生长关系,异速生长指数αt-s、αl-s和αl-t分别为1.56、1.09和0.69,随个体大小的变化,小枝生物量的变化速度最快,叶生物量的变化次之,茎生物量的变化速度最慢。枝条年龄影响丛生枝枝-叶生物间的异速生长关系,中幼龄丛生枝枝生物量积累速率大于叶生物量积累速率,到老龄枝时转变为等速关系。茎生物量、茎枝生物量、总生物量和茎体积的回归斜率分别为0.98、1.08和1.08,异速生长指数的龄级差异不显著,在体积一定时,大龄枝的茎枝生物量密度和总生物量密度更大。(4)沙柳丛生枝个体大小将影响着生的小枝数量(小枝密度)和小枝大小(单枝平均质量),随着基径和枝长的增加,小枝增大、数量减少,且基径比枝长的影响更为明显。基于不同基础(茎横切面积、茎体积、茎枝生物量和茎生物量)标准化的小枝稠密度所表示的小枝数量和小枝大小间均存在显著的负相关关系,其回归系数分别为-1.62、-1.40、-1.35和-1.44,小枝大小和数量间存在“此消彼长”的权衡关系,即沙柳丛生枝采用或减少小枝的分化并增大小枝,或增多小枝数量并减小小枝的生态策略适应环境,其中基于茎枝生物量的小枝稠密度与小枝大小回归关系最为密切(r2=0.87)。小枝稠密度与小枝大小回归斜率的龄级差异不显著,在共有斜率下的回归截距随龄级增大而增加,在枝条数量一定时,小枝会随着沙柳丛生枝年龄增大而增大。(5)沙柳丛生枝代谢指数α为0.97、分支半径指数1/a和分支长度指数1/b为2.67和3.83,均显著大于理论值0.75、2.0和3.0。不同龄级丛生枝分支半径指数和分支长度指数分别为2.64~3.24和2.86~4.30,估测的代谢指数和基于分支指数计算的代谢指数分别为1.01~1.29和0.94~1.13,均未表现出显著的龄级差异,并共有分支半径指数2.84、分支长度指数3.35和代谢指数1.08(估测值)、1.00(计算值)。在各龄级丛生枝共有代谢指数1.08下,代谢常数在y轴上的负向漂移幅度随龄级增加而显著增大。尽管枝龄未引起沙柳丛生枝代谢指数的显著变化,但在给定大小的枝条上,大龄枝较小龄枝的代谢活性下降明显。(6)随着沙柳丛生枝年龄的增加,茎叶的构建成本和叶片的光合收益呈增加趋势,其变化过程可用logistic模型拟合,拟合的收益和成本的最大环境容量分别为8.89和229.99、瞬时增长率为0.5和0.88;收益成本比随着枝龄的增加呈下降趋势,在4 yr后的收益成本比变幅不大,可以用幂函数y=4.95x-0.58模拟其变化过程。随着沙柳丛生枝枝龄增加,叶片光合活性和展叶效率的下降以及比叶重和茎叶生物量的构建成本增加导致了丛生枝收益成本比的下降。
[Abstract]:This study focuses on the natural decay process of artificial salix , and provides a new idea for the study of the survival and growth behavior of different age individuals . The results and conclusions of this study are as follows : ( 1 ) The growth relationship between the age structure and the population dynamics of the population is the most important means for the study of the population fluctuation mechanism and the forecast development trend . ( 3 ) The growth rate of branches and branches and leaves of branches and leaves of different branches increased with the increase of individual size . The growth rate of branch and branch and leaf biomass was 1 . 56 , 1 . 09 and 0 . 69 respectively . ( 5 ) The branch radius index and branch length index were 2.64 - 3.24 and 2.86 - 4.30 , and the branch radius index 2.84 , branch length index 3.35 and branch length index 1 / b were 2.67 and 3.83 , respectively .
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q948.1
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本文编号：2113571