【摘要】：在当前全球气候变化加剧的背景下,低温、干旱等极端气候事件爆发的频率和强度都呈增加的趋势。现代植被分布格局是植被对气候环境长期适应的结果,探索植物现时分布格局的成因是理解和预测植物种群在全球变化背景下适应和生存潜力的重要基础和必要前提。在大地理尺度上,低温被认为是植物向北和向高海拔扩散的限制因子。因此,从温度耐性角度来探索植物在纬向区域的适应机制,预期结果不仅能充实和弥补国内外对纬向限界研究的缺乏和不足,而且将为理解植物现时纬向限界形成的环境驱动机制和预测未来气候变化对植物分布的影响提供理论依据,在全球气候变化研究中具有重要的学术价值和实践意义。栓皮栎(Quercus variabilis Blume)是我国天然分布最广的落叶阔叶树种之一,跨越中温带、暖温带、北亚热带、中亚热带和南亚热带多个气候带,是研究植物对温度变化响应的理想树种。本文以栓皮栎为研究对象,通过南北交互试验和养分控制实验,并结合土壤及气象因子综合分析栓皮栎的温度耐受能力,探讨栓皮栎的温度耐受性的纬向差异及其来源。主要研究结果如下:Ⅰ栓皮栎幼苗温度耐性与生长环境的关系(1)在南北交互试验中,种源、环境对栓皮栎幼苗耐温参数无显著影响。其中,北方种源幼苗叶片的耐热性高于南方种源,且南缘幼苗叶片的耐热性随纬度的增加呈近增加的趋势。北缘幼苗叶片耐寒性和耐温范围与气候因子变量的第一主成分呈正相关,耐寒性、耐温范围与土壤因子变量的第一主成分呈负相关;而南缘幼苗叶片耐温参数与气象因子变量、土壤因子变量无显著相关性。(2)季节变化对南缘栓皮栎幼苗叶片的耐温参数影响显著。不同种源幼苗叶片秋季的耐寒性随着种源地纬度的增加而呈增加趋势,而耐热性和耐温范围无显著趋势。在秋季,栓皮栎幼苗叶片的耐温范围与气候因子变量的第二主成分(以最热月的最高气温和最热季平均气温为主导)呈负相关,耐寒性与气候因子变量的第一主成分呈正相关;耐寒性与土壤因子变量的第一主成分呈负相关。夏季栓皮栎叶片的非结构性碳水化合物(NSC)及其组分(可溶性糖、淀粉、NSC及可溶性糖与淀粉的比值)含量显著大于秋季。无论在夏季还是秋季,叶片NSC含量与种源地纬度均无显著相关性,可溶性糖与淀粉的比值随种源地纬度增加而呈下降趋势,淀粉含量趋势相反。栓皮栎叶片养分含量及其利用效率与种源地纬度均无显著关系,各种源叶片氮磷比值夏季高于秋季。冗余分析结果表明,夏季幼苗耐寒性主要与磷利用效率、可溶性糖和可溶性糖与淀粉的比值呈正相关,与NSC、淀粉负相关;而耐热性则与可溶性糖和可溶性糖与淀粉的比值呈反比。秋季幼苗的耐寒性则与氮、磷及NSC呈正相关,与氮利用效率负相关。Ⅱ栓皮栎幼苗温度耐性的变化趋势与土壤养分(N、P)的关系(1)栓皮栎不同种源的养分吸收与氮磷利用效率对氮磷添加存在显著差异但地理趋势不明显。北方种源(北京平谷)在N、P及其二者复合添加的情况下均具有较高的氮磷利用效率,中心种源(河南内乡)则在处理不同下磷利用效率均处于最低水平,但南方种源(湖南城步)在磷添加的情况下,对磷的利用效率最高。(2)与对照相比,养分(氮、磷或氮磷)添加能明显增加北方种源(北京平谷和河北临城)的耐寒性;但氮添加降低了中心种源(河南内乡)的耐寒性。同时,养分添加在一定程度上增加了中心3个种源(湖北秭归、河南内乡和河北临城)的耐热性。耐温范围与耐寒性相反,表现为养分添加降低了北方种源(北京平谷和河北临城)而增加中心种源(河南内乡)的温度耐受范围。(3)偏相关分析表明,耐寒性与叶片可溶性糖浓度呈显著正相关;耐热性与叶片磷呈显著负相关,与氮磷比呈正相关;叶片耐温范围与叶片化学物质浓度无显著相关性。Ⅲ不同地理种源栓皮栎幼苗生长与物质分配的变化趋势在南缘试验地(广东鹤山),(1)栓皮栎1a生幼苗全株NSC浓度随种源地纬度增加而呈上升趋势,且该趋势以叶片NSC浓度(特别是可溶性糖浓度)所主导;不同器官间,叶片可溶性糖和根系淀粉浓度均随种源地纬度增加而增加,而根系可溶性糖浓度则相反;茎NSC及其组分无明显地理趋势。2a幼苗全株NSC浓度与种源地纬度不存在显著相关性,可溶性糖浓度和可溶性糖与淀粉的比值与纬度近似负相关;不同器官间,仅茎NSC浓度随着种源地纬度增加而下降,根系和叶片的淀粉浓度随着种源地纬度增加呈上升趋势,而可溶性糖与淀粉的比值趋势相反。(2)在养分方面,1a幼苗不同器官N浓度及叶片P浓度均随种源地纬度的增加而增加,叶片氮磷比则随种源地纬度增加而显著下降;除叶片外,不同器官的N利用效率和P利用效率均随种源地纬度的增加而呈现微弱下降趋势。2a生幼苗不同器官的氮、磷含量与纬度无显著相关性;氮、磷利用效率方面,仅茎氮利用效率随着种源地纬度增加呈下降趋势,根系和叶片无显著趋势。(3)栓皮栎幼苗(1a、2a)生长速率存在一定趋势,表现为相对生长速率随种源地纬度增加而呈显著下降趋势。综上所述,初步认为:(1)不同地理种源栓皮栎幼苗叶片的温度耐性受种源地环境影响并表现出较弱的纬度趋势,北方种源耐热性高于南方种源。(2)不同地理种源栓皮栎对养分利用程度及其效率与种源地土壤环境条件有关,表现出一定的局域适应特征,从而增加了温度耐性对养分响应的复杂程度。(3)不同地理种源不同年龄的栓皮栎幼苗在物质分配存在变异,但生长速率存在一定地理趋势,表现为相对生长速率随种源地纬度增加而呈显著下降趋势。
文内图片：
图片说明：技术路线图
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图片说明：栓皮栎种源地位置及交互试验位置分布图
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S792.18
【参考文献】
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