甘南高寒草甸不同演替阶段植物叶功能性状变化特征及其与环境因子的关系

论文摘要

植物叶功能性状可以反映植被对生境的适应,不同物种叶功能性状的不同制约着该物种在群落内的竞争优势,致使群落结构、功能发生变化,引起群落演替。近几年,植物的叶功能性状开始被采用以预测演替梯度上群落的改变。本文以甘南高寒草甸围封地内五个演替阶段的典型群落为研究对象,按照植被的演替序列（围封1、3、5、15、30 a）,选择不同演替阶段的优势植物刺儿菜（Cirsium setosum）、披碱草（Elymus nutans）、紫花苜蓿（Medicago sativa）、沙蒿（Artemisia desertorum）和金露梅（Potentilla fruticosa）测定其叶功能性状:净光合速率（Pn）,蒸腾速率（Tr）,气孔导度（Gs）,叶片含水量（LWC）,比叶面积（SLA）,叶片有机碳（LCC）,全氮（LNC）,全磷（LPC）,光合氮利用效率（PUNE）,光合磷利用效率（PUPE）等,同时测定了光照度（LI）,土壤温度（ST）,含水量（SWC）,有机碳（SOC）,全氮（STN）,全磷（STP）等系列环境因子,探究了不同演替阶段优势种叶功能性状和环境指标的变化趋势,以及二者之间的关系。研究表明:1、此围封地大致经历了了草本→半灌木→灌木的演替过程。群落植被盖度均在90%以上,从前期到后期分别为:95.50%、94.43%、94.75%、95.52%和96.50%,随着演替的进行变化趋势不明显。Margalef丰富度指数随演替时间的延伸显著增大,在后期最高（16.67）,而Shannon-Wiener多样性指数则随演替时间的延伸先增高后降低,呈倒“V”型变化趋势,范围在3.414.34之间,最大值出现在第15年。2、不同演替阶段优势种叶功能性状随着演替的进行呈现规律性的变化,反映了物种随演替的进行对资源的获得、利用以及保存的权衡。演替初期优势种有较高的Pn、Tr、SLA、LPC、PUNE、PUPE,变化范围分别是:4.5315.12μmol CO2·m-2·s-1、3.655.77mol H2O·m-2·s-1、148.47234.74 cm2·g-1、1.492.50 g·kg-1、58.01269.32μmol·g-1·s-1和1185.775040.04μmol·g-1·s-1。这些特征使得早期种的生长率高,获取资源的能力强,以便能更好地适应恶劣、干旱的环境。而后期种有更高的Gs、LWC、LCC、LNC,变化范围分别是:0.080.16 mol·m-2·s-1、2.753.90%、415.29524.72 g·kg-1和16.2522.49g·kg-1。这些特点表明在演替后期植物为了在群落中占据优势地位,从而不断增加自身营养的储存来提高自身的竞争力。3、不同演替阶段各环境指标有明显差异。SWC、SOC、STN随演替的进行呈现明显增加趋势（P<0.05）,均在演替后期达到最大值(0.39%;37.61 g·kg-1;3.57 mg·kg-1)。LI和ST从前期到后期呈较为明显的下降趋势（P<0.05）,在后期达到最小值（66.43 lx;19.50℃）。STP随演替呈先减少后增加的趋势,演替15年最低,达到0.56 mg·kg-1,演替30年最高,达到0.79 mg·kg-1。4、通过RDA约束排序来分析环境因子对叶功能性状的影响,我们发现演替前期植物叶功能性状重点受到LI和STN的影响,其中,LI的作用更为明显。演替中、后期植物叶功能性状重点受到STP和SWC两者共同影响,以STP的作用更为显著。据此,我们可以在不同演替时期对植物进行养分添加,以保证植物更好地生长。本研究以上结果深化了甘南高寒草甸地区植被演替规律及土壤养分对植被恢复响应的认识,进一步揭示植物种群在不同演替阶段的环境适应性对策,为高寒草甸人工草场最适围封年限的设定及草地的治理与生态恢复提供理论指导。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 植物叶功能性状的研究

1.2.2 植物群落演替的研究

1.2.3 不同演替阶段植物叶功能性状的研究

1.3 本研究的目的与意义

2 样地概况与方法

2.1 研究区自然概况

2.2 研究方法

2.3 叶功能性状的测定

2.3.1 叶片光合性状的测定

2.3.2 叶片含水量的测定

2.3.3 比叶面积的测定

2.3.4 叶片碳、氮、磷含量的测定

2.3.5 叶片氮、磷利用效率的测定

2.4 环境因子的测定

2.4.1 照度的测定

2.4.2 土温的测定

2.4.3 土壤水分的测定

2.4.4 土壤碳、氮、磷的测定

2.5 数据处理

2.6 技术路线

3 不同演替阶段植物变化趋势

3.1 群落内物种组成结构

3.2 物种丰富度、多样性随演替的变化趋势

3.3 讨论

3.3.1 不同演替阶段群落组成分析

3.3.2 不同演替阶段物种丰富度和多样性的变化分析

4 不同演替阶段叶功能性状的变化

4.1 叶片光合性状随演替的变化

4.2 叶片含水量随演替的变化

4.3 比叶面积随演替的变化

4.4 叶片养分随演替的变化

4.5 讨论

4.5.1 不同演替阶段植物光合性状的差异分析

4.5.2 不同演替阶段植物叶片水分的变化趋势分析

4.5.3 不同演替阶段植物比叶面积的变化趋势分析

4.5.4 不同演替阶段植物叶片养分的变化趋势分析

5 不同演替阶段环境因子的变化

5.1 不同演替阶段光照和土温的变化

5.2 不同演替阶段土壤水分的变化

5.3 不同演替阶段土壤养分的变化

5.4 讨论

5.4.1 各演替阶段光照和土温的差异分析

5.4.2 各演替阶段土壤水分的差异分析

5.4.3 各演替阶段土壤养分的差异分析

6 不同演替阶段植物叶功能性状对环境的响应

6.1 不同演替阶段植物叶功能性状与环境因子的关系

6.2 讨论

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 不足与展望

参考文献

在学期间研究成果

致谢

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李俐蓉

导师: 刘旻霞

关键词: 群落演替,叶功能性状,环境因子,高寒草甸,甘南

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 西北师范大学

分类号: Q948

DOI: 10.27410/d.cnki.gxbfu.2019.000291

总页数: 59

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