三江平原湿地植物防御机制研究

论文摘要

植物与环境间的相互作用关系是植物生态学关注的热点问题。研究湿地植物如何通过调节自身防御策略来适应外界不利环境因素,可以深入发掘植物与环境的内在联系,对进一步理解湿地生态过程具有重要意义。因此,本研究以三江平原淡水湿地生态系统为研究对象,基于野外监测,并与原位控制实验相结合,阐明了外源性氮、磷输入、增温和水位变化对湿地植物养分动态、化学计量比和抗性组分含量等的影响,分析了湿地植物化学和物理抗性组分、生长和防御间的权衡关系,探讨了不同水位梯度下湿地植物的资源分配策略,从而揭示了三江平原湿地植物对环境变化的防御机制。主要取得以下结论:(1)通过野外原位控制实验发现,长期的外源性氮输入对狭叶甜茅中的物理抗性组分和化学抗性组分均产生了显著影响,且除总多酚含量外,外源性氮输入对这些抗性组分的影响因植物不同组织而异。对于狭叶甜茅叶片而言,外源性氮输入同时显著地降低了其化学抗性组分(总多酚和单宁)和物理抗性组分(纤维素和木质素)的含量,而对于狭叶甜茅茎部而言,较低水平的氮输入显著地增加了其木质素的含量。此外,狭叶甜茅叶片中的C:N和纤维素、木质素含量呈显著地正相关性。因此,外源性氮输入可以通过改变植物体内抗性组分的含量来影响植物的碳分配,从而影响湿地生态系统中碳和养分的循环。(2)通过野外原位控制实验发现,长期的外源性磷输入对狭叶甜茅中的物理和化学抗性组分均有显著影响,且这些影响随植物不同组织而异。外源性磷输入显著地降低了狭叶甜茅叶片中化学抗性组分(总多酚和单宁)的含量。对于物理抗性组分而言,外源性磷输入降低了狭叶甜茅叶片中纤维素和木质素的含量,却显著地增加了其茎部纤维素和木质素的含量。此外,狭叶甜茅茎部的C:N与纤维素、木质素含量呈显著的正相关性。因此,外源性磷输入也可以通过改变植物体内抗性组分的含量来影响湿地生态系统中碳和养分的循环,且植物不同组织对外源性磷输入的防御策略有所不同。(3)通过培养实验发现,水位变化对小叶章和漂筏苔草中的总多酚、单宁、纤维素和木质素含量均有显著影响,这些影响随植物不同组织而异。水位升高显著地降低了小叶章根部和叶片中的木质素含量,却增加了漂筏苔草根部和叶片中的木质素含量。对于小叶章叶片而言,其化学抗性组分总多酚和单宁含量随水位梯度升高呈单峰曲线变化,且在5cm处含量达到最低值,而总多酚和单宁含量在漂筏苔草叶片中随水位变化趋势与小叶章相反。此外,在小叶章的叶片中以及漂筏苔草的根部和叶片中,均可以发现物理和化学抗性组分含量间存在负相关性。因此,湿地中植物不同组织(根、茎和叶)对水位变化的防御机制不同,且在不同水位梯度下,植物物理和化学抗性组分含量间存在权衡关系。(4)通过野外监测发现,水位增加会降低小叶章的高度、相对丰度、地上生物量和叶片中的C:N,但显著增加了其叶片中的单宁含量。而对于物理抗性组分而言,小叶章叶片中的木质素和纤维素含量均随着水位梯度增加而降低。因此,小叶章可以同时采用物理和化学防御策略应对水位变化。此外,小叶章的地上生物量、相对丰度和叶片C:N均与其叶片中的单宁含量呈显著地负相关性,而与其物理防御组分含量呈显著地正相关性。这些结果表明在不同水位梯度下,植物的生长和化学防御间存在权衡关系,这些结果对我们进一步理解淡水湿地生态系统中的植物群落分布具有重要意义。(5)通过OTC野外原位增温实验发现,增温可以同时增加大气温度和土壤温度,且对土壤的增温幅度高于气温。温度升高增加了狭叶甜茅叶片中的总氮含量和总多酚的含量,而对其他抗性组分无显著影响,且对毛苔草内的抗性组分也无显著影响。这些研究结果揭示了植物对增温的防御策略因不同植物而异,对进一步探讨全球变化背景下植物的防御策略提供了有力依据。

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摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 选题背景与意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 选题意义

1.2 国内外研究现状与展望

1.2.1 植物防御策略

1.2.2 植物防御的驱动机制

1.2.3 植物抗性组分间相互关系研究进展

1.3 研究内容、技术路线和创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.3.3 创新点

第二章研究区域环境概况

2.1 地形地貌

2.2 气候状况

2.3 土壤特征

2.4 植被类型

2.5 人类活动影响

2.6 洪河国家级自然保护区自然环境概况

第三章外源性氮输入对湿地植物防御的影响

3.1 研究背景

3.2 材料与方法

3.2.1 研究样地概况

3.2.2 氮添加样方设置

3.2.3 野外采样与实验

3.2.4 统计分析

3.3 结果与分析

3.3.1 外源性氮输入对土壤孔隙水养分浓度的影响

3.3.2 外源性氮输入对植物地上生物量和优势度的影响

3.3.3 外源性氮输入对植物不同组织化学计量比的影响

3.3.4 外源性氮输入对植物抗性组分含量的影响

3.3.5 外源性氮输入对植物抗性组分与化学计量比间关系的影响

3.4 讨论

3.5 结论

第四章外源性磷输入对湿地植物防御的影响

4.1 研究背景

4.2 材料与方法

4.2.1 研究样地概况

4.2.2 磷添加样方设置

4.2.3 野外采样与实验

4.2.4 统计分析

4.3 结果与分析

4.3.1 外源性磷输入对土壤孔隙水营养浓度的影响

4.3.2 外源性磷输入对植物地上生物量和优势度的影响

4.3.3 外源性磷输入对植物不同组织化学计量比的影响

4.3.4 外源性磷输入对植物抗性组分的影响

4.3.5 外源性磷输入对植物抗性组分与化学计量比的影响

4.4 讨论

4.5 结论

第五章水位变化对湿地植物防御的影响

5.1 研究背景

5.2 材料与方法

5.2.1 研究样地概况

5.2.2 样品采集与分析

5.2.3 统计分析

5.3 结果

5.3.1 不同水位梯度下的土壤理化性质分析

5.3.2 不同水位梯度对小叶章功能性状的影响

5.3.3 不同水位梯度对小叶章抗性组分含量的影响

5.3.4 不同水位梯度对小叶章生长和防御间权衡关系的影响

5.4 讨论

5.5 结论

第六章水位对植物不同组织资源分配策略的影响

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.2.1 实验设置

6.2.2 样品分析

6.2.3 数据与统计分析

6.3 结果与分析

6.3.1 水位变化对小叶章抗性组分含量的影响

6.3.2 水位变化对植物不同组织防御组分含量分配的影响

6.3.3 不同水位梯度下各个抗性组分间的相关关系

6.4 讨论

6.5 结论

第七章增温对湿地植物防御的影响

7.1 研究背景

7.2 材料与方法

7.2.1 研究样地概况

7.2.2 样方设置

7.2.3 野外采样与实验

7.2.4 统计分析

7.3 结果

7.3.1 增温对大气温度的影响

7.3.2 增温对土壤温度的影响

7.3.3 增温对植物抗性组分含量变化的影响

7.4 讨论

7.4.1 增温对土壤温湿度和理化性质的影响

7.4.2 增温对植物防御组份含量的影响

7.5 结论

第八章结论与展望

8.1 主要结论

8.2 本研究存在的问题及展望

参考文献

作者简历

发表文章目录

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 单利平

导师: 宋长春

关键词: 养分环境变化,水位变化,增温,植物防御,养分循环

来源: 中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)

分类号: Q945

总页数: 109

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