戴云山黄山松-马尾松叶性状对海拔梯度的响应研究

摘要

目前驱动同属植物在局域尺度的共存机制仍是生态学研究的重要问题之一。随着系统功能生态学的发展，对海拔梯度上近缘物种的功能性状的分异研究，可以为解释亲缘关系相近的物种在群落尺度上的共存提供证据。本文以戴云山常见的两种亲缘关系较近的松属植物黄山松（Pinus taiwanensis）与马尾松（Pinus massoniana）为研究对象，对南坡10个海拔梯度，北坡7个海拔梯度黄山松与马尾松针叶的形态特征、生理生态特征及养分含量等方面的32种性状进行了方差分析，并采用 RDA约束排序分析方法对驱动两种植物针叶性状的环境因子进行了分析，探讨了地区尺度同属植物叶片性状对海拔梯度的响应机制，并对比了两种植物对环境的响应模式与适应策略。结果表明：
　　（1）两种植物抗氧化系统在海拔梯度上具有不同的适应策略：随海拔升高南北坡黄山松针叶MDA含量均呈现出先升后降的趋势，马尾松MDA含量在南坡基本呈现出先升高后降低的趋势，北坡呈现先降低后升高的趋势。南坡黄山松针叶中的POD、CAT活性均随海拔的升高先升高后降低，而后在高海拔又增强，而SOD活性随海拔的升高呈现出先升高后降低的趋势。北坡，黄山松针叶POD、C AT、SOD均随着海拔的升高基本呈现出先下降后上升的趋势；马尾松随海拔的上升，南坡CAT、SOD、POD随着海拔的升高而升高，接近马尾松分布的上限CAT、SOD又逐渐下降。北坡马尾松CAT、POD随海拔的升高而下降，SOD未有明显的变化。
　　（2）黄山松与马尾松两种植物在海拔梯度上具有不同的光合响应模式：南北坡黄山松针叶的叶绿素Chla、Chlb、Chl(a+b)含量随海拔的升高基本呈现出先升高后降低的趋势，叶绿素Chla/b在不同的海拔梯度上无明显差异；南坡马尾松叶绿素Chla、C hlb、Chl(a+b)含量基本呈现出升-降-升的趋势，北坡呈现出先降后升的趋势。北坡马尾松针叶的叶绿素Chl(a/b)含量随海拔的变化无明显规律，南坡马尾松呈降低的趋势。（3）南北坡黄山松针叶比叶面积在高海拔区均出现下降的趋势，且北坡黄山松的针叶干物质含量则出现升高的趋势。南坡马尾松针叶比叶面积及针叶干物质含量随海拔的升高无明显差异，仅针叶面积、单根长随海拔有较明显的变化，表明马尾松针叶形态特征在南坡的变化趋于恒定。黄山松针叶形态特征随海拔的变化较明显，南北坡黄山松针叶面积、单根长、单根干重在高海拔区均有不同程度的下降。
　　（4）南北坡黄山松与马尾松磷含量的平均值总体上低于全国平均水平，说明黄山松与马尾松在生长过程中受到P素供应的强烈限制。南坡每一个海拔，黄山松叶片的N含量均显著低于马尾松，马尾松C:N、C:P显著低于同海拔黄山松。南坡交叉区黄山松针叶钾、钙元素含量显著高于马尾松，这说明两种植物在海拔梯度间的资源分配与利用策略的不同。
　　（5）南北坡相同海拔梯度的马尾松与黄山松可溶性糖、淀粉含量、黄酮含量及脯氨酸含量均随海拔的升高而升高。南坡马尾松可溶性糖含量高于相同海拔梯度的黄山松，北坡马尾松针叶淀粉含量高于相同海拔梯度的黄山松。显示出两种植物对环境梯度的变化都有一定的适应能力，但在同一环境中对逆境的适应强弱不同。
　　（6）对黄山松、马尾松针叶32个叶性状的可塑性分析表明，综合可塑性指数从大到小依次为:抗氧化物质、叶绿素含量、叶形态特征、化学计量学特征。说明随海拔升高，抗氧化物质、叶绿素对黄山松与马尾松适应环境有重要意义，叶形态与化学计量学特征等作用相对较小。
　　（7）对黄山松与马尾松针叶性状与环境因子关系的RDA分析得出，海拔对两种植物叶性状的变异均有较高影响，各土壤因子对两种植物的针叶性状都有不同程度的影响，同时两种植物的叶性状之间也发现多种叶性状之间呈显著的相关性。
　　综上所述，黄山松与马尾松两种松属植物的形态特征、养分含量、抗氧化系统及抗逆物质、光合色素的变化与海拔变化相关，且两种植物对环境梯度的响应模式不同。

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中文摘要

英文摘要

1绪论

1.1 研究目的与意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容、目标和拟解决的关键问题

1.4本项目的特色和创新之处及立论依据

1.5技术路线

2 研究区概况

2.1 地理区位

2.2地质地貌

2.3气候

2.4土壤

2.5植被

3研究方法

3.1土壤及针叶采集

3.2 土壤理化性质及针叶性状测定

3.3数据分析

4结果分析

4.1针叶抗氧化酶活性随海拔梯度的变化

4.2黄山松与马尾松针叶叶绿素海拔梯度分布格局

4.3黄山松与马尾松两种植物针叶在不同海拔的形态结构特征

4.4黄山松与马尾松针叶养分含量随海拔的变化

4.5黄山松与马尾松针叶抗逆物质随海拔的变化

4.6黄山松与马尾松针叶元素含量随海拔的变化

4.7黄山松与马尾松针叶叶性状可塑性比较

4.8 黄山松与马尾松针叶性状与环境因子的RDA分析

5讨论与总结

5.1海拔高度对黄山松马尾松抗氧化酶活性的影响

5.2海拔高度对黄山松与马尾松叶绿素含量的影响

5.3海拔高度对黄山松马尾松针叶形态结构特征的影响

5.4 海拔梯度对马尾松与黄山松针叶养分含量的影响

5.5海拔梯度对黄山松与马尾松可溶性糖、淀粉、脯氨酸、黄酮的影响

5.6坡向对黄山松与马尾松针叶性状的影响

5.7南北坡交叉区黄山松与马尾松针叶性状种间差异

5.8可塑性指数的讨论

5.9黄山松与马尾松针叶性状与环境因子的关系

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

附录