不同植物物种在不同密度条件下的正、负相互作用及其物质能量代谢

摘要

植物体的密度依赖(Density dependence)一直是生态学研究的焦点之一。植物密度依赖效应的实质是植物相邻个体之间的正、负相互作用，且已有研究表明正负相互作用随环境胁迫强度的增加将发生转变。然而，在良好环境条件下，植物种内相邻个体之间正负相互作用是否随个体生长或密度增加也发生动态转变尚属未知。而且，最近学者们基于代谢生态理论提出了植物物质能量分配等一系列具有普适性的异速生长规律模型。对这些模型的检验主要集中于植物某一生长阶段比如幼苗期或成熟期的自然植物群落数据，而在不同种群密度或竞争强度条件下植物从幼苗到生长成熟的动态过程中是否也遵循同样的异速生长规律？这些异速生长关系与植物邻体间正负相互作用关系是否存在某种内在必然联系仍不得而知。
　　为了探究上述科学问题，本研究选取大豆、小麦和玉米3种作物分别进行了15个不同种植密度梯度的密度效应实验。从出苗至成熟期，分别对株高、基茎、冠幅、各组织器官生物量及种群密度进行连续5次跟踪测定，并对相对相互作用强度(RII)指标进行计算。结果表明：1）作物幼苗期，中等密度种群的植株间呈现出正相互作用现象，促进植物个体的生长；2）作物成熟期，植株之间由正相互作用转变为净竞争作用，且竞争强度随密度增加而增加，甚至发生自疏现象；3）随种群密度变化，作物基茎与株高之间的异速生长指数并不存在恒定值：大豆个体基茎随株高降低而增粗，而小麦和玉米的基茎随株高升高而增粗；4）对经对数转换后的作物平均个体生物量与密度作图，两者的异速生长指数或斜率从幼苗期的水平直线（斜率约为0）逐渐转变为成熟期的斜线（斜率约为-3/4）；5）作物的叶等非繁殖器官与个体地上生物量之间的生长关系则由幼苗期的等速生长（指数约为1）转变为成熟期的异速生长（指数在3/4与1之间），而成熟期植株对繁殖生物量的分配比重远大于其他各组织器官，异速生长指数在1到3/2之间；6）三种作物各自在正、负相互作用条件下的异速生长具有微弱差异，且变化规律一致：茎生物量与个体地上生物量之间的异速生长指数在正相互作用下高于在负相互作用下，而叶生物量与地上生物量的异速生长指数在正相互作用条件下低于在负相互作用条件下，并且叶与叶柄具有相同的变化规律。
　　本研究为植物相邻个体间正负相互作用转变机制的探索提供了一定的实验基础，同时也进一步验证了生态学中的阿利效应和胁迫梯度假说，为完善代谢生态理论提供了一定的参考，并为合理进行农业生产实践提供了科学依据。

目录

声明

第一章 相关研究综述和科学问题的提出

1.1 植物间相互作用概述

1.2 植物间负相互作用概述

1.3 植物间正相互作用概述

1.4 代谢理论概述

1.5 小结与科学问题的提出

第二章 材料与方法

2.1 实验材料与实验设计

2.2 实验仪器与测量方法

2.3 数据处理

第三章 实验结果

3.1 不同植物物种正负相互作用随生长和种群密度增加的动态变化

3.2 不同物种种群植株的株高、基茎、个体生物量及密度间的异速生长

3.3 三种作物不同种群密度和不同生长期的异速生长规律

3.4 同时期正、负相互作用条件个体异速生长关系的差异

第四章 讨论与结论

4.1 作物种内个体间正、负相互作用的时空动态分析

4.2 作物基茎和株高、平均个体生物量和密度之间的异速关系

4.3 作物不同生长阶段的异速生长关系分析

4.4 植物个体间分别为正、负相互作用时的异速生长关系对比分析

4.5 研究结论与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢