青藏高原东部高寒湿地逆向演替序列上植物物种对土壤水分变化响应的研究

摘要

水分是陆地生态系统中最重要的环境限制因子，植物的生长和分布都要受到土壤水分状况的影响。植物功能性状对不同环境资源状况（例如水分条件）的可塑性响应是植物适应多变环境的一个重要机制。青藏高原作为受气候变化影响最严重的地区之一，其降水格局受气候变化影响预计在未来可能会出现剧烈的波动，因此水分条件的变化将成为该地区影响植物生长、生存和分布的非常重要的一个环境因子，而这对正在经历干旱化的高寒湿地及其逆向演替序列上的植物群落物种的影响尤其严重。因此关于高寒湿地及其逆向演替序列上植物群落和组成物种对环境水分变化的响应机制和适应性特征的研究具有十分重要的理论和实践意义。
　　以水分处理为主线，本研究通过对演替序列上季节性湿地、沼泽化草甸两种草地群落成熟个体功能性状和演替序列上52个常见植物种幼苗生长和种子萌发特性对水分变化的响应，得出如下主要结论：
　　1）青藏高原东缘高寒湿地逆向演替序列上植物物种对土壤水分变化的响应具有显著的物种特异性和生境特异性。不同的土壤水分状况影响着从种子萌发到叶片形态和光合生理性状，以及植株个体大小和生产力等不同层次的植物生长表现特征；而演替序列上不同草地类型植物群落中的物种对水分变化的响应也不尽相同。
　　2）在生长季中具有较高水分波动的季节性湿地植物群落中，优势物种通过降低叶片形态性状的表型可塑性和提高其叶片生理性状的表型可塑性来实现其在群落中的优势度。因此推断植物通过形态生理性状的可塑性调节来适应快速改变的环境的能力可能是植物适应未来环境变化的一个重要的调节方式。植物物种在生理性状上的表型可塑性能够提高其在具有高的季节性降雨变化的生态系统中的生长表现；而与之相反，在相同的环境条件下，较高的形态性状的表型可塑性则可能会对其生长生存具有不利的影响。
　　3）处在演替序列中湿地和草甸中间阶段的高寒沼泽化草甸中，其群落物种组成既具有典型高寒湿地的特点，同时也具有典型高寒草甸的特点，主要组分物种对水分变化的响应具有明显的生境特异性，起始于不同生境的物种对不同的水分处理响应很不一致。其群落组分物种一部分在水分充足的环境下表现出显著高于相对干旱环境下的生长表现，而另外一部分物种则在相对干旱环境下具有较高的生长能力。因此可以推断其植物群落的物种组成对土壤水分条件的变化非常敏感，群落组成很不稳定，降水格局的轻微改变足以对其群落组成和结构产生根本性的影响。
　　4）对来自演替序列上植物群落常见的52个物种幼苗对不同水分处理响应的研究显示，水分变化显著地影响着这些物种幼苗根长、叶片大小、比叶面积及根冠比等不同层次功能性状，进而影响到其最终的生长和生物量生产。不同物种幼苗对水分变化的响应具有显著的物种间差异，且受到其主要分布生境水分条件的影响。因此高寒草地植物群落对水分变化的响应将在很大程度上依赖于其物种组成，不同物种组成的群落对水分变化的响应可能会很不一致。在草地保护和恢复过程中需要考虑到这一差异。对幼苗功能性状的表型可塑性和平均值对其生长预测能力的分析表明，这些常见植物物种幼苗的表型可塑性指标整体较低，并且表型可塑性指标与其生长能力之间没有显著的相关关系；而其平均功能性状值与其中生物量之间在总体和处理水平下均具有显著的相关关系，因此平均功能性状可能是预测这些植物物种幼苗生长表现更好的预测指标。
　　5）对演替序列上常见物种萌发对水分变化响应的研究显示，水分显著地影响着这些物种种子的萌发率，而萌发时间则不受水分变化的影响，根据以往对该地区种子萌发研究的文献报道，决定种子萌发时间的主要因素可能是其系统发育水平以及温度和光照等环境因子。另外种子母本植株在演替序列上所处的生境也对种子的萌发能力和萌发格局具有一定的影响。因此在通过播散种子，补种等策略进行保护和恢复的过程中，还需要考虑到不同物种种子萌发能力对水分的响应特点，以及不同物种系统发育水平对其萌发的影响，以期能够最大限度地实现种群更新和补充。

目录

声明

第一章 前言

1.1水分对植物的影响

1.2 植物对环境变化的可塑性响应及其研究进展

1.3 青藏高原东缘高寒湿及其逆向演替序列

1.4 本文研究的意义和科学问题

第二章 季节性沼泽群落组分物种对水分变化的可塑性响应

2.1 引言

2.2 材料和方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论和结论

第三章 沼泽化草甸群落组分种对水分变化的生境特异性响应

3.1 引言

3.2 材料和方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论和结论

第四章 高寒草甸常见植物种幼苗对水分变化的物种特异性响应

4.1 引言

4.2 材料和方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论和结论

第五章 不同水分条件对高寒草甸植物种子萌发的影响

5.1引言

5.2 材料和方法

5.3 结果与分析

5.4 讨论和结论

第六章 结论及展望

6.1 主要结果和结论

6.2 展望

参考文献

附表

在学期间发表的论文

致谢