探究泰山木本植物功能性状间的关系及对环境因子的响应

摘要

植物性状反映了植物对生长环境的响应，将环境因子、植物个体、生态群落和生态系统结构、过程与功能联系起来，研究植物功能性状之间的相互关系以及对环境因子的响应将有助于加深了解植物在生活过程中与环境间的协调发展，以及与群落或生态系统的关系，从而以小尺度（植物功能性状）的变化来反演大尺度（群落或生态系统）的变化。于2012年八月，在泰山上沿着海拔梯度选择8个样地，采集样品733份，利用Pearson相关分析和线性回归分析，探究泰山木本植物功能性状之间的关系以及对环境因子的响应。
　　研究发现，叶片磷含量明显低于其他地区，而叶片氮磷比与叶片磷含量的相关性明显高于叶片氮含量，根氮磷比与根磷含量的相关性也明显高于根氮含量，表明磷元素对N∶P的影响更大，因此，泰山地区植被的生长发育更多的受到磷的限制，在泰山森林生态系统恢复的过程中适当的添加磷元素有助于加快恢复速度。在本研究中，木材密度与树高胸径比具有显著的正相关，是植物为适应环境做出的调整，植物适应策略的一种体现。树皮厚度与根、叶磷含量都是正相关，都与磷元素有关，因此可以判断磷元素对树皮的合成有重要的影响，在林业生产中对于某些树皮价值很高的树种，可以适当的增加磷元素来增加树皮的产量，从而提高经济效益。
　　不仅同一器官内的功能性状（如:叶氮含量与叶磷含量、比叶重与叶片干物质含量、根氮含量与根磷含量等都具有正相关，SPAD值与叶片干物质含量负相关）具有显著的相关性而且不同器官之间的功能性状（根氮含量与叶氮含量、根磷含量与叶磷含量、树皮厚度与叶磷含量等是正相关，比叶重与根氮含量、树高胸径比与根氮含量等负相关）也密切相关，这些功能性状之间具有显著的相关性主要是植物适应多变环境的需要，也是植物生存策略的一种体现。
　　研究发现，根、叶氮含量与土壤氮含量以及根、叶磷含量与土壤磷含量都是显著的正相关关系，这表明植物体内的氮磷元素含量会随着土壤中的氮磷元素含量的增加而增大，验证了植物元素含量与外界环境元素含量的共变性这一结论。根、叶氮含量与土壤磷含量以及根、叶磷含量与土壤氮含量都具有显著的正相关，表明土壤中某一元素增加时，不仅植物会增加对该元素的吸收还会促进对另一元素的吸收，体现了植物体内不同元素之间的协同性。
　　叶片氮磷含量、根磷含量、树皮厚度等功能性状随着海拔的升高而增大，而木材密度、叶片干物质含量等功能性状随海拔的上升而减小，这些功能性状的组合变化使得植物更好地适应高海拔环境，植物利用功能性状的组合变化来适应多变的环境。随着坡度的增大，比叶重和叶柄/叶片都增大，而叶片氮磷含量、SPAD值、根氮磷含量、树皮厚度以及树高胸径比都随坡度的增加而变小，植物正是通过这些性状的调整，使自身达到最优化状态，适应高坡度的生存环境。当坡向趋于正南方向时，植物根、叶氮磷比以及木材密度等会逐步增大，而叶氮磷含量、SPAD值、比叶重以及根磷含量会随之减小，这是植物对外界环境的适应策略。根、叶磷含量与海拔正相关，与坡向负相关。海拔和坡向的改变都会引起温度的变化，进而影响植物，因此推断温度影响植物对磷元素的吸收，在低温环境下植物具有较高的磷含量。
　　研究功能性状之间关联有助于理解植物各性状之间相互作用的机制，假如知道植物性状之间的确切相关性，就可以通过测量某一性状的变化来估测其他性状的变化规律。探究功能性状对环境因子的响应，将有助于理解植物在不同环境中如何合理地分配和利用资源，也有助于建立更加完善的生态系统机制模型，进而预测环境变化对泰山森林生态系统结构和功能的影响，有效地对泰山森林生态系统进行保护。