植物地下和地上密度调控的差异随湿润度梯度变化的定量规律研究

摘要

植被密度调控规律在生态学理论研究和植被修复实践中具有相当重要的作用，遗憾的是，直至目前，在密度调控指数的取值问题上仍存在不少争论，该值究竟是Yoda et a1．(1963)提出的-3/2还是Enquist et a1．(1998)主张的-4/3?或者是其他的？又或者并非固定不变的？种种疑惑，尚未解开。近来不断有研究表明，密度调控指数随着各种生物/非生物因子的改变而改变。此外，虽然根系对植被的密度调节具有不可或缺的作用，但迄今为止植物地下生物量一密度关系较少受到关注；根生物量的估测难度大，目前还没有标准的方法。
　　 本论文侧重从植物地下部分的角度，通过文献数据分析、野外调查、受控实验以及模型分析等对干旱度梯度下植物生物量一密度关系如何变化进行规律性和机理性研究。本研究拟解决以下问题：1）寻求更佳的根生物量的估测方法；2）根系的侧向分布如何影响植物的地上生物量一密度关系？3）植物群体如何通过根冠整合来调节其地上生物量．密度关系的比例指数？4）植物的地下和地上生物量一密度关系有何差异？何为该差异的成因？5）相邻植株的相互作用强度如何随着水分梯度而变化？主要研究结果如下：
　　 1．温带/北方森林的根冠比高于热带/亚热带森林，而其地下生物量密度低于前者：阔叶林的根冠比和地下生物量密度都高于针叶林；常绿林的根冠比低于落叶林，而其地下生物量密度则高于后者。拟合出了6个方程，将其分类应用有望能提高乔木根生物量估测的准确度。
　　 2．根幅和冠幅直径比率随干旱梯度显著变化。瓜州、嘉峪关和张掖的根幅和冠幅直径比率之间存在显著差异[平均值分别为9.41(±0.99)、4.20(±0.31)和2.67(±0.33)】，这种差异导致了三地之间根竞争强度的差异。由于干旱环境中植物邻体间的相互作用以地下竞争为主，而竞争是促使自疏产生的原动力，那么以上根幅和冠幅直径比率之间的差异导致了地上生物量一密度关系随干旱度改变而改变。
　　 3．根冠比可能是驱动植物密度调控指数沿湿润度梯度变化的重要原因之一。通过对自然干旱梯度下的九个样地（千岛湖、天目山、登封、兰州、白银、景泰、张掖、嘉峪关和瓜州）进行实地调查，发现了植物群体的地上生物量．密度比例指数随根冠比变化而变化，说明植物群体可经由根冠整合调节其地上密度。在天目山、登封以及瓜州三地中，地上和地下生物量-密度关系的比例指数随干旱度变化而变化，但整体上地下生物量-密度关系相对于地上来说具有较小的变化幅度。
　　 4．室内根冠分隔实验发现，随着水分供给量的减少，植物地上部分的相对相互作用强度（RII）呈下降趋势，地下部分的RII呈上升趋势，而整体的RII则几乎保持不变，这种趋势在考虑分隔材料本身对植物生长的抑制作用前后保持不变。此外，根竞争和冠竞争的结合会产生负效应，即结合产生的竞争强度小于单纯根竞争和单纯冠竞争两者竞争强度之和，这种负效应在三种水分处理中都存在。

目录

文摘

英文文摘

资助

第一章 绪论

1.1 研究现状与趋势

1.1.1 背景

1.1.2 生物量．密度关系指数可变性的研究进展

1.2 从地下部分的角度探讨生物量。密度关系的相关研究

1.2.1 地下生物量的估测方法

1.2.2 地下生物量．密度关系的研究进展

1.3 物种差异影响生物量-密度关系比例指数的研究进展

1.4 植物相邻植株间相互作用随生产力变化的研究进展

1.5 本课题拟解决的科学问题

1.6 研究目的和意义

第二章 乔木地下生物量的估测

2.1 不同类型森林地下生物量的估测

2.1.1 研究材料与方法

2.1.2 结果

2.1.3 讨论

2.2 本章小结

第三章 干旱度梯度下植物群体地上和地下生物量-密度关系的差异

3.1 干旱度梯度下植物根幅和冠幅直径之间的差异导致地上生物量-密度关系出现不同比例指数的研究

3.1.1 研究方法

3.1.2 结果

3.1.3 讨论

3.2 干旱度梯度下根冠整合促使地上生物量，密度关系改变的研究

3.2.1 研究方法

3.2.2 结果

3.2.3 讨论

3.3 干旱度梯度下根冠比的变化诱导植物群体地上和地下生物量．密度关系产生差异的研究

3.3.1 研究方法

3.3.2 结果

3.3.3 讨论

3.4 本章小结

第四章 水分梯度下邻体效应变化规律的研究

4.1 水分梯度下根冠整合对相邻植株相互作用的影响

4.1.1 材料与方法

4.1.2 结果

4.1.3 讨论

4.2 本章小结

参考文献

附录一 罗天祥数据库(1996)所引用文献

附录二 攻读博士学位期间发表或投稿的文章

致谢