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東北溫帶森林10種樹種葉—莖—根水力和經(jīng)濟性狀耦聯(lián)關(guān)系研究

發(fā)布時間：2020-04-30 21:39

【摘要】：探索植物水力與經(jīng)濟性狀的協(xié)調(diào)關(guān)系,對建立植物碳-水耦合模型、揭示植物水-碳投資機理、擴展植物性狀型譜等均有重要意義。本研究選擇了東北溫帶森林生態(tài)系統(tǒng)中不同系統(tǒng)發(fā)育類型(被子植物和裸子植物)的10個主要樹種[白樺(Betulaplatyhlla)、山楊(Populus davidiana)、紫椴(Tiliaamurensis)、水曲柳(Fraxinus mandshurica))、蒙古棟(Quercusmongolica)、胡桃楸(Juglans mandshurica)、紅松(Pinus korai)、si(P、云杉(Picea koraiensis)、樟子松(Pinus sylvestris var.Mongolica)、落葉松(Larix gmelinii)]為研究對象,通過調(diào)查葉、莖、根三個器官的水力、光合、養(yǎng)分、結(jié)構(gòu)及資源利用性狀,探索整株植物葉-莖-根水力性狀與經(jīng)濟性狀耦聯(lián)關(guān)系。主要研究結(jié)果如下:(1)被子植物和裸子植物之間葉水力性狀(TLP、π0、Kleaf area和P501eaf)差異均不顯著(P0.05;Kleaf_mass除外)。被子植物和裸子植物莖水力性狀(Kss、KSL、P50stem和HV)和根水力性狀(Kroot和P50root)均差異顯著(P0.05),且被子植物均顯著高于裸子植物(HV除外)。葉導(dǎo)水率(Kleaf mass)與葉木質(zhì)部栓塞阻力(P501eaf)、莖導(dǎo)水率(Kss)與莖木質(zhì)部栓塞阻力(P50stem)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P0.05),而根導(dǎo)水率(Kroot)與根木質(zhì)部栓塞阻力(P50root)之間關(guān)系不顯著,表明葉和莖兩個器官存在“水力效率-水力安全”的權(quán)衡,而根不存在這種權(quán)衡機制�；谌~面積和葉質(zhì)量的葉導(dǎo)水率(Kleafarea和Kleaf mass)均與失膨點葉水勢(TLP)或飽和含水時的葉滲透勢(π0)呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P0.05)。葉、莖、根三個器官之間:Kleaf area與Kroot呈顯著線性正相關(guān)關(guān)系(= 0.01);而Kleaf area與Kss、Kss與Kroot均無顯著相關(guān)關(guān)系。葉、莖、根三個器官之間木質(zhì)部栓塞脆弱性均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.05),且根的栓塞脆弱性高于葉和莖。其中,裸子植物樹種葉栓塞脆弱性高于莖的栓塞脆弱性;而被子植物樹種葉與莖栓塞脆弱性相近,甚至莖的栓塞脆弱性高于葉栓塞脆弱性,表明本研究地區(qū)裸子植物樹種存在脆弱性分割機制,而被子植物樹種則不存在脆弱性分割機制。(2)被子植物和裸子植物之間葉經(jīng)濟性狀差異顯著(0.05),被子植物的光合速率(Amass)、葉氮濃度(Nmass)、比葉面積(SLA)、光合資源利用效率(WUEi、PNUE和PPUE)均顯著高于裸子植物。被子植物和裸子植物之間莖密度(TD)和根密度(RD)差異均不顯著。Amass與Nm。ss和SLA呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P0.05)。Nmass與SLA正相關(guān),與葉密度(LD)和葉干物質(zhì)含量(LDMC)負(fù)相關(guān)(P0.01)。盡管TD與RD顯著正相關(guān)(P = 0.005),但TD和RD與葉主要經(jīng)濟性狀之間均無顯著相關(guān)關(guān)系。(3)葉水力導(dǎo)度(Kleafma_s)與葉光合(Amass)、比葉面積(SLA)、葉氮濃度(Nmass)及資源利用效率(WUEi和PNUE)顯著正相關(guān)(p0.05),這些發(fā)現(xiàn)說明葉水力性狀與葉經(jīng)濟性狀的協(xié)調(diào)。莖導(dǎo)水率(Kss)和根栓塞脆弱性(P50root)也與葉經(jīng)濟性狀密切相關(guān),說明葉水力性狀與經(jīng)濟性狀之間的耦聯(lián)關(guān)系可擴展到莖和根器官上。主成分分析分析進一步揭示了 10個樹種葉、莖、根三個器官水力性狀和經(jīng)濟性狀之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。Kleaf_mass,Kss,Amass,Nmass,SLA和光合資源利用效率(WUEi、PNUE)在PCA軸1上有較強的正荷載,而LD,葉碳氮比(C/N),胡伯爾值(HV)和栓塞脆弱性(P501eaf、P50stem和P50root)在軸1上呈現(xiàn)負(fù)荷載。根導(dǎo)水率(Kroot)在PCA軸2上呈現(xiàn)正荷載,木材密度(TD和RD)在軸2上呈現(xiàn)負(fù)荷載。10種樹種沿著PCA軸1分布。PCA的分析結(jié)果對植物經(jīng)濟型譜中物種的“快-慢”對策提供了支持,“快對策”物種趨向于有較高的光合速率,葉和莖導(dǎo)水率,光合資源利用效率,但面臨較高的木質(zhì)部栓塞風(fēng)險;“慢對策”物種具有相反的特性。這些發(fā)現(xiàn)表明植物的水力,經(jīng)濟,光合資源利用性狀共同決定物種生態(tài)對策。此外,木材經(jīng)濟性狀(TD和RD)與葉、莖和根性狀正交,進一步說明木材經(jīng)濟特性與葉特性解耦。本文利用常規(guī)方法首次系統(tǒng)地研究了我國東北溫帶森林不同發(fā)育類型(被子植物和裸子植物)的10個主要樹種的葉、莖、根水力性狀和經(jīng)濟性狀的變異性及兩者之間耦聯(lián)關(guān)系。本研究不僅拓展了我國溫帶森林共存樹種生態(tài)對策的理論研究,也為建立植物葉-莖-根水力輸導(dǎo)系統(tǒng)的碳-氮-水資源的整株經(jīng)濟型譜提供了依據(jù)。這將有助于揭示植物功能結(jié)構(gòu)耦合、高效固碳用水的生理生態(tài)學(xué)機制。
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