本文關(guān)鍵詞：人工模擬條件下木荷苗木覓取光養(yǎng)塑性行為及其種源差異　出處：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：木荷(Schima superba)為我國亞熱帶常綠闊葉林的主要建群種,廣泛分布于南方各省區(qū),具有速生、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),是南方重要的珍貴闊葉用材造林樹種及當(dāng)家的生物防火和生態(tài)防護(hù)樹種。木荷是與松、杉混交的理想造林樹種,生長競爭優(yōu)勢明顯,混交增產(chǎn)效果顯著,這可歸因于其在異質(zhì)資源環(huán)境中具有較強(qiáng)的覓取光養(yǎng)塑性能力。然而有關(guān)木荷覓取光養(yǎng)塑性行為和能力與競爭優(yōu)勢形成的關(guān)系,以及木荷不同基因型覓取光養(yǎng)塑性與其生長差異的關(guān)聯(lián)性知之甚少。鑒于此,本研究選取不同產(chǎn)區(qū)的3個(gè)代表性木荷種源為試驗(yàn)材料,設(shè)置異質(zhì)和同質(zhì)的養(yǎng)分環(huán)境,以及100%、50%和25%的自然光照水平的析因設(shè)計(jì),開展盆栽試驗(yàn),同時(shí)在每個(gè)處理下,以木荷和杉木兩株混植、木荷雙株純植方式以模擬種間和種內(nèi)競爭,并以木荷單植作為對照,以研究不同養(yǎng)分和光照環(huán)境條件下木荷覓取光養(yǎng)的塑性行為及與杉木的差異,揭示木荷生長競爭優(yōu)勢形成的塑性機(jī)制,詮釋木荷混交增產(chǎn)和純林穩(wěn)定的可能原因。比較不同木荷種源對不同光養(yǎng)環(huán)境和鄰株競爭的生長反應(yīng)差異,系統(tǒng)分析與優(yōu)勢種源生長表現(xiàn)相關(guān)的塑性行為,闡釋木荷覓取光養(yǎng)塑性行為與遺傳背景的關(guān)系,以期為培育能有效覓取光養(yǎng)的強(qiáng)生長優(yōu)勢木荷新品種,實(shí)施高效的人工林培育和經(jīng)營提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。主要研究結(jié)果如下:1.木荷覓取光養(yǎng)塑性行為及與杉木的種間差異不管是在同質(zhì)和異質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境下,木荷和杉木的生長反應(yīng)差異顯著。木荷在異質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境下的苗高生長量大,干物質(zhì)積累量多,根系發(fā)達(dá),而杉木則在同質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境中生長表現(xiàn)較好。在不同光照條件下,兩樹種的生長量均以全光照下最高,表明兩樹種都較為喜光。比較分析表明,在全光照和異質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境下,木荷與杉木混植顯著促進(jìn)了兩樹種的生長,但木荷的生長優(yōu)勢更大。其原因是混植時(shí)木荷總根長度和根表面積較單植顯著增加,且根系在富養(yǎng)層大量增生,從而增加了其對土壤中氮、磷元素的有效吸收。相反,杉木的根系主要分布于土壤養(yǎng)分較為貧瘠的深層和底層中,所獲養(yǎng)分量較少,其氮、磷吸收效率也因此顯著低于木荷,從而降低了其生長勢。與混植處理結(jié)果不同,木荷雙株純植時(shí)其根系生長量顯著減少,且在不同介質(zhì)層中呈均勻和錯(cuò)位分布。分析認(rèn)為,木荷與杉木根系生態(tài)位分離方式降低了兩樹種地下競爭激烈的程度,這可能是其混交林增產(chǎn)的一個(gè)主要原因;而純植栽培時(shí),可能由于根系親緣識別效應(yīng),表現(xiàn)為相互躲避生長,緩解了對有限養(yǎng)分資源的競爭壓力,使得木荷純林穩(wěn)定性提高。木荷還具有一定的耐蔭能力,當(dāng)光照降低時(shí),木荷的光飽和點(diǎn)和最大凈光合速率顯著降低,利用弱光能力增強(qiáng)。另外,木荷的生物量分配塑性也較高,遮陽或與杉木混植時(shí),木荷的根冠比顯著降低,加大了對地上部分干物質(zhì)的投入,促進(jìn)了木荷對光資源的獲取,進(jìn)而獲得更大的碳收益,積累更高的干物質(zhì)量。研究還發(fā)現(xiàn),木荷的形態(tài)和整體表型可塑性顯著地高于杉木,而養(yǎng)分生理可塑性與之相當(dāng)。因而,在不同土壤養(yǎng)分和光照的覓取方面,木荷都占據(jù)了明顯的優(yōu)勢,共同促成了木荷生長優(yōu)勢的形成。2.不同光養(yǎng)環(huán)境下木荷種源生長對鄰株競爭的感知差異重點(diǎn)針對異質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境,研究比較了福建建甌、江西信豐和浙江龍泉3個(gè)代表性產(chǎn)區(qū)木荷種源在不同光環(huán)境下其生長對鄰株競爭的感知差異,發(fā)現(xiàn)不同種源生長響應(yīng)鄰株競爭的差異較大。混植顯著促進(jìn)了木荷中心產(chǎn)區(qū)的福建建甌種源苗高生長和干物質(zhì)積累,而江西信豐種源與其相反,浙江龍泉種源則變化較小,這與福建建甌種源根冠比低,將更多的生物量投入到地上部分的光合器官中以獲得更多的碳收益有關(guān);相比之下,浙江龍泉和江西信豐種源則加大對地下部分的投入。然而,同種鄰株競爭則使得木荷福建建甌種源的根系干物質(zhì)量明顯減小,養(yǎng)分獲取能力降低,結(jié)果苗高生長和全株干物質(zhì)積累量顯著減小。另外兩種源的生長指標(biāo)雖有所增加,但仍遠(yuǎn)低于福建建甌種源。遮陽處理后,3個(gè)種源的干物質(zhì)量均有所降低,其中福建建甌種源降幅最大,在50%和25%自然光下全株干物質(zhì)量分別下降了46.4%和76.3%,說明福建建甌種源對光照更敏感。不過其葉生物量是另外兩種源的1.3~3.5倍,比葉面積較大,意味著其全株總?cè)~面積較大,光捕獲能力仍強(qiáng)于浙江龍泉和江西信豐種源,致使其干物質(zhì)量在3種源中最大。以上結(jié)果意味著福建建甌種源具有較高的生物量分配塑性可能是其生長優(yōu)勢形成的主要原因之一。3.不同光養(yǎng)環(huán)境下木荷種源根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收對鄰株競爭感知差異對上述試驗(yàn)處理中木荷種源根系形態(tài)、空間構(gòu)型和氮磷效率的進(jìn)一步研究表明,不同木荷種源根系發(fā)育和養(yǎng)分吸收對鄰株競爭感知差異極為顯著。無論混植還是純植,福建建甌種源的根長、根表面積及氮、磷吸收效率等均高于浙江龍泉和江西信豐種源的數(shù)倍,尤以混植時(shí)相差最大。究其原因,混植時(shí)福建建甌種源根系不僅在富養(yǎng)表層土壤中分布量和比例的顯著增加,而且在貧養(yǎng)土層中也有補(bǔ)償性增生,其根系覓養(yǎng)精確性和廣布性大,導(dǎo)致其總根長和根表面積顯著增長,從而增加了對土壤中氮和磷素的吸收效率;而浙江龍泉和江西信豐種源受到杉木競爭的影響,其根系發(fā)育受到抑制,氮磷吸收效率也隨之減小。純植時(shí),3個(gè)種源的根系參數(shù)均有所降低,氮磷效率變化各異,但根系參數(shù)和氮磷效率均以福建建甌種源最高,這與其具有最高的干物質(zhì)積累量是一致的。在遮陽處理下,3個(gè)木荷種源無論是總的還是各介質(zhì)層的根系參數(shù)均顯著減小,但這卻未改變福建建甌種源根系的覓養(yǎng)優(yōu)勢,其根系長度和根表面積明顯地高于浙江龍泉和江西信豐種源,其氮、磷吸收效率也最高。上述結(jié)果都說明,不同光養(yǎng)環(huán)境下福建建甌種源可通過根系形態(tài)和空間構(gòu)型變化,以及自身遺傳特性在養(yǎng)分的獲取和吸收方面獲得明顯的優(yōu)勢。4.不同光環(huán)境下木荷種源光合特性對鄰株競爭的感知差異通過比較分析發(fā)現(xiàn),光照條件顯著影響了福建建甌、浙江龍泉和江西信豐種源的光合特性。在全光照條件下,較之浙江龍泉和江西信豐種源,福建建甌種源具有葉綠素及葉片氮、磷含量高、最大凈光合速率和Fv/Fm大等特點(diǎn),其光合能力和干物質(zhì)生產(chǎn)力強(qiáng)。在遮陽條件下,福建建甌種源光飽和點(diǎn)、補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率等顯著降低,且明顯地低于浙江龍泉和江西信豐兩種源,能進(jìn)一步提高其利用弱光或低光的能力,這意味著福建建甌種源不僅能很好地利用高光強(qiáng),更大程度地促進(jìn)自身的生長,而且對低光有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,光照生態(tài)幅較寬,具有較好的光適應(yīng)性和可塑性,生長優(yōu)勢顯著。5.木荷種源生長對光養(yǎng)互作的感知差異以3個(gè)種源為供試材料,研究了光照、養(yǎng)分環(huán)境及其互作對木荷種源主要生長性狀的影響,著重分析了混植時(shí)木荷種源生長表現(xiàn)。結(jié)果表明:木荷種源效應(yīng)顯著,種源×光照互作對根冠比外的其它生長和養(yǎng)分效率等性狀均有顯著的影響,種源×養(yǎng)分環(huán)境互作顯著影響了木荷全株干物量和磷吸收效率,而種源×養(yǎng)分環(huán)境×光照互作效應(yīng)對所有性狀的影響未達(dá)到顯著水平,這表明光照是影響木荷種源生長的主要外部因素,光養(yǎng)的互作效應(yīng)不影響種源的相對表現(xiàn)差異。與江西信豐和浙江龍泉種源相比,福建建甌種源對環(huán)境因子影響更為敏感,全光照下各項(xiàng)指標(biāo)均顯著高于另外兩種源,而隨著光照強(qiáng)度的降低,其生長也隨之減小。福建建甌種源干物質(zhì)量在異質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境中最大,而在同質(zhì)養(yǎng)分環(huán)境明顯降低。根據(jù)研究結(jié)果,建議在光養(yǎng)條件好的立地,可優(yōu)先選用生勢強(qiáng)、遺傳穩(wěn)定性較高的種源營建混交林,而在林下套種或土壤較貧瘠的立地造林時(shí),宜選用生長一般但遺傳穩(wěn)定性高種源以充分利用潛在的種源與環(huán)境因子互作,提高木荷林分的生產(chǎn)效益。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S792.99

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本文編號：1331547