【摘要】：在當(dāng)前全球氣候變化加劇的背景下,低溫、干旱等極端氣候事件爆發(fā)的頻率和強(qiáng)度都呈增加的趨勢。現(xiàn)代植被分布格局是植被對氣候環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果,探索植物現(xiàn)時分布格局的成因是理解和預(yù)測植物種群在全球變化背景下適應(yīng)和生存潛力的重要基礎(chǔ)和必要前提。在大地理尺度上,低溫被認(rèn)為是植物向北和向高海拔擴(kuò)散的限制因子。因此,從溫度耐性角度來探索植物在緯向區(qū)域的適應(yīng)機(jī)制,預(yù)期結(jié)果不僅能充實和彌補(bǔ)國內(nèi)外對緯向限界研究的缺乏和不足,而且將為理解植物現(xiàn)時緯向限界形成的環(huán)境驅(qū)動機(jī)制和預(yù)測未來氣候變化對植物分布的影響提供理論依據(jù),在全球氣候變化研究中具有重要的學(xué)術(shù)價值和實踐意義。栓皮櫟(Quercus variabilis Blume)是我國天然分布最廣的落葉闊葉樹種之一,跨越中溫帶、暖溫帶、北亞熱帶、中亞熱帶和南亞熱帶多個氣候帶,是研究植物對溫度變化響應(yīng)的理想樹種。本文以栓皮櫟為研究對象,通過南北交互試驗和養(yǎng)分控制實驗,并結(jié)合土壤及氣象因子綜合分析栓皮櫟的溫度耐受能力,探討栓皮櫟的溫度耐受性的緯向差異及其來源。主要研究結(jié)果如下:Ⅰ栓皮櫟幼苗溫度耐性與生長環(huán)境的關(guān)系(1)在南北交互試驗中,種源、環(huán)境對栓皮櫟幼苗耐溫參數(shù)無顯著影響。其中,北方種源幼苗葉片的耐熱性高于南方種源,且南緣幼苗葉片的耐熱性隨緯度的增加呈近增加的趨勢。北緣幼苗葉片耐寒性和耐溫范圍與氣候因子變量的第一主成分呈正相關(guān),耐寒性、耐溫范圍與土壤因子變量的第一主成分呈負(fù)相關(guān);而南緣幼苗葉片耐溫參數(shù)與氣象因子變量、土壤因子變量無顯著相關(guān)性。(2)季節(jié)變化對南緣栓皮櫟幼苗葉片的耐溫參數(shù)影響顯著。不同種源幼苗葉片秋季的耐寒性隨著種源地緯度的增加而呈增加趨勢,而耐熱性和耐溫范圍無顯著趨勢。在秋季,栓皮櫟幼苗葉片的耐溫范圍與氣候因子變量的第二主成分(以最熱月的最高氣溫和最熱季平均氣溫為主導(dǎo))呈負(fù)相關(guān),耐寒性與氣候因子變量的第一主成分呈正相關(guān);耐寒性與土壤因子變量的第一主成分呈負(fù)相關(guān)。夏季栓皮櫟葉片的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)及其組分(可溶性糖、淀粉、NSC及可溶性糖與淀粉的比值)含量顯著大于秋季。無論在夏季還是秋季,葉片NSC含量與種源地緯度均無顯著相關(guān)性,可溶性糖與淀粉的比值隨種源地緯度增加而呈下降趨勢,淀粉含量趨勢相反。栓皮櫟葉片養(yǎng)分含量及其利用效率與種源地緯度均無顯著關(guān)系,各種源葉片氮磷比值夏季高于秋季。冗余分析結(jié)果表明,夏季幼苗耐寒性主要與磷利用效率、可溶性糖和可溶性糖與淀粉的比值呈正相關(guān),與NSC、淀粉負(fù)相關(guān);而耐熱性則與可溶性糖和可溶性糖與淀粉的比值呈反比。秋季幼苗的耐寒性則與氮、磷及NSC呈正相關(guān),與氮利用效率負(fù)相關(guān)。Ⅱ栓皮櫟幼苗溫度耐性的變化趨勢與土壤養(yǎng)分(N、P)的關(guān)系(1)栓皮櫟不同種源的養(yǎng)分吸收與氮磷利用效率對氮磷添加存在顯著差異但地理趨勢不明顯。北方種源(北京平谷)在N、P及其二者復(fù)合添加的情況下均具有較高的氮磷利用效率,中心種源(河南內(nèi)鄉(xiāng))則在處理不同下磷利用效率均處于最低水平,但南方種源(湖南城步)在磷添加的情況下,對磷的利用效率最高。(2)與對照相比,養(yǎng)分(氮、磷或氮磷)添加能明顯增加北方種源(北京平谷和河北臨城)的耐寒性;但氮添加降低了中心種源(河南內(nèi)鄉(xiāng))的耐寒性。同時,養(yǎng)分添加在一定程度上增加了中心3個種源(湖北秭歸、河南內(nèi)鄉(xiāng)和河北臨城)的耐熱性。耐溫范圍與耐寒性相反,表現(xiàn)為養(yǎng)分添加降低了北方種源(北京平谷和河北臨城)而增加中心種源(河南內(nèi)鄉(xiāng))的溫度耐受范圍。(3)偏相關(guān)分析表明,耐寒性與葉片可溶性糖濃度呈顯著正相關(guān);耐熱性與葉片磷呈顯著負(fù)相關(guān),與氮磷比呈正相關(guān);葉片耐溫范圍與葉片化學(xué)物質(zhì)濃度無顯著相關(guān)性。Ⅲ不同地理種源栓皮櫟幼苗生長與物質(zhì)分配的變化趨勢在南緣試驗地(廣東鶴山),(1)栓皮櫟1a生幼苗全株NSC濃度隨種源地緯度增加而呈上升趨勢,且該趨勢以葉片NSC濃度(特別是可溶性糖濃度)所主導(dǎo);不同器官間,葉片可溶性糖和根系淀粉濃度均隨種源地緯度增加而增加,而根系可溶性糖濃度則相反;莖NSC及其組分無明顯地理趨勢。2a幼苗全株NSC濃度與種源地緯度不存在顯著相關(guān)性,可溶性糖濃度和可溶性糖與淀粉的比值與緯度近似負(fù)相關(guān);不同器官間,僅莖NSC濃度隨著種源地緯度增加而下降,根系和葉片的淀粉濃度隨著種源地緯度增加呈上升趨勢,而可溶性糖與淀粉的比值趨勢相反。(2)在養(yǎng)分方面,1a幼苗不同器官N濃度及葉片P濃度均隨種源地緯度的增加而增加,葉片氮磷比則隨種源地緯度增加而顯著下降;除葉片外,不同器官的N利用效率和P利用效率均隨種源地緯度的增加而呈現(xiàn)微弱下降趨勢。2a生幼苗不同器官的氮、磷含量與緯度無顯著相關(guān)性;氮、磷利用效率方面,僅莖氮利用效率隨著種源地緯度增加呈下降趨勢,根系和葉片無顯著趨勢。(3)栓皮櫟幼苗(1a、2a)生長速率存在一定趨勢,表現(xiàn)為相對生長速率隨種源地緯度增加而呈顯著下降趨勢。綜上所述,初步認(rèn)為:(1)不同地理種源栓皮櫟幼苗葉片的溫度耐性受種源地環(huán)境影響并表現(xiàn)出較弱的緯度趨勢,北方種源耐熱性高于南方種源。(2)不同地理種源栓皮櫟對養(yǎng)分利用程度及其效率與種源地土壤環(huán)境條件有關(guān),表現(xiàn)出一定的局域適應(yīng)特征,從而增加了溫度耐性對養(yǎng)分響應(yīng)的復(fù)雜程度。(3)不同地理種源不同年齡的栓皮櫟幼苗在物質(zhì)分配存在變異,但生長速率存在一定地理趨勢,表現(xiàn)為相對生長速率隨種源地緯度增加而呈顯著下降趨勢。
文內(nèi)圖片：
圖片說明：技術(shù)路線圖
文內(nèi)圖片：
圖片說明：栓皮櫟種源地位置及交互試驗位置分布圖
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S792.18

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2512758