呼伦贝尔草原植物叶片大小与数量的权衡关系及其内在机制

叶片大小与数量的权衡关系是植物生长策略的基础,研究叶片大小与数量权衡关系的内在机制对于深刻理解植物生长策略具有重要意义.本研究以单个叶片干重表示叶大小,以单位茎上的叶片数量表示出叶强度,采用标准主轴回归分析方法研究呼伦贝尔草原植物叶片大小与数量的权衡关系以及内在机制.结果表明:陈旗嵯岗(典型草原)和陈旗八一(草甸草原)...     

清凉峰不同海拔木本植物小枝内叶大小-数量权衡关系

权衡关系是生活史对策理论的基础, 叶大小-数量的权衡关系对理解叶大小进化具有重要的意义。该研究以单叶面积和单叶片干重表示叶大小, 用小枝干重和小枝茎干重表示小枝大小, 采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation, SMA)和系统独立比较分析(phylogenetically independent contrast analysis, PIC)的方法, 对浙江省清凉峰自然保护区3个不同海拔落叶阔叶木本植物当年生小枝内的叶大小与数量间的关系进行研究。结果显示, 无论叶大小和小枝大小是用面积或干重表示, 在每个海拔, 叶大小与出叶强度均存在显著的等速负相关关系, 表明在落叶阔叶木本植物中发现的叶大小与出叶强度之间的权衡关系在不同生境物种中是普遍存在的, 植物在叶大小方面的种间变化, 可能不是自然选择的直接产物, 而是叶片数量变化权衡关系的一个副产物。不同海拔间的比较显示, 高海拔物种的叶面积或干重与出叶强度相关关系的y轴截距比中、低海拔物种小, 表明在出叶强度一定的情况下, 高海拔物种比低海拔物种具有更小的叶大小。与高海拔物种相比, 中海拔物种的共同斜率沿共同主轴有一个向上的位移, 表明中海拔物种比高海拔物种具有更大的叶大小, 但出叶强度更小。这些结果表明生境对叶大小-数量的权衡关系具有显著的影响, 中海拔生境具有更适宜植物生长的气候及养分条件, 而高海拔的低温等不利影响使得叶片变小。     

高寒退化草地星毛委陵菜叶大小与数量的权衡关系

植物叶大小和数量的权衡关系反映了植物对环境的高度适应性及其在复杂生境下的自我调控能力。采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation,SMA)方法,在祁连山北坡选择未退化(Ⅰ)、轻度退化(Ⅱ)、中度退化(Ⅲ)和重度退化(Ⅳ)4种高寒草地,研究了星毛委陵菜(Potentilla acaulis)叶大小-数量的关系。结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,草地群落的高度、盖度和土壤含水量逐渐下降,星毛委陵菜种群的高度逐渐下降、盖度逐渐上升,星毛委陵菜叶大小呈逐渐减小的趋势,而叶数量增加;各退化草地星毛委陵菜叶大小与叶数量均呈显著负相关(P0.05),星毛委陵菜分配给叶大小与叶数量的资源间存在着"此消彼长"的关系;不同退化草地间的比较显示,未退化和重度退化草地星毛委陵菜叶大小与叶数量呈显著异速生长关系(P0.05),轻度和中度退化草地二者呈近似等速生长关系。高寒退化草地星毛委陵菜植株合理权衡叶大小-数量的资源配置模式,体现了植物茎叶构型的表型可塑性机制。     

胡杨液流对地下水埋深变化的响应

以塔里木河流域荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 结合中下游不同断面地下水埋深和胡杨液流变化的监测数据, 分析了胡杨茎干液流与地下水埋深变化的关系, 探讨荒漠环境下天然胡杨生长的合理生态水位。研究表明, 胡杨液流通量密度随地下水埋深即干旱胁迫程度的加大而减小, 两者呈极显著负相关, 相关系数达-0.887; 胡杨液流通量在地下水埋深位于4.5-5 m时出现异常变化, 表明此时胡杨的正常生长受到胁迫, 胡杨通过自身调节降低蒸腾耗水以适应环境; 土壤盐分不是影响塔里木河中下游各断面胡杨液流变化的主要因子; 对植物样地调查结果分析显示, 胡杨盖度、密度和频度均在地下水埋深在4-6 m梯度下开始表现为降低趋势。综合分析认为维系塔里木河中下游天然胡杨正常生长的生态水位为地下水埋深4.5 m以内。     

地下水埋深对灰胡杨叶片与土壤养分生态化学计量特征及其内稳态的影响

灰胡杨(Populuspruinosa)是塔里木荒漠河岸林的关键种,研究其生态化学计量特征及内稳性的变异格局,对科学认识荒漠河岸林养分循环规律、植被健康状况及物种适应策略具有重要意义。该研究对塔里木河干流上游地下水埋深(GWD)梯度下灰胡杨种群进行野外调查与室内化验,比较分析了不同GWD生境灰胡杨叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量学及内稳态特征。结果表明:(1)随GWD增加,灰胡杨叶片N、P含量降低, C含量与C:N、C:P、N:P均升高;各指标变异系数均较低且C含量最小,但不同GWD间差异显著; N含量与C含量、C:P, P含量与C:P、N:P呈显著负相关关系。(2)土壤C、N、P含量及其化学计量比均随GWD增加呈降低趋势,除P含量外其他指标变异系数较高且不同GWD间差异显著, P含量与C、N含量呈显著正相关关系。(3)浅、中GWD生境大部分叶片C、N、P含量与土壤C、N、P化学计量特征相关性均不显著,深GWD生境仅叶片P含量、N:P与土壤化学计量特征显著相关且叶片C:N, C:P均高其他2种生境,表明叶片化学计量特征并非由土壤养分含量特征直接决定,灰胡杨通过提高养分...     

胡杨异形叶渗透调节物质及抗氧化酶活性对地下水埋深梯度的响应

以塔里木荒漠区建群种胡杨（Populus euphratica Oliv.）为实验材料,研究3种典型异形叶的渗透调节物质和抗氧化酶活性沿地下水埋深（GWD）梯度的变化规律及适应干旱胁迫的策略。结果显示：（1）随GWD的增加,3种异形叶的相对含水量、叶水势、可溶性蛋白质（SP）含量和过氧化物酶（POD）活性呈降低趋势,水分饱和亏缺、游离脯氨酸（Pro）含量、可溶性糖（SS）含量和丙二醛（MDA）含量呈增加趋势,而超氧化物歧化酶（SOD）始终保持较高活性且较稳定。（2）条形叶Pro、SS含量与GWD呈极显著正相关,卵形叶SS、SP含量与GWD呈显著正相关,锯齿阔卵形叶SS含量与GWD呈极显著正相关。（3）条形叶主要以Pro和SS协同维持细胞渗透势以应对水分胁迫,卵形叶以增强渗透调节能力（SP、Pro、SS）来提高其抗旱性,锯齿阔卵形叶则以SS、Pro维持细胞膨压,并通过POD、SOD清除活性氧（ROS）协同适应干旱的荒漠环境。     

克里雅河尾闾绿洲胡杨种群年龄结构对地下水埋深的响应

为阐明沙漠腹地绿洲胡杨种群的生存状况与发展动态,探讨地下水埋深差异对胡杨年龄结构组成与种群更新演替的影响.该研究以塔克拉玛干沙漠腹地克里雅河尾间达里雅布依绿洲胡杨林为研究对象,通过划分胡杨龄级与地下水埋深梯度等级,量化个体竞争能力等主要手段,对胡杨种群年龄结构特征进行了分析,并对时间序列上的更新动态进行了预测.结果 表...     

不同地下水埋深下胡杨叶片生理指标变化特点

根据2001年至2007年以来对胡杨叶片生理指标的测定结果和同时期地下水埋深监测的分析,可以初步得出如下的一些结论：输水后随着地下水埋深变浅,水分胁迫程度减轻,胡杨叶片的多个生理指标发生明显的变化,并且这种变化与地下水埋深变化的趋势表现出一定的相关性。从所测的胡杨叶片的10个生理指标的变化看,叶绿素、可溶性糖和ABA等指标与地下水埋深的变化的相关关系较好、显著性较高,可以在今后的研究中作为胡杨所受干旱胁迫程度的主要衡量指标;MDA和CTK等指标可以作为参考指标来判断胡杨所受的水分胁迫程度;而Pro、SOD、POD、GA₃和IAA等指标对地下水埋深的变化表现不敏感。     

地下水埋深对胡杨叶片光合作用及抗氧化物质积累的影响

以塔里木荒漠生态系统建群种—胡杨（Populus euphratica Oliv.）为试材,研究胡杨光合气体交换参数、抗氧化酶活性及渗透调节物质沿地下水埋深（GWD）梯度的变化规律,探讨胡杨适应干旱荒漠环境的生理生态机制。结果表明：（1）不同GWD条件下胡杨净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）的日变化均呈单峰型,而胞间CO₂摩尔分数（C_i）日变化呈“V”型,P_n与G_s变化同步,峰值均出现在12：00,而T_r峰值滞后P_n、G_s 2 h。不同GWD间P_n峰值差异显著（P<0.05）,T_r、G_s峰值和C_i谷值在GWD为5.5 m极显著降低（P<0.01）。胡杨P_n、T_r、G_s、C_i、水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）均随GWD增加而降低,其中G_s、LUE日均值在GWD为5.5 m显著降低（P＜0.05）,但不同GWD条件下P_n、T_r、C_i、WUE日均值均无显著差异（P＞0.05）;（2）12：00—16：00胡杨P_n下降主要受气孔因素限制,16：00—20：00 P_n下降主要受非气孔因素限制;（3）通过对不同GWD条件下胡杨P_n、T_r与生理生态因子进行相关、偏相关、逐步回归分析发现,G_s是影响胡杨P_n、T_r的主要因子;不同GWD条件下胡杨调控P_n、T_r的因子不同,GWD增加使胡杨P_n与光合有效辐射（PAR）、T_r与G_s之间的相关性增强,表明GWD直接调控胡杨叶片水汽交换（G_s）过程;（4）胡杨叶片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和游离脯氨酸（Pro）含量均随GWD增加而增大,而可溶性蛋白质（SP）含量、可溶性糖（SS）含量则降低,表明随GWD增加,胡杨叶片细胞膜透性和光合碳同化受抑增强,胡杨通过提高保护酶活性（POD、SOD）和渗透调节（Pro）能力协同抵御地下水位降低所带来的干旱胁迫,以维持基本正常的生理活动,这是胡杨适应荒漠区干旱生境的生理生态策略。     

荒漠区植被对地下水埋深响应研究进展

荒漠区植被包括以旱生植物为主的荒漠植被和以中生植物为主的荒漠河岸林。综述了荒漠区植被对地下水埋深在个体、种群、群落以及斑块尺度上响应的研究成果,指出:荒漠区植物对地下水埋深的响应并不是简单的线性关系,而是植物适应气候、土壤、地下水等环境因素综合作用的结果,应在地下水与植被达到平衡态的基础上充分考虑生境土壤异质性、植被可塑性并采用长期定位和控制试验相结合的方法进行综合研究。强调在今后的研究中,加强同位素示踪技术和高光谱遥感技术的应用,开展植物水力提升及其机理研究;加强荒漠区植被对地下水响应机理研究特别是微观尺度(分子水平)和响应过程长期定位研究;重视植被响应地下水位波动和水质变化的研究;强化在景观尺度和生态系统尺度集成研究,以便为管理包括地下水在内的荒漠生态系统提供依据。     

干旱区不同地下水埋深下胡杨细根空间分布特征

细根空间分布特征能够反映植物对环境的利用程度和适应性,这对评价植物适应逆境至关重要。为了探究胡杨细根空间分布在干旱环境下的适应性特征,以塔里木河下游极端干旱区不同地下水埋深条件下的成年胡杨(Populus euphratica Oliv.)为对象,采用人工挖掘法,对胡杨细根(D≤2 mm)空间分布及其与地下水埋深和土壤水分的关系进行了研究。结果显示:(1)在水平方向上(550 cm范围内),胡杨细根的根长密度(RLD)、表面积密度(SAD)、根质量密度(RMD)随水平距离的增加未发生显著变化;(2)在垂直方向上,土壤表层基本无细根分布,随土壤深度加深,胡杨细根RLD、RMD呈先增加后减少的分布特征,并且在地下水埋深较深处,胡杨细根在较深土壤层(280 cm)仍保持较高的比根长(SRL)和比表面积(SRA);(3)胡杨细根RLD、RMD与上层土壤(0~180 cm)含水量存在较高的正相关关系,而与深层土壤(180 cm以下)含水量存在空间差异。本研究表明生长在上层土壤(0~180 cm)的胡杨细根主要受水分的限制,而生长在土壤深层的细根很可能受地下水埋深的影响,同时为了应对干旱环境,胡杨根系不仅具有较强的水平扩展能力,也会向深层湿润的土壤发展。研究结果可为极端干旱环境下胡杨适应机制的研究提供参考。     

The effects of leaf size,leaf habit,and leaf form on leaf/stem relationships in plant twigs of temperate woody species

Question: Do thick‐twigged/large‐leaf species have an advantage in leaf display over their counterparts, and what are the effects of leaf habit and leaf form on the leaf‐stem relationship in plant twigs of temperature broadleaf woody species? Location: Gongga Mountain, southwest China. Methods: (1) We investigated stem cross‐sectional area and stem mass, leaf area and leaf/lamina mass of plant twigs (terminal branches of current‐year shoots) of 89 species belonging to 55 genera in 31 families. (2) Data were analyzed to determine leaf‐stem scaling relationships using both the Model type II regression method and the phylogenetically independent comparative (PIC) method. Results: (1) Significant, positive allometric relationships were found between twig cross‐sectional area and total leaf area supported by the twig, and between the cross‐sectional area and individual leaf area, suggesting that species with large leaves and thick twigs could support a disproportionately greater leaf area for a given twig cross‐sectional area. (2) However, the scaling relationships between twig stem mass and total leaf area and between stem mass and total lamina mass were approximately isometric, which indicates that the efficiency of deploying leaf area and lamina mass was independent of leaf size and twig size. The results of PIC were consistent with these correlations. (3) The evergreen species were usually smaller in total leaf area for a given twig stem investment in terms of both cross‐sectional area and stem mass, compared to deciduous species. Leaf mass per area (LMA) was negatively associated with the stem efficiency in deploying leaf area. (4) Compound leaf species could usually support a larger leaf area for a given twig stem mass and were usually larger in both leaf size and twig size than simple leaf species. Conclusions: Generally, thick‐twigged/large‐leaf species do not have an advantage over their counterparts in deploying photosynthetic compartments for a given twig stem investment. Leaf habit and leaf form types can modify leaf‐stem scaling relationships, possibly because of contrasting leaf properties. The leaf size‐twig size spectrum is related to the LMA‐leaf life span dimension of plant life history strategies.     

干旱区胡杨叶片含水量和叶绿素含量特征

在阿拉干样区内,距河道不同距离选取40棵胡杨树(Populus euphratica)采样,使用相关分析方法探讨胡杨叶片相对含水量(fuel moisture content,FMC)、等效水厚度(equiv-alent water thickness,EWT)、叶绿素含量随距河道距离的空间差异,以及随地面温度的变化特征,并讨论了FMC、EWT和叶绿素含量之间的相关性。结果表明:FMC、EWT、叶绿素含量与河道距离有极显著的相关关系(P<0.01)。距河道越远,3项指标均随距河道距离的增加极显著的减少,其中EWT与距河道距离的相关性最大(-0.577)。温度变化对FMC和EWT均有极显著的影响(P<0.01),但对叶绿素含量影响不大(P>0.05)。因FMC、EWT的物理含义不同,它们的平均值在胡杨树个体尺度/水平上极显著相关,但在单片叶子尺度上FMC和EWT之间无显著相关(P>0.05),而胡杨树个体平均和单片叶子的EWT与叶绿素含量均极显著相关(P<0.01)。由于EWT与距河道距离和叶绿素含量的相关性极显著,而且对温度变化不敏感,因此,具有很好的开发应用潜力,建议将EWT作为干旱区河岸生态系统植被含水量遥感监测的一个指标。     

The influence of drought on the relationship between leaf and conducting sapwood area in Eucalyptus globulus and Eucalyptus nitens

 Development of the relationship between leaf area (A _l ) and sapwood area (A _s ) was investigated in two important hardwoods, Eucalyptus globulus (Labill) and E. nitens (Deane and Maiden) Maiden, growing in an experimental plantation established in a low rainfall zone (approx. 515 mm year^–1) of Tasmania. The experiment compared irrigated controls and a rainfed treatment which was subjected to cyclical summer droughts from age 1 to 6 years old. Leaf area and sapwood area were determined by destructive sampling at ages 2, 3 and 6 years old. There was no effect of stand age on A _l :A _s when sapwood area was measured at crown break. At age 3 years old A _l :A _s was significantly greater in the rainfed than the irrigated trees. It was concluded that this difference was due to earlier canopy closure in the irrigated trees. When the plantation was 6 years old A _l :A _s was significantly greater in the irrigated than the rainfed treatment. An analysis based on an equation which links A _l :A _s with transpiration and volumetric flow rate (Whitehead et al. 1984) was used to infer a positive correlation between stem hydraulic conductivity (k _h ) and water availability. Independent of water availability E. globulus maintained a higher A _l :A _s than E. nitens at all ages. Received: 20 March 1997 / Accepted: 30 December 1997     

胡杨叶功能性状特征及其对地下水埋深的响应

叶片性状反映了植物对环境的适应能力及其自我调控能力。以塔里木干旱荒漠区建群种胡杨（Populus euphratica）为研究对象,通过分析自然生长状况下胡杨叶功能性状对地下水埋深（GWD）的响应及功能性状间的权衡关系,揭示胡杨对极端干旱荒漠环境的生态适应策略。结果表明：胡杨7个叶功能性状种内变异程度不同（9.20%-40.02%）,叶面积（LA）变异程度最大,叶干物质含量（LDMC）与叶片含水量（LWC）变异程度较低,GWD梯度上表现出较大的分化变异特征。叶性状在不同GWD之间差异显著（P<0.05）,与GWD呈极显著相关（P<0.01）。比叶面积（SLA）、LA、LWC与叶干重（LDM）呈极显著正相关（P<0.01）,与叶厚度（LT）、叶组织密度（LTD）、LDMC呈极显著的负相关（P<0.01）;LDMC与LT、LTD,LWC与LA、SLA呈极显著正相关（P<0.01）,反映胡杨通过叶性状间的相互调节与权衡来适应干旱荒漠环境。逐步回归分析表明LA、LT对GWD变化最敏感,可间接借助这2个性状来预测干旱荒漠区地下水埋深变化。随GWD降低,胡杨SLA、LA、LDM、LWC减小,而LT、LTD、LDMC增大,其由高生长速率、资源利用能力的开拓型策略转变为以增强自身养分储存、防御能力的保守型策略,拓宽了生态幅和增强其在干旱逆境的适合度。可见,极端干旱荒漠区胡杨形成了小的LA、SLA、LDM,大的LT、LDMC、LTD等一系列有利于减少水分散失、储存养分和增强耐旱能力的干旱性状组合,这可能是其适应干旱贫瘠环境的生态策略。     

武夷山不同海拔黄山松枝叶大小关系

对武夷山自然保护区不同海拔黄山松叶片面积、叶片数量、小枝长度及小枝直径等性状进行测定,分析不同海拔黄山松枝-叶大小间的权衡关系.结果表明: 随海拔升高,黄山松小枝的叶片数量、小枝长度、小枝直径、出叶强度及茎截面积逐渐增大,单叶面积呈逐渐减小趋势;不同海拔黄山松小枝出叶强度与单叶面积均呈显著负相关,不同海拔黄山松小枝茎截面积与总叶面积呈显著正相关;不同海拔黄山松小枝长度、小枝直径与出叶强度呈显著负相关,与单叶面积、叶片数量及总叶面积均呈显著正相关.为提高竞争优势或是资源利用效率,低海拔黄山松倾向于在短枝上着生量少但单叶面积大的针叶,而高海拔黄山松趋向于在长枝上着生量大但单叶面积小的针叶,这体现出不同海拔梯度黄山松小枝的资源利用策略及枝叶间生物量分配的权衡机制.     

长期增温对树线交错带岷江冷杉幼苗异龄叶大小与出叶强度关系的影响

全球气候变暖强烈影响树线交错带植物的生活史策略,异龄叶大小-出叶强度权衡关系是常绿植物生活史策略的重要内容。以川西树线交错带的岷江冷杉（Abies faxoniana）幼苗为例,研究气候变暖对异龄叶大小与出叶强度关系的影响。通过开顶箱（Open-top chamber, OTC）对川西王朗自然保护区树线交错带的岷江冷杉进行模拟增温,采用标准化主轴估计（Standardized major axis estimation, SMA）方法研究了叶大小（单叶质量、单叶面积）与出叶强度（基于茎生物量、茎体积）间异速生长关系对长期增温的响应及其年际变化。结果表明：使用不同参数表征叶大小与出叶强度得到的结果存在差异;多年生小枝上存在单叶质量-出叶强度的负等速权衡关系,共同主轴随小枝年龄增加而向下漂移;长期增温并不影响单叶质量与出叶强度的异速生长关系,不同年龄小枝的异速生长常数对增温具有差异性响应。增温处理中当年生小枝在相同单叶质量下的出叶强度更低,以换取叶片总数的增加,使小枝具有更大的可塑性而适应增温。本研究提供了岷江冷杉幼苗协调异龄叶大小与出叶强度从而适应长期增温的证据,为评估树木生长随气候变化而加速提供了理论参考。