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《中国林业科学研究院》 2007年 硕士论文
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亚热带常绿阔叶林两个不同功能组树种幼苗对不同光环境的响应与适应

王荣  
【摘要】: 由于特殊的地理环境,我国的常绿阔叶林在全球分布面积最大,发育最典型。但长期以来,由于人们对常绿阔叶林的功能和作用认识不清,大面积的毁林开荒,使常绿阔叶林遭到严重破坏。 光是限制绿色植物生存和生长的主要环境因素之一。研究不同功能组植物对不同光环境的响应与适应,首先,可以加深我们对于常绿阔叶林优势种苗期的生理需求和生态特性的认识;其次,有利于我们在个体层次上,从生理生态的角度深入认识和理解常绿阔叶林的林木更新,群落动态与演替的内在驱动机制。 本研究选择种植在常绿阔叶林不同光环境(旷地、林窗、林下)下的落叶树种枫香(Liquidambar formosana)和常绿树种四川大头茶(Gordonia acuminate)幼苗,测定不同光环境下的小气候并比较不同光环境下枫香和四川大头茶幼苗的光合、荧光、叶特征、生长和生物量分配等方面的变化表明: 1)不同光环境下的小气候具有显著差异,旷地的日平均光合有效辐射(PAR)约为1200μmol·m~(-2)·s~(-1),分别为林窗和林下的2.1和36.4倍;此外,旷地的日平均气温和地表温度均显著高于林窗和林下,而其日平均相对湿度显著低于林窗和林下。 2)旷地中枫香幼苗的光合能力(Ps)最大,约为131μmol·m~(-2)·s~(-1),是旷地中四川大头茶幼苗的4倍以上,林窗中枫香和四川大头茶幼苗的Ps均较高,分别为12和8.2μmol·m~(-2)·s~(-1)左右,而林下四川大头茶幼苗的Ps为枫香幼苗的1.2倍以上;随着环境光强的降低,两种幼苗的光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、CO_2补偿点(Γ)和暗呼吸速率R_d等均呈明显的下降趋势。 3)枫香幼苗在旷地和林窗中的最大光化学效率Fv/Fm分别为0.82和0.84,而在林下Fv/Fm的值仅为0.78;四川大头茶幼苗的Fv/Fm具有随环境光强的降低而升高的趋势,在旷地约为0.72,而林下约为旷地的1.2倍左右;此外,相关分析表明,不同光环境下,枫香和四川大头茶幼苗的实际光量子产率Yield和光化学猝灭系数q_p与环境中的PAR呈显著的负相关,而电子传递速率ETR、光合相对限制L_(PAR)以及非光化学猝灭系数q_N与环境中的PAR呈显著的正相关。 4)枫香幼苗的叶绿素含量在林窗中最大,旷地最小,而四川大头茶幼苗的叶绿素含量随环境光强的降低而升高,林下约为旷地的1.6倍;不同光环境下,枫香幼苗的叶角变化显著大于四川大头茶幼苗;枫香和四川大头茶幼苗的比叶重(LMA)都随环境光强的降低而降低,而单叶面积(L_s)的变化无明显规律;此外,枫香幼苗的叶柄长度约为四川大头茶幼苗的18~30倍,且在不同光环境下变化显著;枫香和四川大头茶幼苗的气孔长度、宽度、面积和密度均随环境光强的降低而降低;与四川大头茶相比,旷地中枫香幼苗的栅栏组织更发达,具有明显的旱生叶特征,并且枫香幼苗的栅栏组织与海绵组织的比值(P/S)在旷地最大(约为1.87),约为林下的4.8倍,而四川大头茶幼苗的P/S则在林窗最大(约0.55),旷地最小,仅为0.36;此外,随着环境光强的降低,枫香叶片栅栏细胞的形状由细长趋于短粗,而四川大头茶叶片的栅栏细胞没有表现出有规律的变化;总体上,枫香幼苗叶特征对不同光环境的可塑性大于四川大头茶幼苗。 5)枫香和四川大头茶幼苗的株高、总叶片数、冠幅、和总叶面积均在林窗中最大,但枫香幼苗以上指标在林下最小,而四川大头茶幼苗在旷地最小;枫香和四川大头茶幼苗的垂直生长率和总叶面积增长率均在林窗中最大,且枫香幼苗的值显著大于四川大头茶幼苗;枫香幼苗在旷地的基径增长率最高,约为0.36 cm·M~(-1),而四川大头茶幼苗在林窗中的基径增长率最高,约为0.26 cm·M~(-1);枫香幼苗的总生物量随环境光强的降低而降低,旷地的总生物量约为林下的4倍以上,而四川大头茶幼苗的总生物量在林窗最大,在旷地最小,仅为林窗的45%左右;枫香和四川大头茶幼苗的根生物量比都随环境光强的增大而增大,而叶生物量比都在林窗中最大;旷地中枫香幼苗的相对生长速率(RGR)最高,约为7.90 mg·g~(-1)·day~(-1),是林下的39.5倍,而四川大头茶幼苗的RGR在林窗最大,旷地最小,林窗中的RGR约为旷地的16.7倍;此外,枫香幼苗在不同光环境下的生长可塑性总体上高于四川大头茶幼苗。 综上,本研究具有如下结论:①.光环境的差异是不同功能组植物适应性改变的主要驱动力。②.落叶树种枫香可以在高光环境中快速生长,而在荫庇的林下较难存活;常绿树种四川大头茶可以在林窗中良好生长,也可以存活在荫庇的林下,但不能适应旷地等极端强光环境。③.对不同光环境的适应性差异,使落叶树种枫香成为常绿阔叶林的先锋树种,在群落演替和植被重建中发挥重要作用;常绿树种四川大头茶是常绿阔叶林的中度耐荫种,也是群落演替的系列种。④.落叶阔叶树种是常绿阔叶林的固有成分,在常绿阔叶林演替中具有重要作用,可以考虑在亚热带常绿阔叶林植被恢复与重建中使用落叶树种构建先锋种群。


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