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石荠苧属物种的生态分化研究

张建民  
【摘要】:石荠芋属(Mosla(Benth.)Buch-Hamilt.Ex Maxim.)是唇形科的一个小属,分布区西起西喜马拉雅山,东到日本,北至俄罗斯远东,南至印度尼西亚。该属物种的形成方式一直是关注的问题。本文是对该属进行了三年的生态分化的1研究结果。进行了广泛的野外调查后,选取了36个样地进行取样和参数测定;在控制环境因素的实验设计条件下,我们进行了土壤水分、光照强度和氮形态比例的可控实验研究,分别测定了石荠芋属7个物种的形态、解剖、生理和生长等方面的参数。综合上述各方面资料的分析结果,对石荠芋属生境分化、生态分化的主要性状特征、物种形成以及该属各物种在未来气候变化下的适应能力作了详细的分析和探讨。 1)石荠芋属7个物种在中国的分布是沿着环境梯度而分布的,它们的表型特化有助于解释这些物种共存于一些生境,而不象预期的那样由于竞争而相互排斥。野外生境调查研究表明,石荠芋属7个物种都有各自的现实生态位,主要表现在生境的土壤水分、光照、土壤质地和土壤营养。在每一环境梯度下,各物种的生态幅是不同的。有些物种很少与别的物种共存于同一样地,而有些物种常常共存于同一样地,尽管样地间的丰富度有明显差别。 2)土壤水分和光照强度的可控实验表明,该属物种响应不同水分和光强的主要的生态分化表现在形态和生理特征性状上。这些都有力的支持,石荠芋属物种沿着环境梯度的分布不是偶然的,许多功能特征都与从性状功能所预测的物种分布相符合。在系统进化上,物种在功能和生境偏好上的进化趋于一致。相反,叶片水平的结构特征在系统进化上是较保守的,与微生境的关联不紧密,而与大的地理分布区相关。 3)人类的农业活动强烈干扰氮素循环,特别是在近几十年内,氮的输入增加了两倍多。过量氮的输入改变生物多样性、生态系统的初级生产力和养分循环、氮素转换和损失的速度、增加温室气体(CH_4和NO_2等)排放、加速土壤酸化和水酸化、甚至导致森林衰退等。为了探究不同氮素形态对石荠芋属物种的影响,我们进行了氮素形态不同比例的实验。石荠芋属物种对不同氮形态比例的响应各异。在不同氮形态比例下,石荠芋属物种表现出在形态、生理和生长特性上的明显分化,它们的相对生长速率与它们各自的功能特性相一致。疏花荠芋(Mosla pauciflora)在全铵态氮比例下可以存活,且它在高的铵态氮比例下有最大的相对生长速率。这表明疏花荠芋能够适应未来高比例的铵态氮的环境。而石荠芋属其他5个物种在高比例的铵态氮条件下,生长速率明显降低,并在功能特征上表现出明显的铵中毒症状,如叶片卷曲,发黄,枯萎,叶绿素含量降低等。这些显示这五个物种不能适应未来高比例的铵态氮的环境。


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