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辽东栎林演替的生理生态学研究

李庆康  
【摘要】: 辽东栎(Quercus liaotungensis Koidz.)是我国暖温带地区分布广泛的一个树种,分布于海拔1000-1700m之间,对暖温带落叶阔叶林的外貌、结构、动态、甚至种类组成都有重要影响。由于人为活动的不断加剧,辽东栎林在遭到十分严重的破坏常会形成各种杂灌丛。辽东栎原始林在野外已经消失,目前大部分都是以次生萌生林形式存在,呈斑块状分布,片段化严重,且常更新不良。另外,栎林在世界其它地方也广泛存在着更新不良或正在被其它树种替代的现象。因此,加强对辽东栎林演替的生理生态学,及相关研究对了解辽东栎林演替的内在机理,加强生物多样性的保护,促进辽东栎林的更新和恢复等都有重要的理论和实践意义。 本论文拟通过测定辽东栎林演替过程中主要优势种和伴生种生理生态学特性(光合和水分)为依据,从生理生态学角度对植物进行功能群划分,了解不同功能群在生态系统中的作用,演替过程中物种变化与功能群替代之间的关系,揭示不同植物功能群在生态系统发育和维持中的功能作用,进一步阐明生态系统演替机理。同时通过精确测定来研究环境对植物主要生理过程的影响。同时,为了更深入的了解辽东栎林演替和更新过程,还研究了一些生物和非生物因子对与辽东栎幼苗建立和存活的主要影响。 本论文主要通过野外的实验测定和测量并结合控制实验的方法来进行的,结果发现: 1.在辽东栎林演替不同阶段的环境因子差别很大:在演替早期的灌丛样地,环境因子变化很剧烈,时间异质性较强,表现为开放阳生环境。而演替后期成熟林样地内主要环境因子变化相对小一些,但空间的异质性增强。 2.在成熟林内,林窗较林冠下能显著提高辽东栎种子发芽率(61.6% vs 43.4%)和幼苗存活率(47.6% vs 33.2%),而且均与林窗开度明显正相关(R~2=0.659,P=0.001和R~2=0.477,P=0.034)。幼苗的光合作用在林窗内也较林下有明显提高。辽东栎幼苗干物质的积累与光照明显正相关。在林下,一年生幼苗的生长速度与存活无明显正相关,但对第二年的存活有影响。基径可以作为很好的光反应的无损伤测定指标。另外,直射光和散射光对幼苗生长的作用也有所不同。在林窗中还有多次生长的现象发生,幼苗生长光照越强,其多次生长的发生比率越高(大小林窗中发生率分别为90%和20%),而且在大林窗中有3%的3次抽芽。多次生长对幼苗第一年的干物质的积累有重要贡献。 3.适当厚度的枯落物和土壤覆盖对辽东栎种子的发芽和补充更新有显著的促进作用,幼苗发芽率为:枯落物覆盖(70.0%)>土中3cm(58.1%)>土中5cm(45.6%)>地表(28.3%)>枯落物上方(8.3%)。幼苗存活率为:地表(100%)>土中5cm(94.3%)>土中3cm(92.3%)>枯落物覆盖(79.0%)>枯落物上方(44.4%)。枯落物覆盖(55.0%)>土中3cm(53.8%)>土中5cm(42.5%)>地表(28.3%)>枯落物上方(5.0%)。种子的不同埋藏方式也会影响幼苗的光合作用等生理过程和干物质的分配。枯落物覆盖后的幼苗较高但较细,在土中埋藏太深使分配到除茎以外的部分减少,且使发芽延滞。 4.灌木和树木冠层对辽东栎在灌丛中的发芽和成活也有明显的促进作用。发芽率分别为:空地(4.4%)<乔木冠层下(19.4)<灌木冠层下(26.7%)。幼苗存活率:空地中(11.1%)<乔木冠层下(94.3%)<灌木冠层下(100%)。但是不同的地表植被的 俗土学位论文 辽 未 砾 林 欢 谷 的 臼 理 生 戍 学 研 兑 冠层对辽东栋幼苗第一年的生长无明显影响。 5.在辽东栋幼苗出土一个月后,模拟叶片取食实验发现完全的去叶可导致 16.7%的 幼苗死亡。去除子叶则对辽东栋幼苗的影响更为严重,完全的去除可导致50%的幼苗 死亡,降低丸J从6.0降到3.lpmolm-b-’卜而且叶片和子叶去除均会严重影响幼苗 的生理过程和干物质的积累(分别为产二0.899,P4刀of 丈==-0厂46,P<0刀01人 6.上壤中养分含量对辽东栋幼苗光合作用和叶片结构如气孔分布等均有影响。干 旱对辽东栋幼苗的生长和光合作用等也有很大影响。 7.通过精确的气体交换和环境因子的同步测定,运用通径分析,结果发现辽东栋冠 层的不同位置的叶片气体交换的限制因子有很大的差别。对于辽东栋上层叶片主要 影响因子是气孔导度,而叶温是通过饱和蒸汽压(VPD)的间接负作用也很显著。 而冠层下方叶片的主要限制因子光照的不足什温对光合作用的促进作用也很明显。 同时发现气孔导度对不同冠层部位的叶片光合作用对气孔导度的依赖程度不同。 8.在辽东栋林演替过程中,重要物种的生理生态变化趋势明显。根据所测的20多 个光合和水分生理生态学特性为指标,可以将辽东栋林演替过程中的主要物种划分成 6个不同的功能群。演替早期的物种一般具有较高的光合速率,较大的气孔导度,蒸 腾速率和抗旱性汐较低的水势值,较大的水势变化范围和弹性模量等),而辽东烁和 棘皮烨单独为一类,主要是因为具有最大的光合值和渗透势。在早期由高光合高呼 吸抗旱不耐阴的功能群完成生态系统的各种功能,随演替进行,可分化出高光合低 呼吸,低光合低呼吸,中等耐阴与强耐阴等多个功能群


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