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中国东北样带草原段关键种——羊草茎、叶显微结构的生态可塑性及群落功能群组成和多样性研究

杨利民  
【摘要】:陆地样带是国际地图--生物圈计划(IGBP)研究中最引人注目的创新之一。目前,国 际上已经设立了15条陆地样带,研究内容涉及环境梯度分析、气候变化对植被初级生产力的 影响及环境变化、土地利用等与植被变化的对应关系等。沿该陆地样带分布较广的关键种生理 适应性等方面对影响其生理功能形态结构的研究较少,特别是茎、叶等组织功能研究较少。 中国东北样带(NECT)是全球陆地样带的重要组成部分,多年来已开展了大量深入系统 的研究工作,已成为我国生态学、地学等学科的重要研究平台。本研究以中国东北样带中西段 广泛分布的重要关键种--羊草(Leymus chinensis)为研究对象,分析了羊草茎、叶显微结构 的生态可塑性及其与水分利用效率的关系,进而阐述了羊草适应不同生境条件,特别是适应水 分变化的机制,为揭示羊草及其种群、群落乃至以羊草为优势种或建群种的草地生态系统在全 球变化背景下的发展趋势提供理论依据。 基于2001年7~8月第3次中国东北样带考察资料,采用高精度Olympus显微镜及C同位 素分析技术(δ13C判别值),结合在野外取样过程中测定的样地土壤含水量和海拔高度,以及 近十年各样地年降水量和年均温度气象资料,分析了羊草茎、叶显微结构和水分利用变化与环 境因子的关系,以及以羊草为建群种或共建种的无牧和放牧样地群落生物量、物种多样性和植 物功能型组成变化与环境因子的关系。 结果表明:羊草叶片表面及内部主要显微结构特征参数各样地间有不同程度的差异,其中 气孔密度与降水量呈线性正相关。代表气孔开张程度的气孔长度和宽度变化与土壤含水量呈线 性相关。叶表面角质层厚度与海拔高度变化关系较大,并以上表面角质层厚度变化最为明显, 主要受海拔高度升高引起的紫外线照射增强的影响。运动细胞带宽度占叶面积比虽然与各环境 因子关系不很密切,但温度变化的影响较突出,这一显微结构调整与气孔变化构成干旱--高 温调节机制。叶片表面毛茸的变化也是非常显著的,但与各环境因子关系密切程度均不大,可 以肯定的是在土壤水分状况较好的生境下羊草叶片表面毛茸密度及长度明显增加,而一些干旱 生境中常表现为毛茸较少、较短,个别样地基本没有发育较好的毛茸。总体上看,羊草叶片对 干旱化的形态结构调整以气孔密度和开张程度的变化最大,是羊草叶片调节水分利用效率的重 要适应性生态可塑性调整。 与叶片相比,羊草茎横切面结构特征的变化与各环境因子关系的显著性不是很强,但各样 地间的差异是比较显著的,许多结构调整可能与土壤养分条件的变化有一定关系,如茎秆粗度 变化、基本薄壁组织厚度和中央空腔(髓腔)直径的变化等,但本研究未能涉及这方面内容, 有待于进一步研究。 羊草水分利用效率与降水量和土壤含水量呈显著的负相关关系,即随降水量和土壤含水量 带 常 AbstraCt The terrestrial transeet researehes 15 an effeetive Platform for global ehange study sPonsored by the Inteoational GeosPhere一BiosPhere Programmer(IGBP).At Present,there are 1 5 terrestrial transeets in the world,and many exPeriments were eonducted along the transeets.Most of these studies have foeused on environmentalgradient analysis,effeets of elimate on Primary Produetions, and relations between vegetation and elimate ehanges and land use.Studies on Physiologieal adaPtation of some key stone sPecies to elimate change were more,but studies on their miero一struetural adaptation were less.Studies on Plant stomatal density were more,but studies on else micro一strueture of stem and leaf were less. Northeast China Transeet(NECT)15 one ofthe terrestrial transeets in the world and has beeome an imPortant study PlatformofeeologyandgeographyinChina.ManyexPerimentswereeondueted based on Northeast China Transeet for many years.Here we aimed at an key stone sPeeies,Leymus chinensis distributing widely along the west Part of Northeast China Transeet,and studied miero一struetural eco一Plasticity of stem and leaf of Leymus chinensis and relations with water use effieieney,and then analysed the meehanism of Leymus chinensis adapting different habitats and esPeeially water ehange of habitats,and then offered some theoretieal basis for exPlaining the develoPmental trends of Leymus chinensis and its dominated PoPulantions,eommunities and ecosystemS. On the basis of the third field survey of Northeast China Transect in July一August,2001,using high Preeise OlymPus mieroscoPe and C isotoPes teelmology, we analysed relations between micro一strueture of stems and leaves,water一use effieieney of Leymus chinensis and environmental faetors ineluding 5011 water,altitude,mea


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