上海市5种常见一年生草本植物生物量分配及叶性状表型可塑对异质化生境的响应
作者单位：华东师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：达良俊
授予年度：2012年
摘 要：杂草群落是城市植被三大组分之一,对城市生物多样性的维持与保育至关重要。由于杂草不受人的意识支配而在城市区域广泛分布,并具有对异质化生境高敏感性、强可塑性及适应对策多样性的特点,可对形成高度异质化生境的城市化做出快速响应。因此,研究城市化背景下杂草群落的地上-地下生物量分配格局,有助于揭示城市化过程对城市植被的影响及其响应。 植物的生物量分配反映植物的生长策略,因而成为植物生活史对策理论以及生态系统功能研究的核心论题之一。揭示城市草本植物的生物量地上-地下分配方式,不仅有助于加深了解植物适应环境的策略,还可以揭示在城市化影响下草本植物对高度异质化生境的响应。表型可塑性是指同一个基因型对不同环境应答而产生不同表型的特性,它是器官在复杂的环境中产生一系列不同的相对适合的表现型的潜能,其涉及形态解剖、生理生化以及生活史等各个方面。植物在进化过程中与环境相互作用,逐渐形成了许多内在生理和外在形态方面的适应对策,以最大程度地降低环境的不利影响,植物状则是植物适应对策的直接表现,植物性状能够客观反映植物对外部环境的适应性,这种性状上的可塑性是植物表型可塑性一种。其中叶性状的可塑性又是近些年来的研究热点。从种群水平研究草本植物生物量分配及叶性状表型可塑性可以揭示其生长策略及对异质化生境的响应。 上海是中国乃至世界城市化进程最快的城市之一,加之位于平原地区,其环状扩张模式随城市化进程形成了明显的城乡梯度格局。近30年来快速的城市化过程给城市环境带来了巨大变化,在“城区-城郊-郊县的城乡梯度上,水质、大气质量以及热岛效应呈现明显差异。,城市环境的改变必将对城市生物多样性及其功能性状产生重要的影响。前人的研究显示城市化对草本植物的分布格局产生了重要影响,本研究从生物量分配及叶性状表型可塑性的角度出发来探究草本植物如何通过自身性状的改变来适应环境的变化。 本研究以5种在上海广泛分布的一年生草本植物为对象,通过研究其群落水平上的地上-地下生物量分布格局、优势种资源分配及叶性状特征来揭示这5种一年生草本植物的生长策略及功能性状的表型可塑性。主要结果如下： 1.群落水平上的地上-地下生物量分配格局 于2011年秋季(9月-11月)植物生长旺季(即花果期)调查并采集了120个群落样方,通过野外调查数据和聚类分析显示共有5种群落类型,分别为狗尾草群落、龙葵群落、铁苋菜群落、稗群落和醴肠群落,这5种群落类型在城乡梯度上均有分布。CCA分析显示影响这5种群落物种组成的主要生境因子有土壤含水率、土壤总氮、土壤总磷、土壤C：N、土壤坚实度。通过相关性分析发现影响物种组成的生境因子对群落生物量并没有产生显著影响,结合SMA分析的结果,即远郊的群落生物量大于郊区和中心城区,结合光照条件在城乡梯度上的变化,推测城乡梯度上生物量出现变化的主要原因是光照条件。且地下-地上生物量生长关系符合等速生长假说,在城乡梯度上群落地下-地上生物量比并没有显著变化,可能是由于所选群落均为一年生,生长策略相似。 2.种群水平生物量分配及叶性状表型可塑性 以5种群落类型中的优势种为研究对象,比较了5种优势植物资源分配及叶性状之间的差别。并对种群生物量、叶性状及生境因子三者进行相关性分析发现,虽然不同的物种在资源分配及叶性状方面有差异,但也表现出了一定一致性：叶片中的氮含量与土壤总氮呈显著负相关;种群生物量与叶片氮含量呈显著正相关;种群生物量与土壤总氮呈显著负相关。说明在土壤氮含量高的地区植物叶片通过减少氮的吸收来降低这种环境的胁迫,其外在表现就是植株个体矮小。同时在城乡梯度上,种群生物量及叶片氮量与土壤氮含量表现出相反的趋势,土壤中的氮是影响植物种群生物量和叶片表型可塑性的重要因素。而在城乡梯度上,种群水平的地上-地下生物量比同样没有表现出显著性差异,这可能也与所选物种相似的生长策略有关。
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