2023年12月9日發(fā)(作者:描寫雪的唯美詩(shī)句)
第49卷第1期年1月2021東 北 林 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITYVol.49No.1Jan.2021河北省森林草原區(qū)草本植物葉功能性狀)種間和種內(nèi)變異1馮家寶(河北省林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)),保定,071000) 范順祥 侯煜飛 劇永望 馬天蕊 高英月 張志東 (中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)) (河北省林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河北農(nóng)業(yè)大學(xué))) 摘 要 探索植物種間和種內(nèi)功能性狀之間聯(lián)系或權(quán)衡,對(duì)于理解植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)策略和群落構(gòu)建過(guò)程具有重要的意義。以河北省塞罕壩保護(hù)區(qū)草本植物為研究對(duì)象,采用分層隨機(jī)抽樣的方法,調(diào)查了184個(gè)草本樣方×(1m1m),測(cè)量了草本植物5個(gè)主要功能性狀(葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、比葉面積、葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)),選取物種多度較高的優(yōu)勢(shì)種23種(C3種,C0種),進(jìn)行植物功能性狀種間和種3植物14植物1內(nèi)變異分析。結(jié)果表明:5個(gè)功能性狀在C和C草本植物之間均存在顯著差異(P<0.01),C343植物的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、比葉面積、葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于C4植物。C3和C4植物的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比葉面積種內(nèi)C變異系數(shù)較大。相對(duì)于C3植物,4植物功能性狀種間變異系數(shù)總體較大表現(xiàn)出更高的可塑性。C3和C4植物一些功能性狀在種間表現(xiàn)出的相關(guān)性和差異性要高于種內(nèi)水平,但是種內(nèi)變異系數(shù)為15%~40%,在進(jìn)行相關(guān)植物功能性狀研究時(shí)同樣不可忽視。關(guān)鍵詞 功能性狀;C種間變異;種內(nèi)變異3和C4植物;分類號(hào) S757.1InterspecificandIntraspecificVariationofLeafFunctionTraitsofHerbaceousPlantsinAForeststeppeZone,HebeiProvince,China//FengJiabao(HebeiProvinceKeyLaboratoryofForestTreesGermplasmResourcesandForest,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071000,P.R.China);FanShunxiang(ChinaAgriculturalUniversiProtectionty);HouYufei,JuYongwang,MaTianrui,GaoYingyue,ZhangZhidong(HebeiProvinceKeyLaboratoryofForestTreesGermplasmResourcesandForestProtection,HebeiAgriculturalUniversity)//JournalofNortheastForestryUniversity,-2021,49(1):2328.Understandingtherelationandtradeoffbetweeninterspecificandintraspecificplantfunctionaltraitsisofgreatsignificanceinclarifyingplantadaptationstrategiesandcommunityassemblyprocesses.Withthestratifiedrandomsampling×method,184grassplots(1m1m)wereinvestigatedintheSaihanbaNatureReserve,HebeiProvince,China.Fivefunctionaltraits,includingchlorophyllcontent,specificleafarea,leafdrymattercontent,leafnitrogencontent,leafphosphoruscontent,weremeasured,and23dominantspecies(13Cnd10Clantsspecies)withhighspeciesabundancewere3a4pselectedtoexploretheinterspecificandintraspecificvariationofherbaceousplantleaffunctionaltraits.TherewasasignificantdifferenceinallfivefunctionaltraitsbetweenCndCerbaceousplantspecies(P<0.01).Functionaltraitssuchas3a4hCHL,SLA,LNCandLPCofCplantswereallgreaterthanthoseofCplants.VariationcoefficientsinCHLandSLA34andClants.InterspecificvariationcoefficientsofCwithinspecieswerelargerthanthosebetweenspeciesinbothC34p4plantswerelargergenerallythanthatofCplants,indicatingCplantshadhigherplasticityrespondingtotheenvironmen34talchanges.CorrelationsanddifferencesbetweensomefunctionaltraitsoninterspecificlevelsofbothCndClantswere3a4phigherthanthosefoundforintraspecificlevels.Thecoefficientsofintraspecificvariationwerebetween15%and40%,showingintraspecificlevelvariationscannotbeignoredinplantfunctionaltraitresearch.Keywords Functionaltraits;CndClant;Interspecificvariation;Intraspecificvariation3a4p 植物功能性狀是決定植物生長(zhǎng)、定植、繁殖和存1]活的重要生理生態(tài)指標(biāo)[。它不僅影響著植物個(gè)平上了解功能性狀之間的關(guān)系或權(quán)衡不僅有助于揭-35]示物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)策略和群落構(gòu)建過(guò)程[,而6]且能夠更好的闡明生物多樣性的維持機(jī)制[。體的外在表現(xiàn),同時(shí)也影響著植物群落的構(gòu)成和生[2]態(tài)功能。Diazdetal.認(rèn)為植物功能性狀是聯(lián)系物功能性狀變異包括種內(nèi)和種間變異。一般來(lái)講,功能性狀在種間存在很大的差異。因而,種間變7]異常被用于定義植物生長(zhǎng)、功能策略等方面[。也種、生境條件和生態(tài)功能的紐帶。在種內(nèi)和群落水1)河北農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目201810086028);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31370636)。(第一作者簡(jiǎn)介:馮家寶,男,1997年2月生,河北省林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)),本科生。E-mail:313409186@qq.com。通信作者:張志東,河北省林木種質(zhì)資源與森林保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室-(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)),副教授。Email:zhzhido@163.com。 范順祥,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,博士研究生。-Email:fanfan_sx@163.com。收稿日期:2020年1月23日。責(zé)任編輯:任 俐。有學(xué)者認(rèn)為,種間變異對(duì)于群落構(gòu)建的作用更8]大[。種內(nèi)性狀變異是由種群間的遺傳差異、對(duì)環(huán)4]境梯度的可塑響應(yīng)和個(gè)體發(fā)育變化引起的[,是同種不同個(gè)體適應(yīng)不同環(huán)境能力的體現(xiàn)。長(zhǎng)期以來(lái),有關(guān)植物功能性狀的研究多以種間變異為主,對(duì)種-89]。然而,越來(lái)越多的證據(jù)表內(nèi)性狀的研究較少[明,定量種內(nèi)性狀變異程度對(duì)于理解功能性狀在群24 東 北 林 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第49卷15]定方法[,在每個(gè)樣地內(nèi),選取蓋度大于90%的所10]落水平變異及生態(tài)過(guò)程中發(fā)揮的作用越來(lái)越大[。基于此,結(jié)合種內(nèi)和種間性狀變異進(jìn)行理解群落構(gòu)建和生態(tài)過(guò)程就顯得很有必要。植物葉片在大氣和陸地間碳交換方面發(fā)揮了關(guān)11]鍵的作用[,其功能性狀能夠很好的反映物種對(duì)環(huán)12]。不同的境的響應(yīng)、生活史權(quán)衡及資源獲取策略[13]光合途徑類型影響葉生理功能經(jīng)濟(jì)譜[。如相對(duì)0株個(gè)體,測(cè)定計(jì)算完好成有物種,每個(gè)物種采集1熟葉片的鮮質(zhì)量。葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定,使用野外手持式葉綠素?zé)晒鈨x進(jìn)行測(cè)量。比葉面積測(cè)定,首--先使用葉面積儀(LICOR3100CAreaMeter,LI,USA)測(cè)定葉面積,用電子天平測(cè)量葉片鮮質(zhì)COR量,然后將葉片樣品置于烘箱60℃烘干72h后,稱質(zhì)量測(cè)定葉片干質(zhì)量,比葉面積為葉片單位干質(zhì)量所擁有的葉面積大小。葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定,葉片樣品的干質(zhì)量/葉片鮮質(zhì)量,它代表除去水分等于CC3植物,4草本植物通過(guò)葉結(jié)構(gòu)的特殊變化促進(jìn)光合作用,進(jìn)而提高了光合效率和水分利用效13]率[。闡明C3和C4植物葉功能性狀變異有助于更好的理解二者的光合機(jī)理和共存機(jī)制。河北省塞罕壩地區(qū)處于華北典型森林-草原生態(tài)交錯(cuò)帶,生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣,集森林、草原、草甸、沼澤為一體,物種多樣性豐富,其中以草本植物為主,是河北省少有的物種多樣性富集中心,具有重要的保護(hù)價(jià)值。特殊的生境條件和較高的草本物種多樣性為研究草本植物葉功能性狀變異和物種共存機(jī)制提供了良好的條件。本研究在景觀水平進(jìn)行分層隨機(jī)取樣的基礎(chǔ)上,基于光合作用途徑對(duì)草本植物進(jìn)行了功能群的劃分,通過(guò)比較5種功能性狀的種間和種內(nèi)變異,試圖闡明研究區(qū)C3和C4草本植物主要功能性狀的差異和相關(guān)性,為森林-草原生態(tài)交錯(cuò)帶物種多樣性保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。1 研究區(qū)概況研究區(qū)位于河北省承德市塞罕壩國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(42°22′~42°31′N,116°53′~117°31′E)。本區(qū)地貌是高原—波狀丘陵—漫灘—接壩山地的組合體。氣候?qū)儆跍貛О霛駶?rùn)氣候與溫帶半干旱氣候的過(guò)渡區(qū)。年均氣溫-1.5℃,極端最高氣溫30℃,極端最低氣溫-42.8℃,≥5℃的年積溫1930.7℃;年均降水量452.6mm,蒸發(fā)量1230mm;植被由森林向草原過(guò)渡,草本植物物種多樣性豐富,占到了所有物種的80%以上,主要由委陵菜(Potentillachinensis)、冰草(Agropyroncrsiatutm)、地榆(Sanguisorbaofficinalis)、金蓮花(Trolliuschinensis)、披針葉苔草(Carexlanceolata)等物種構(gòu)成[14]。2 材料與方法2.1 樣地設(shè)置和樣品采集于2014年7—9月份在研究區(qū)進(jìn)行群落學(xué)調(diào)查和樣品采集。在整個(gè)研究區(qū),按照斑塊大小設(shè)置不同數(shù)量的調(diào)查樣地。在空間上不連續(xù)的38?jìng)€(gè)天然植被斑塊(12個(gè)草本、11個(gè)灌木、15個(gè)天然林)中共調(diào)查草本樣地184個(gè),樣地大小為1m×1m。記錄草本植物的物種名、多度和蓋度。基于功能性狀測(cè)因素后一片新鮮葉片中所含干物質(zhì)的比例。全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定,葉片單位干質(zhì)量中含有的氮的全量,烘干后的葉片樣品用半微量凱氏定氮儀測(cè)定。全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定,葉片單位干質(zhì)量中含有磷的全量,烘干后的葉片樣品用鉬銻抗比色法測(cè)定[16]。2.2 數(shù)據(jù)分析選取物種多度較高的優(yōu)勢(shì)種23種(C3植物13種,C4植物10種)(表1)進(jìn)行植物功能性狀種間和種內(nèi)變異分析。采取Komogorov-Smirnov非參數(shù)檢驗(yàn)方法比較C3和C4植物在5個(gè)不同功能性狀上的差異。種內(nèi)和種間植物功能性狀的變異程度用變異系數(shù)來(lái)描述,其公式為:變異系數(shù)=(標(biāo)準(zhǔn)偏差÷平均值)×100%。利用皮爾遜相關(guān)分析分別檢驗(yàn)C3和C4植物在種間和種內(nèi)水平上不同功能性狀間的相關(guān)性。運(yùn)用R軟件(3.3)中的“pwr”和“nlme”程序包完成以上統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),顯著水平設(shè)定為P<0.05。表1 C3和C4植物優(yōu)勢(shì)種科和屬統(tǒng)計(jì)優(yōu)勢(shì)種科屬C3植物艾蒿(Artemisiaargy)菊科蒿屬糙蘇(Phlomisumbrosa)唇形科糙蘇屬地榆(Sanguisorbaofficinalis)薔薇科地榆屬風(fēng)毛菊((Saussureajaponica)菊科風(fēng)毛菊屬狼毒(Stellerachamaejasme)瑞香科狼毒屬毛蕊老鸛草(Geraniumplatyanthum)?牛兒苗科老鸛草屬拳蓼(Rubiayunnanensis)蓼科蓼屬唐松草(Thalictrumaquilegifolium)毛茛科唐松草屬鐵桿蒿(Artemisiagmelinii)菊科蒿屬蚊子草(Filipendulapalmata)薔薇科蚊子草屬小白蒿(Filipendulapalmata)菊科艾屬野艾蒿(Artemisialavandulaefolia)菊科蒿屬玉竹(Polygonatumodoratum)百合科黃精屬C4植物冰草(Agropyroncristatum)禾本科冰草屬大油芒(Spodiopogonsibiricus)禾本科大油芒屬巨序剪股穎(Agrostisgigantea)禾本科剪股穎屬老芒麥(Elymussibiricus)禾本科披堿草屬林地早熟禾(Poanemoralis)禾本科早熟禾屬麻根苔草(Carexarnellii)莎草科苔草屬披針葉苔草(Carexlanceolata)莎草科苔草屬莎草(Cyperusrotundus)莎草科莎草屬早熟禾(Poaannua)禾本科早熟禾屬異穗苔草(Carexheterostachya)莎草科苔草屬第1期 馮家寶,等:河北省森林草原區(qū)草本植物葉功能性狀種間和種內(nèi)變異253 結(jié)果與分析3.1 C3和C4植物功能性狀差異.5285個(gè)功能性狀葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(D=0,P<-0.01,D是KomogorovSmirnov非參數(shù)檢驗(yàn)中描述兩組數(shù)據(jù)之間差異的統(tǒng)計(jì)量),葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(D=0.267,P<0.05),比葉面積(D=0.128,P<0.6100.05),葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)(D=,P<0.01)和葉磷質(zhì)0.507量分?jǐn)?shù)(D=,P<0.01)在C3植物和C4植物間均存在顯著性差異(表2)。C3植物的葉綠素質(zhì)量-1分?jǐn)?shù)((5.99±4.61)mg·g)、比葉面積((163.84±-21)cm·g)、全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)((15.85±2.73)g·101.23--11kg)、全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)((0.14±0.04)g·kg)顯著高-1于C1.81±1.46)mg·g)、4植物葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(-21157.42±94.86)cm·g)、全氮質(zhì)量分比葉面積((-1數(shù)((13.05±2.96)g·kg)和全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)((0.09±-1)g·kg)。與此相反,C0.043植物的葉干物質(zhì)質(zhì)量-1分?jǐn)?shù)((0.32±0.13)g·g)則顯著低于C4植物的-10.39±0.12)g·g)。((表2 C種功能性性狀差異3和C4植物種的5物 種艾蒿糙蘇地榆風(fēng)毛菊狼毒毛蕊老鸛草拳蓼唐松草鐵桿蒿蚊子草小白蒿野艾蒿玉竹冰草大油芒巨序剪股穎老芒麥林地早熟禾麻根苔草披針葉苔草莎草西伯利亞早熟禾異穗苔草光合型C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C4C4C4C4C4C4C4C4C4C4葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/-1mg·g葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)/-1g·g比葉面積/-12cm·g全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)/-1g·kg全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)/-1g·kg11.94±0.388.44±4.337.96±4.4513.34±5.241.46±0.319.73±1.5112.02±4.125.75±2.222.05±0.678.08±1.191.74±0.523.34±2.145.89±1.512.47±0.993.94±1.613.49±1.381.57±0.755.43±1.823.16±1.330.99±0.261.03±0.141.94±0.221.96±1.130.290±0.0400.220±0.0600.340±0.0500.210±0.0200.180±0.0900.250±0.0300.320±0.0800.320±0.0700.430±0.1600.310±0.0700.470±0.0600.310±0.0800.190±0.0100.630±0.1500.360±0.0700.370±0.0700.380±0.0600.350±0.0600.260±0.0100.420±0.1200.230±0.0800.420±0.0050.400±0.100165.50±59.02321.77±42.5182.99±25.24164.82±41.57399.21±133.03161.31±40.93134.49±20.38214.32±121.03111.14±39.18194.16±80.8374.01±27.39159.39±76.05266.49±41.1277.21±9.15206.25±22.39206.17±39.44170.01±40.80280.54±95.67176.73±38.25125.88±39.54372.09±323.39196.28±44.29143.85±43.8118.04±3.5517.48±4.0814.74±2.3213.64±2.0219.44±0.3314.15±1.2515.82±0.9814.89±2.9516.19±1.8215.85±3.4316.32±2.1616.08±2.0315.28±1.3113.36±0.9312.33±1.1914.99±1.3614.28±0.2319.56±3.1512.83±0.4311.99±2.0218.95±6.5316.07±1.5712.47±1.580.150±0.0200.120±0.0200.120±0.0200.110±0.0400.130±0.0300.220±0.0300.170±0.0300.110±0.0300.150±0.0300.160±0.0500.130±0.0200.130±0.0100.180±0.0040.090±0.0200.100±0.0200.130±0.0100.130±00.160±0.0300.100±0.0040.080±0.0300.130±0.0500.100±0.0500.110±0.050 注;表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。3.2 C3和C4植物種間和種內(nèi)變異系數(shù)無(wú)論在種間還是種內(nèi)水平,C3植物和C4植物的5個(gè)性狀均存在不同程度的變異。由表3可以看出,種間各性狀的變異程度明顯大于種內(nèi)。C3植物和C葉氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)4植物葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù),在種內(nèi)變異系數(shù)比較接近,且均在20%左右。C3植物和C4植物葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比葉面積種內(nèi)變異系數(shù)差異較大。C3植物和C4植物葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種間變異系數(shù)比較接近(分別為56.37%和51.38%),比葉面積,葉綠素、葉氮、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種間變異系數(shù)均有較大差異。特別是比葉面積,葉氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的種間變異系數(shù)的差異均在30%左右(C。無(wú)論是C4植物大于C3植物)3植物還是C4植物種間的變異系數(shù)均大于種內(nèi),除C4植物葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、C其他性3植物比葉面積差異不明顯外,狀在種內(nèi)、種間變異系數(shù)差異均在10%以上。3.3 種間和種內(nèi)水平上植物功能性狀的相關(guān)性C4植物各功能性狀種間水平的相關(guān)性顯著程度大部分高于種內(nèi)水平,其中在種間水平上,比葉面積與葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),而與葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.01)(表4);葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)隨著葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而顯著減少;葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)與比葉面積、葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相關(guān)關(guān)系顯著(P<0.05)。而在種內(nèi)水平上,只有比葉面積表現(xiàn)出了與葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。C3植物各功能性狀種內(nèi)種間水平的相關(guān)性顯著程度差異不大。無(wú)論在種間、種內(nèi)水平上比葉面積均表現(xiàn)出與26 東 北 林 業(yè) 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第49卷葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著相關(guān)(P<0.05)。表3 不同光合型植物功能性狀種內(nèi)和種間變異系數(shù)物 種艾蒿糙蘇地榆風(fēng)毛菊狼毒毛蕊老鸛草拳蓼唐松草鐵桿蒿蚊子草小白蒿野艾蒿玉竹冰草大油芒巨序剪股穎老芒麥林地早熟禾麻根苔草披針葉苔草莎草西伯利亞早熟禾異穗苔草種間變異光合型C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C3C4C4C4C4C4C4C4C4C4C4C3C4變異系數(shù)/%葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.2151.2755.8039.2821.2315.5434.2938.7032.7314.7129.8663.9925.6840.0840.7639.6347.5533.5642.2226.6813.4111.3457.5650.8839.02葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.9926.1213.4610.7248.6610.2325.5822.7137.5222.1712.3926.564.7023.5620.3317.7514.9816.884.2228.9133.031.13924.7856.3751.38比葉面積35.6613.2130.4125.2239.3325.3715.1556.4735.2541.6337.0147.7115.4311.8510.8519.1324.0034.1021.6431.4186.9122.5630.4639.0270.19全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.6523.3315.7614.811.698.846.1919.8311.2821.6213.2512.598.596.939.739.131.5816.003.3316.8534.499.7712.6345.0473.01全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)14.9116.5618.5035.9120.7813.3615.1528.0320.8830.2414.8211.133.6915.7916.766.932.8720.814.5638.4935.3650.0043.4143.9269.07表4 種內(nèi)、種間水平不同光合型植物功能性狀相關(guān)性種 間光合型C3植物性 狀葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比葉面積葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)C4植物葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)比葉面積葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00-0.36-0.12-0.690.331.00-0.310.190.150.45葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00 -0.88-0.300.381.00-0.98-0.93-0.92種 內(nèi)葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00-0.56葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00-0.86-0.20比葉面積比葉面積葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.00 0.68-0.621.00-0.601.000.25-0.29-0.281.00-0.621.000.15-0.361.000.361.000.051.00-0.86-0.841.000.970.231.000.931.000.890.670.241.000.361.000.721.000.92-0.85 注:<0.01;<0.05。表示P表示P4 結(jié)論與討論植物在進(jìn)化與演替過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列環(huán)境條件的篩選形成不同的功能性狀組合和權(quán)衡來(lái)適應(yīng)環(huán)17]境,進(jìn)而來(lái)決定植物的生長(zhǎng)策略[。本研究中C3機(jī)制及生存策略而產(chǎn)生的。C具有低呼吸、低CO4植物與C3植物相比,2補(bǔ)償點(diǎn)、高光飽和點(diǎn)、高的凈光合速率和光量子效率等特點(diǎn),同時(shí)對(duì)水分、氮素、光及CO2利用效率也較14]高[。本研究結(jié)果表明,C3植物的葉綠素質(zhì)量分植物和C個(gè)植物功能性狀(葉綠素質(zhì)量分4植物在5數(shù)、比葉面積、葉片干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù))上均表現(xiàn)出了顯著的差異性,正是C采用不同的適應(yīng)3植物和C4植物為了適應(yīng)環(huán)境,數(shù),比葉面積,葉氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著大于C4植物。葉綠素作為植物吸收光能的重要物質(zhì),在高等植物的光合作用中扮演著重要的角色,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)18]的多少直接影響光合作用的強(qiáng)弱[。而葉氮、磷質(zhì)第1期 馮家寶,等:河北省森林草原區(qū)草本植物葉功能性狀種間和種內(nèi)變異27量分?jǐn)?shù)作為植物光合作用的協(xié)同元素,同樣對(duì)光合作用進(jìn)程有較大的影響。葉氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù),比葉面19]積,光合作用能力之間互相呈正相關(guān)[,一般來(lái)說(shuō)差異才能更好的闡明物種共存和群落的構(gòu)建機(jī)35]30,36],這一觀點(diǎn)也被許多研究證實(shí)[。制[在群落構(gòu)建過(guò)程中,植物功能性狀的篩選一般經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程,生境過(guò)濾篩選出一類適合環(huán)境條件的相似的功能性狀,而相似性限制又致使物種為了37]避免競(jìng)爭(zhēng)和生態(tài)位重疊,發(fā)生性狀趨異[。種內(nèi)性增加葉氮、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)能夠顯著提高葉片光合作用-2021]能力[。在相同的環(huán)境條件下,光合作用率較低葉氮、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的C3植物需要更多的葉綠素,來(lái)維持光合作用以獲取能量,這也側(cè)面反映了植物通過(guò)增加或減少養(yǎng)分循環(huán)的方式來(lái)適應(yīng)環(huán)境變22]化[。比葉面積的大小反映了植物對(duì)資源的獲取、狀變異中比葉面積、葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變異更大,是因?yàn)槎叽砹酥参飩€(gè)體在競(jìng)爭(zhēng)資源中對(duì)個(gè)體產(chǎn)出策略以及對(duì)光合作用投資的變化,進(jìn)而產(chǎn)生的一種減少競(jìng)爭(zhēng)的行為。變異系數(shù)的大小可以表示性狀的可保存和釋放能力,較大的比葉面積更有利于植物對(duì)光照的捕獲和利用[23]。相對(duì)于C4植物,C3植物較大的比葉面積更容易接收光照來(lái)促進(jìn)光合作用。與之相反,C3植物的葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于C4植物。可以解釋為葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為植物對(duì)養(yǎng)分元素保有能力的體現(xiàn)[24],較大的葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)意味著植物葉片組織密度越大,其抵抗和耐受能力越強(qiáng)[25]。研究表明,C4植物適宜生長(zhǎng)在高溫干旱的環(huán)境下[26],植物為了增強(qiáng)抵抗能力,將更多的干物質(zhì)投入到抵御不良環(huán)境中[27],因此,比C3植物有更高的干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。此外,在不同研究中,植物葉片的葉干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比葉面積之間普遍表現(xiàn)出的負(fù)相關(guān)關(guān)系是兩種生物量投資策略權(quán)衡的結(jié)果[28-29],本研究進(jìn)一步證明了這個(gè)觀點(diǎn)。C3植物和C4植物生理生態(tài)上的差異導(dǎo)致了研究區(qū)內(nèi)兩類植物的功能性狀在面對(duì)相同環(huán)境條件下表現(xiàn)出的差異性,從而形成了研究區(qū)多樣性的分布格局。植物功能性狀的種間變異反映的是在不同生境下所產(chǎn)生的不同物種組成變化方式,其通常是受環(huán)境條件和遺傳的差異影響而形成的[30]。許多研究表明,植物功能性狀的分異主要表現(xiàn)在種間水平[19,31],本研究中,C3植物和C4植物的種間相關(guān)性和變異程度明顯大于種內(nèi)變異也體現(xiàn)了這一點(diǎn)。種內(nèi)水平功能性狀代表了物種個(gè)體基因造成的差異性及環(huán)境條件產(chǎn)生的形態(tài)差異[32]。本研究5種植物功能性狀的種內(nèi)變異系數(shù)為15%~40%,甚至某些性狀變異程度已經(jīng)接近種間變異。以往研究表明,如果種內(nèi)變異較小就采取以平均值的形式代表物種的性狀特征[33],這樣的方式忽略了個(gè)體基因變異和環(huán)境異質(zhì)性等產(chǎn)生的形態(tài)差異的影響。而李遠(yuǎn)智[34]在研究亞高寒草甸性狀與群落構(gòu)建機(jī)制時(shí)就發(fā)現(xiàn),盡管種內(nèi)變異較種間變異要小,但是種內(nèi)性狀變異對(duì)群落水平性狀的梯度貢獻(xiàn)卻更高。這表明種內(nèi)變異對(duì)群落構(gòu)建有重要作用,在進(jìn)行研究時(shí)同樣不可忽視。只有充分考慮物種個(gè)體水平的功能性狀塑性,較大變異系數(shù)表明,性狀的可塑性較強(qiáng),反之則表示較小的性狀可塑性[38]。本研究中C4植物性狀種間變異總體較大,表明C4植物更能適應(yīng)變化的環(huán)境,具有較強(qiáng)的耐性和抗性,可能會(huì)成為演替后期的優(yōu)勢(shì)種。本研究以塞罕壩自然保護(hù)區(qū)中主要草本植被為研究對(duì)象,在劃分功能群的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了5個(gè)主要功能性狀的種間和種內(nèi)變異分析。5個(gè)植物功能性狀都表現(xiàn)出了顯著差異性,C3植物的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、比葉面積、葉氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)、葉磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于C4植物。種間變異系數(shù)較大的C4植物對(duì)環(huán)境的耐受性更高,可以成為恢復(fù)退化草地的重要手段。從總體來(lái)看,種間變異系數(shù)較大,表明種間變異仍是植物功能性狀分異的主要驅(qū)動(dòng)因素,但是種內(nèi)變異同樣對(duì)群落構(gòu)建有重要作用,依舊不可忽視。本研究結(jié)果有助于理解森林草原過(guò)渡區(qū)草本植物功能性狀之間的關(guān)系或權(quán)衡,揭示物種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)策略和群落構(gòu)建過(guò)程,可為研究區(qū)草本植物物種多樣性保護(hù)提供理論依據(jù)。參 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