植物適應(yīng)干旱梯度變化的水分利用效率和氮磷計量機制研究.pdf

1、氣候變化尤其是其導(dǎo)致的干旱脅迫對生態(tài)系統(tǒng)的影響及生態(tài)系統(tǒng)對這些脅迫因子的響應(yīng)方式是當前生態(tài)學(xué)界研究的熱點問題之一。由于人類活動造成的全球變暖及水資源匱乏對植物個體，群落結(jié)構(gòu)乃至整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性都起到了深遠的影響。所以研究長期水分虧缺對群落結(jié)構(gòu)、種群分布及個體代謝造成的影響及其機理有著重要意義。本文中，我們通過分析水分利用效率、個體形態(tài)特征及化學(xué)計量比等性狀研究不同植物功能群及群落特征是如何適應(yīng)干旱梯度變化的。
　　 首先，我

2、們分析了葉片穩(wěn)定性碳同位素(δ13C)與植物地上密度-生物量關(guān)系(α)間的相關(guān)規(guī)律。越來越多的研究證明α不是一個恒定的值。爭論依舊存在于到底是什么在改變α值中起著關(guān)鍵作用。通過研究葉片δ13C、植物根冠比、高莖異速比等形態(tài)特征和α值沿著東南到西北的自然干旱梯度變化的動態(tài)，我們發(fā)現(xiàn)α值隨干旱脅迫的增大而增加，且與植物水分利用效率協(xié)變。這種協(xié)變主要是由植物根冠比、高莖異速比等形態(tài)變化驅(qū)動的，這種變化是植物在干旱脅迫下為提高水分利用效率而采用

3、的一種適應(yīng)性策略。這一信息將為理解和預(yù)測群落及生態(tài)系統(tǒng)過程提供理論支持。
　　 其次，我們研究了穩(wěn)定碳同位素值(δ13C)在植物功能群間的變化形式及其與干旱梯度相關(guān)因子的互作方式。我們發(fā)現(xiàn)，由生活型劃分的功能群間的δ13C在統(tǒng)計學(xué)上表現(xiàn)出顯著性差異，但是在數(shù)值上的差距較小(＜1‰)。喬木(-26.78‰)和灌木(-26.89‰)具有相似的δ13C，均顯著的高于草本(-27.49‰)。常綠灌木(-25.82‰)的δ13C顯著的高于

4、落葉灌木(-26.92‰)。多年生草本(-26.83‰)的δ13C顯著的高于一年生草本(-27.10‰)。禾草類(-26.46‰)的δ13C顯著的高于非禾草類(-26.96‰)。綜合數(shù)據(jù)顯示，δ13C顯著的負相關(guān)于年平均降水量(MAP)和年平均溫度(MAT)，而顯著的正相關(guān)于緯度和海拔。在尺度的變化上MAP存在一個閾值，如果高于這個值δ13C將不會有顯著的變化。功能群間沿海拔的變化不是一致的。功能群間δ13C的變化很小只在1‰的范圍內(nèi)波

5、動，而環(huán)境因子，如:MAP和MAT對δ13C的影響較劇烈（尺度上超過了4‰）。大多數(shù)功能群的δ13C響應(yīng)環(huán)境變化的方式是一致的，但是它們?yōu)轫憫?yīng)梯度變化而產(chǎn)生的自身變化的速率是不同的。此類信息能夠幫助我們預(yù)測不同功能群應(yīng)對未來環(huán)境變化而產(chǎn)生的分布變化。
　　 第三，我們分析了白刺（Nitraria tangutorum）葉片與根部的氮(N)、磷(P)及N∶P沿干旱脅迫變化的規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)在本研究進行的區(qū)域里，四月份葉片N和P均高于

6、全球及中國本地物種的值，而在八月又均低于這些值。白刺在四月表現(xiàn)出來的是N限制(平均葉片N∶P=11.13)，而在八月表現(xiàn)出來P限制(平均葉片N∶P=38.78)。葉片與根部中的N和P均是高度自相關(guān)的。四月份，隨著干旱脅迫的增加，葉片和根部的N和P均增加。葉片N∶P沿干旱脅迫的增加而不變，根部N∶P隨干旱的增加而增加。我們認為葉片N∶P能揭示不同生長階段的養(yǎng)分供應(yīng)情況，而根部N∶P則能說明土壤養(yǎng)分是否虧缺。
　　 以上結(jié)果分別從水