海南島熱帶山地雨林不同演替階段植物功能群光生態(tài)適應(yīng)性研究.pdf

1、海南島的熱帶雨林是我國森林生態(tài)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、生物多樣性最豐富的類型之一，具有極其重要的保育價值和科學(xué)研究價值。海南島熱帶山地雨林主要分布在海拔700～1300m的山地，是海南島熱帶森林中現(xiàn)存面積最大、分布最為集中的垂直地帶性的自然植被類型。過度砍伐和小合理的土地利用已導(dǎo)致了原始森林的大而積減少，形成了處于不同演替階段的退化生態(tài)系統(tǒng)。光是森林群落演替過程中最重要的影響國子之一。研究森林不同演替階段具有不同功能特性的植物類群對光變化的生

2、念適應(yīng)性，有助于認識不同恢復(fù)階段森林生念系統(tǒng)動念變化規(guī)律，為海南島熱帶林生物多樣性的保護和生態(tài)系統(tǒng)功能恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。 本論文采用野外試驗和控制試驗相結(jié)合的研究手段，測定了熱帶山地雨林不同演替階段中幾個典型植物的光生態(tài)適應(yīng)性，主要目的是試圖從形態(tài)和生理生念的角度對不同演替階段的植物進行功能群劃分，了解不同演替階段植物功能群在生態(tài)系統(tǒng)中的功能，分析植物功能群的生態(tài)適應(yīng)性及其在演替過程中的作用。研究的主要結(jié)論如下： 1．通

3、過野外現(xiàn)場測定，發(fā)現(xiàn)早期演替階段環(huán)境因子變化劇烈，不同類型植物的適應(yīng)方式存在差異。棕葉蘆(Thysanolaena maxima)有著強的水分利用能力，偏重于以形態(tài)構(gòu)件的變化(單個葉片的卷曲以及不同葉片之間的相互遮蔭)來適應(yīng)。五節(jié)芒(Miscanthusfloridulus)有著強的水分控制能力，偏重以強的光合生理能力(通過高的光合能力和高的水分利用效率)來適應(yīng)。野牡丹(Melastoma candidum)和毛稔(Melastoma

4、sanguineum)的適應(yīng)方式則是則是介于上述二者之間，即通過形態(tài)和生理特征變化的結(jié)合 (形態(tài)上通過葉片的相互遮蔭加上生理上高的光合能力)?；谥参锏墓夂仙砩鷳B(tài)功能及適應(yīng)方式，運用主成分分析方法，將海南島熱帶山地雨林早期演替階段的植物劃分為三類大的功能群：(1)生理適應(yīng)型(2)形態(tài)構(gòu)件適應(yīng)型(3)形態(tài)生理結(jié)合適應(yīng)型。 2．選擇4個光照強度(強光100％、中光50％、低光30％和弱光10％全光)，通過盆栽控制試驗，從2005年

5、6月到2006年3月測定了熱帶山地雨林5個典型樹種幼苗對光的形態(tài)、生理和生長的適應(yīng)特性。在形態(tài)適應(yīng)上，4個光強下，黃桐(Endospermumchinense)、毛丹(Phoebe hungmoensis)對葉片投入較低，對莖投入較高；高枝杜英(Elaeocarpus dubius)、肖蒲桃(Acmena acuminatisstima)對葉片投入較高，對莖、根投入較低；樂東擬單性木蘭(Parakmeria lotungensis)對根

6、投入最高。在生理適應(yīng)上，黃桐、毛丹的最大凈光合速率(A<,max>)較高，高枝杜英、樂東擬單性木蘭較低。在生長上，黃桐、毛丹、高枝杜英居中，肖蒲桃最高，樂東擬單性木蘭最低。形態(tài)指標可塑性以黃桐最高，毛丹、肖蒲桃居中，而高枝杜英、樂東擬單性木蘭較低。綜合分析上述各項指標，認為黃桐、毛丹屬于先鋒功能群，樂東擬單性木蘭屬于頂級功能群，高枝杜英、肖蒲桃是介于上述二類之間的功能群(中期功能群)。 3．對不同演替階段植物功能群幼苗不同光強

7、下形態(tài)指標隨月份變化的觀測表明：在觀察期間每個光強下，先鋒功能群的葉面積、冠幅在雨季增加，在旱季增加緩慢；中期功能群是一直增加；頂級功能群變化很小。對于葉面積指數(shù)，先鋒功能群逐漸降低，中期和頂級功能群變化不大。在不同光強之間，對于葉片數(shù)、葉面積，先鋒功能群中的黃桐在弱光下最高，毛丹在弱光下最低；中期、頂級功能群在弱光下最低。對于冠幅，先鋒和中期功能群在高光或中光下最低，頂級功能群在弱光下最低。對于葉面積指數(shù)，先鋒功能群在強光下最低，中期

8、、頂級功能群在強光下最高。 4．比較了不同演替階段植物功能群幼苗在不同光強下的光合生理指標的月動態(tài)變化。在觀察期間，雨季8月份所有功能群的凈光合速率、蒸騰速率、水分利用效率在各個光強下都明顯降低。氣孔導(dǎo)度在6—12月份之間變化不大，而在3月份有一個明顯的增加。在觀察期間，先鋒功能群的凈光合速率在中光下最高；中期功能群在強光、中光、低光下數(shù)值接近，高于弱光下；頂級功能群在低光下最高。先鋒功能群的光合能力高于頂級功能群，而水分利用能

9、力低于項級功能群，而中期功能群的各項生理指標更接近于先鋒功能群。 5．不同演替階段植物功能群幼苗在不同光強下的生長規(guī)律表明：在所有光強下，先鋒功能群的相對生長速率均在雨季初最高，隨后迅速下降，而在旱季接近于零。中期功能群在雨季和旱季均有較高的相對生長速率，而項級功能群的相對生長速率最小。在整個生長期間，先鋒功能群的相對生長速率高于項級功能群。在旱季是中期功能群最高。先鋒功能群的相對生長速率與葉面積增加、凈光合速率密切相關(guān)；中期種

10、功能群沒有顯著相關(guān)性。在高光和中光下，葉面積增加和凈光合速率共同影響項級功能群的相對生長速率，而在低光和弱光下葉面積增加則為主要影響因素。 6．不同演替階段植物功能群幼苗在不同光強下雨季和旱季的光合參數(shù)日變化表明：在各個光強下，所有功能群的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率在雨季的日變化過程中逐漸降低。在旱季，強光和中光下的所有功能群的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度在12：00明顯降低，而在低光、弱光下表現(xiàn)不明顯；蒸騰速率的日變化曲線為單峰形

11、，在中午12：00達到最高。而水分利用效率在雨季和旱季的同變化較小。在不同光強之間，所有功能群在雨季凈光合速率差異不顯著，水分利用效率在弱光下最高；在旱季凈光合速率在中光下最高，水分利用效率差異不顯著。在同一光強下，在雨季和旱季先鋒功能群比頂級功能群有著高的凈光合速率日均值、氣孔導(dǎo)度日均值和蒸騰速率日均值，中期功能群與先鋒功能群接近。對于水分利用效率日均值，在雨季和旱季是先鋒與頂級功能群接近，中期功能群最低。 先鋒和項級功能群的

12、凈光合速率日均值在雨季、旱季之間差異不顯著，中期功能群是雨季比旱季低。對于水分利用效率日均值，先鋒功能群旱季高于雨季，而中期和頂級功能群雨季、旱季差異不顯著。 7．不同光照強度下不同演替階段植物功能群在晴天、陰天下光合參數(shù)的同變化表明：所有功能群的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度在強光、中光下在晴天中午12：00明顯降低，在低光、弱光下表現(xiàn)不明顯。蒸騰速率同變化為單峰形，中午12：00最高；水分利用效率．同變化較小。陰天下，各個功能群的凈光