松嫩平原碱斑生境芦苇种群匍匐分株生长与生理特性研究

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芦苇作为典型的无性系植物、世界广布种,具有广泛的生态适应性。松嫩平原上,芦苇在对异质生境长期的适应过程中,分化形成了具有差异明显且相对稳定的形态、生理特征的生长型,其中生活在碱斑生境中的芦苇匍匐分株具有“游击型”植物的典型特征,又具有其独特的生态学特性,是芦苇种群对生境长期适应的结果。本文通过两年的野外观测和取样测定,研究分析了在碱斑极端生境中,芦苇种群匍匐分株的生长与生理特性以及物质分配与整合规律,为无性系植物生态适应理论的深入研究提供科学积累。主要研究结果如下:(1)生长季内,芦苇匍匐分株的伸长与生长具有独特的生态学特性。芦苇匍匐分株在六月,即返青后40天左右,进入生长旺盛期,以显著高于对照组的速率快速伸长生长,生长季平均伸长速率约是对照组的10倍,且可塑性较大。其总长度则符合逻辑斯蒂曲线的时间变化规律,伸长速率呈现先慢后快再慢的变化过程,在返青后64天左右伸长速率达到最大,约为16.22 cm/d。(2)芦苇匍匐分株的节间长具有较大的可塑性,且其分布具有相对稳定的生态学特性。至生长季末,2015年,芦苇匍匐分株单株节间数为939个,平均节间长为3.77 cm,大多匍匐茎产生1218个节间,总长度一般为3656 cm,最长可达364.30 cm;2016年,单株节间数为1360个,平均节间长为6.09 cm,大多匍匐茎产生1721个节间,总长度一般为5268 cm,最长可达718.66 cm。总体上,随着节间数的增加,芦苇匍匐分株的长度以及平均节间长均呈现增加趋势。此外,与节间数无关,匍匐分株的节间长分布以及节间的累积长度均具有普遍的生态学特性,随节位序的增加,节间长均呈现正态分布规律,而节间累积长度则呈现逻辑斯蒂曲线增长规律,表明中间位序的节间最长且伸长速率较大,两端的节间最短且伸长速率较小。(3)芦苇匍匐分株间隔子的数量特征具有较大的可塑性,且具有独特的分布规律。两个年份分别获得间隔子268个和205个,其长度分布均呈现偏左的对数正态分布规律,长度多为6.2425.7 cm以及10.1256.43 cm,平均间隔子长度分别为12.12cm和28.93 cm,其中2016年间隔子长度的可塑性更大。(4)芦苇匍匐分株的物质分配规律具有其独特的生态学特性。在整个生长季内,匍匐分株的茎和叶片存在异速生长规律,两个年份匍匐分株茎生物量比率均在50%以上,茎无论是在长度还是在生物量上均是种群的主要贡献者。此外,基生分株的数量对种群的生长发育影响较小,而其总生物量与茎、叶片、分株生物量以及长度之间均呈现正相关关系,表明芦苇种群具有“两个构件都增加”的生长反映格局。(5)芦苇匍匐分株叶片的光合生理特性与其他生长型存在差异。匍匐分株叶片的净光合速率、气孔导度以及蒸腾速率随龄级的增加表现出一致的变化趋势,呈现逻辑斯蒂曲线增长规律,高叶位的壮龄叶和幼龄叶显著高于低叶片的老龄叶,胞间CO2浓度虽差异不显著但却有相反的变化趋势,表明高叶位的壮龄叶和幼龄叶具有较高的光合生产能力。而匍匐分株产生的斜生基生分株、直立基生分株以及节生分株叶片的光合生理指标均随龄级的增加呈现二次曲线变化规律,表明其三种生长型的壮龄叶具有较高的光合生产能力。(6)N15同位素在芦苇分株间发生了生理整合。经N15同位素处理的实验组匍匐分株各部位的N15自然丰度显著大于未处理的对照组,同时匍匐分株不同器官、不同部位之间N15自然丰度也具有差异,下位茎的平均丰度达到131.65‰,显著大于其他部位。表明基生分株作为“源”,匍匐分株作为“汇”,物质在分株间进行了运输和转移,而整合作用具有沿着匍匐茎向顶的运输方向,在茎的累积最多、其次是叶鞘,最后是叶片的整合规律。(7)不同年份间芦苇匍匐分株在形态、生理等方面表现出较大的生态可塑性。两个年份匍匐分株的节间长、分株长度、间隔子长度以及各构件生物量间的差异与两个生长季中的温度和降水有关,也体现了芦苇匍匐分株对环境具有良好的适应能力。
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