沙地植物功能性状对生境梯度变化的响应

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植物功能性状(PFTs)是植物与环境长期相互作用而形成的生理、物候或形态的适应性状,能客观地表达植物对外部环境的生态适应性。在全球气候变化背景下,植被退化和土地沙漠化成为我国半干旱农牧交错带最突出的生态环境问题,然而与全球变化密切相关的沙漠化地区植物功能性状与环境的相互关系和植物对环境的生态适应性研究较少。研究沙地退化植被过程中植物功能性状对生境变化的响应及其对群落组成的影响,对于沙漠化地区退化生态系统恢复与管理具有重要的指导意义。在当前科尔沁沙地土地沙漠化整体逆转的趋势下,通过沙地退化植被恢复过程中群落组成、植物功能性状和土壤特性的调查与测定,对比分析了沙地退化植被恢复过程中植被组成特征与土壤特性,揭示了沙地植物叶片性状相互之间的内在联系及其对环境的适应性,明确了沙地植物功能性状的尺度效应及其依赖性,阐明了沙地植物群落组成与功能性状对生境变化的响应及其相互关系,主要结论如下:  (1)沙地退化植被恢复过程中植被盖度、地上/地下生物量和物种多样性逐渐增加,沙地表层土壤全碳、全氮、极细沙、粉沙和水分含量显著增加,沙地土壤容重下降。各生境地下生物量随着土壤深度的增加急剧下降“总体呈T形分布”。沙丘恢复过程中植被生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关。  (2)沙地不同生活型、功能型植物叶片的功能性状差异明显,沙地一二年生植物的叶干物质含量显著小于多年生植物和灌木,而一二年生植物的比叶面积显著大于多年生草本和灌木。一二年生和多年生C4植物的LDMC显著大于C3植物;多年生C4植物SLA显著大于C3植物;C3植物的LDMC表现为一二年生生活型<多年生<灌木。沙地灌木和多年生植物能够较强的适应干旱环境,一二年生植物则具有较强的保持体内营养和获取土壤资源的能力。  (3)随着沙丘的固定,群落平均叶面积逐渐增大而群落平均比叶面积的生态位宽度依次减小,流动、半固定沙丘植物群落的适应能力较固定沙丘更广;沙丘固定过程中物种性状值的变化与群落内共生植物种性状间变异的关联相比于群落间性状的变异更密切。沙丘固定导致了物种叶面积与叶干物质含量较强的正相关关系,两性状在群落间的依赖性高于群落内。物种在群落内和群落间采取不同的策略来适应沙丘固定过程生境的变化。  (4)应用CCA分析表明,沙地恢复过程中植物群落格局与植物分布主要受土壤碳、氮、容重、pH、电导率、粗沙、极细沙、粉沙、表层水分含量和海拨高度组成的环境梯度的影响。性状梯度法表明沙地植物群落水平上的植物高度、叶片碳和氮含量与群落及样方水平上的物种丰富度呈正相关关系,物种水平上比叶面积与群落水平上的物种丰富度呈正相关关系。多元回归分析表明沙地土壤梯度变化影响植物群落水平上的植物高度、叶片的碳和氮含量变化。沙地退化植被恢复过程中土壤特性的变化影响着植物群落组成及其功能性状;而在土壤梯度决定下具有较大比叶面积、较高植物高度和叶片碳含量、较低叶片氮含量物种的恢复和定居导致了群落的物种丰富度的增加。  (5)沙地物种丰富度增加显著影响植物高度、地上和地下生物量(P<0.05);土壤类型变化显著影响地上、地下生物量(P<0.05)。双因素交互作用处理下的植物群落均表现为地上生物量正相关于地下生物量;植物群落高度显著正相关于地上或地下生物量(P<0.05),植物群落叶面积与地上生物量正相关(P<0.05);沙地植物群落丰富度是决定群落特征的主要因素,物种丰富度增加提高了群落水平的植物高度、地上和地下生物量。  (6)基于植物功能性状的分析为群落组成及其构建与环境因子的相互关系研究提供了有效的方法。虽然本研究应用性状梯度分析法探究了沙地植物功能性状与群落组成的关系及其对环境变化的响应,但还需完善植物功能性状状指标的选取,进一步开展沙地植物功能性状与群落构建和生态系统功能关系的研究。
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