留园植物叶经济谱性状特征及其景观优化策略研究

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植物叶片是植物与外界环境进行物质与能量相互转化的主要场所,其外在形态和功能性状在一定程度上能显示植物的基本功能特性和植物本身对资源的利用效率。植物的叶功能性状建立了植物多样性、物种组成和生理学以及环境变化之间的普遍关联,在解释物种分布与物种共存机制中发挥着重要作用。叶经济谱量化了植物叶功能性状之间的变化规律和相互关系,表示在叶片水平上一系列相互关联、协同变化的植物资源权衡策略。近年来,植物叶经济谱引起了生态学者的关注,全球范围内不同区域、不同生态系统类型的植物叶功能性状及其叶经济谱研究已经应用并延伸到多个研究领域中。风景园林学科也不例外,开始关注植物叶功能性状与城市园林绿地系统之间的多种联系。风景园林学领域关于“植物对环境的适应机制”的最新研究进展多以植物叶片性状为切入点,研究园林植物叶片性状可以较好地反映出单个植物甚至城市园林生态系统对环境的响应能力。在园林绿地建设中,园林植物种类选择与合理配置对园林生态系统的健康与稳定有重要影响。留园作为中国四大古典园林之一,由山石、水体、建筑、植物形成资源循环和共生的平衡“微型生态系统”。园中植物的配置注重与环境相融合,其生命特征具有记录园林的发展历程与传承历史风貌的作用。本文采用叶经济谱理论方法聚焦于留园开展研究,以留园36种不同生活型植物为试验材料,选择叶厚度(LT)、比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(Nmass)、单位质量最大净光合速率(Aarea)、蒸腾速率(Tr)等17个叶经济谱(LES)性状进行实验测定,分析留园36种植物叶经济谱性状之间的变化规律,研究长期生长在江南水乡特定环境下的不同生活型物种在适应环境的过程中,植物在功能结构上所采取的权衡策略。根据留园主要园林植物基于叶经济谱性状组合特征的适应机理,提出“叶经济谱性状组合特征-功能资源配置-物种选择”的景观优化策略,以期为留园植物景观优化提供精细化的数据支持,同时为其他园林植物群落构建的物种选择提供方法参考。本研究结果表明:(1)留园36种植物各叶经济谱性状的特征值变化幅度和变异性都较大,不同生活型植物的叶经济谱性状总体变异系数范围为39.47%-121.71%。在不同生活型叶性状之间,乔木的LA变异系数最大,为89.39%,LDMC变异系数最小,为22.93%;灌木的Narea变异系数最大,为110.94%,叶绿素含量(SPAD)变异系数最小,为18.02%;藤本和草本均是LV变异系数最大,分别为95.22%和121.71%,说明与其他性状相比,这两者稳定性最差,且Nmass变异系数均最小,分别为9.47%和15.71%。说明植物在应对环境变化时对各个叶功能性状资源分配和利用效率不同,留园植物生长过程中采取的是资源获取性策略。(2)物种水平的植物叶性状之间具有普遍相关性,功能群水平上的植物叶性状的相关性明显低于物种水平。不同生活型主要叶性状关系为SLA与LT、LTD、LDMC、Narea呈极显著负相关(P<0.01),SLA与Tr、Amass、PNUE之间均存在显著正相关(P<0.05)。不同生活型植物叶性状之间有显著差异,变化范围较大,LT、LDMC、LMA均表现出乔木>灌木>藤本植物>草本植物的趋势,草本植物的SLA、Nmass与藤本、灌木和乔木的差异达到显著水平,均表现出草本植物>藤本植物>灌木>乔木的趋势。(3)在17个叶经济谱性状指标中,LA、SLA、Tr、Amass、PNUE可作为反映留园乔木层叶性状的重要指标,主要表征植物抵御外界不利环境的能力和对水热环境的适应能力。LP、LT、DW、FW、LMA、LV可作为反映中留园灌木层叶性状的重要指标,主要表征植物抵御外界干扰及不利环境的能力。LA、LP、SLA、Tr、PNUE可作为留园藤本层叶性状的重要指标,表征植物获取资源的能力以及对干湿环境的适应能力。LA、FW、LV、Nmass、Tr、Aarea作为留园草本层叶性状的重要指标,表征植物获取资源的能力以及对干湿环境的适应能力。(4)留园植物通过形成权衡发展的叶经济谱性状特征,呈现其特有的植物生存策略。叶经济谱性状分析表明,生活型中草本和藤本植物多位于快速投资-收益型物种的位置,而灌木和乔木多位于缓慢投资-收益型物种的位置。在优势种适应功能群的基础上,提出“叶经济谱性状组合特征-功能资源配置-物种选择”的景观优化策略,为进一步优化群落结构提出合理搭配快速投资-收益型物种与缓慢投资-收益型物种的策略,以确保形成多种性状协调发展的物种共存机制,增强植物群落稳定性。结合叶经济谱位置,在留园不同生境类型和不同功能区中构建适宜植物群落结构,从而实现区域内植物对生境资源高效利用的优先组合策略。
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