洞庭湖湿地克隆植物繁殖分配对水位的响应

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在淡水湿地生态系统中,水位通常是影响植被生长和繁殖动态的关键因素,进而对物种组成、群落演替和植被分布格局产生决定性影响。当前有关水位变化对克隆植物生长和繁殖的研究多集中于洪水对同种植物或者不同物种植物的影响,而关于洪水以及旱季水位对生长在不同生境的同一物种的研究相对薄弱。由于长期受此影响湿地植物多数为克隆植物,并形成独有的对水沙环境变化的响应特征,因此,系统研究湿地植物种群的生长特征及繁殖分配策略对水沙环境的响应,对阐明洞庭湖湿地植被带变化的原因并为植被恢复提供科学依据具有重要意义。本文以洞庭湖典型优势植物为对象,通过野外调查和室内试验相结合的方法,研究水位变化对植物繁殖分配的影响及其调控作用,主要研究结果如下:(1)短尖苔草(Carex brevicuspis)的生长和繁殖特征具有明显的季节和高程变化规律。高程区植株总生物量(1787.00-3130.00 g/m2)显著大于低程区和中程区(580.96-1528.64 g/m2) (p<0.001)。地上生物量投入比例在1月和3月份均表现为低程区显著高于中程区和高程区(p<0.05)。可见,土壤含水量较高的区域,苔草倾向于增加地上生物量以增加光合作用和储存能量。随着高程增加,苔草有性繁殖比例显著降低,无性繁殖比例显著增大。(2)土壤含水量是影响植物生长和繁殖分配的关键因子。对于洞庭湖湿地而言,低程区土壤容重较小,养分含量较高。无性繁殖作为苔草繁殖更新的主要来源,对环境变化较为敏感,在11月与土壤第三主成分显著负相关,次年1月与土壤第二主成分显著负相关,而随着苔草进入花果期(次年3月),则与土壤第一主成分显著负相关,与植株自身密度显著正相关。有性繁殖投入比例在3月份不仅与土壤第一主成分显著正相关,而且与植株本身密度呈显著负相关。由此推断,短尖苔草在土壤资源充足时以有性繁殖为主;资源不足时,则选择无性繁殖。(3)水位对短尖苔草的生长和克隆繁殖特征均产生显著影响(p<0.05),而生态型对其生长和克隆繁殖无显著影响(p>0.05)。在水位-30 cm到30 cm梯度下,两种生态型苔草表现出不同的生长和克隆繁殖对策。低程区苔草的株高和总生物量在水淹条件下显著减少(p<0.05),而在干旱水位下无明显变化。高程区苔草的株高和总生物量在干旱水位无显著变化,但随着淹水深度的增加,株高和总生物量显著降低,甚至在30 cm水位全部死亡。说明高程区苔草相比于低程区苔草不耐水淹。水淹时,低程区苔草和高程区苔草均减少克隆繁殖的投入。干旱时,低程区苔草降低繁殖投入,高程区苔草增加繁殖投入。可见,适当干旱有利于高程区苔草的克隆繁殖,但对于低程区苔草造成了生存威胁。(4)水位和生态型对辣蓼(Polygonum hydropiper)的生长和克隆繁殖特征均产生显著影响。低程区辣蓼的生长特性在干旱水位下无显著变化,随着水位梯度的增加而显著减少。而高程区辣蓼的生长特性相比0 cm水位,无论在干旱还是水淹均没有显著变化。由此推断,高程区辣蓼较低高程区辣蓼更耐水淹。相比0 cm水位,低程区辣蓼的克隆繁殖投入在干旱水位显著增加,水淹时选择降低根茎芽长度和减少克隆繁殖生物量的策略。高程区辣蓼干旱条件下显著增加繁殖投入,水淹时选择减少根茎芽数及长度来适应水淹的胁迫。可见,两种生态型辣蓼都选择增加生长及克隆繁殖投入策略适应干旱胁迫,说明辣蓼具有较高的耐旱能力。(5)相比于0 cm水位,两种优势物种体内的还原糖和淀粉含量在水淹时均显著减少,但在干旱时4种生态型植物都表现出适宜自身生长的适应策略。总体上,于低程苔草而言,随着水位加深分配到克隆繁殖逐渐增大,这可能是水淹环境下植物消耗较多的能量物质有所致;高程苔草随着水位加深,其地上及地下生物量分配比例减少,源于高程苔草体内储备较少的能源物质。高程区辣蓼在干旱时能耗较低,以“节约”的方式利用碳水化合物,体内淀粉含量高也可满足长期干旱条件下辣蓼的生存需要,表现出较强的耐干旱和恢复生长能力。而低程区辣蓼对环境胁迫反应较敏感,体内储存较少能量,不利于后期恢复生长。可见,洞庭湖湿地典型优势物种对胁迫的耐受性是以能量消耗及储备能力为基础的。
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