高山植物的生长和繁殖策略以及资源分配模式的坡向分异

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高山生态系统由于它特有的高海拔,全天较高的温度差异和短暂的生长季长度以及主要的非生物因素极大地影响植物对生长繁殖的适应和物种进化。高山植物机体性状的特化现象来适应严苛的高山环境。坡向作为山地为主地区的重要地形因素,影响一年中不同时段的太阳辐射的日循环,并且对微气候特别是空气和土壤温度,土壤湿度和土壤营养有很大影响。因此,探讨高山植物不同坡向条件下的生长繁殖策略以及资源分配方式的变化,对理解高山严酷生境下植物的生活史策略具有重要意义。  本研究在青藏高原东缘的高山草甸地区,环山一周选定八个坡向,设置了八个样地,移栽了三种开花物候的高山植物,分析了不同坡向条件下三种植物的形态性状和繁殖策略,不同器官间的生物量分配情况、各器官间的资源分配情况,以及营养生长与繁殖、有性繁殖与无性繁殖、同株植物雌性器官与雄性器官间的权衡关系,探讨了高山植物在不同坡度方面的适应性机制。通过研究三种高山植物的生长动态,揭示了非生物因素对植物增长以及有机物积累的相关关系,阐明了高山植物的生存策略。主要结果如下:  (1)坡向显著影响三种高山植物的形态特征。阳坡和半阳坡有利于高山植物株高增加。鸦跖花和珠芽蓼在阴坡和半阴坡具有更大的比叶面积而六叶龙胆在半阳坡有更大的比叶面积。总体来说,鸦跖花和六叶龙胆倾向于在阳坡增大花结构,而珠芽蓼倾向于在阴坡增大花结构。  (2)早期开花植物地下生物量分配大于中期开花植物,中期开花植物地下生物量分配大于晚期开花植物。生长在阳坡的植物倾向于增加地上生物量分配以获得更多的光照,生长在土壤资源含量较高的阴坡的植物倾向增加根生物量以吸收土壤养分。  (3)不同坡向高山植物繁殖策略存在一定的规律性,也有物种特异性。早期开花植物在阳坡和阴坡倾向于有性繁殖而在半阴半阳坡倾向于无性繁殖;中期开花植物在半阴半阳坡和半阳坡倾向于有性繁殖,在半阴坡倾向于无性繁殖;晚期开花植物在半阳坡倾向于有性繁殖,在半阴半阳坡和半阴坡倾向于无性繁殖。生长在阳坡的高山植物倾向于采用有性繁殖策略;生长在阴坡的早期开花植物植物倾向有性繁殖,中晚期开花植物倾向于无性繁殖。  (4)早期开花植物的雌性器官磷资源含量与雄性器官磷资源含量存在显著的权衡关系,在阴坡和半阴坡增加雌性器官的投入,减少雄性器官的投入;在阳坡和半阳坡增加雄性器官的投入,减少雌性器官的投入。中期开花植物营养器官磷资源含量与繁殖器官磷资源含量存在权衡关系,阳坡和半阴半阳坡增加了营养生长,减少了繁殖投入。有性繁殖磷资源含量与无性繁殖磷资源含量存在显著的权衡关系,阴坡植物增加无性繁殖投入,减少有性繁殖投入。  (5)早期开花植物和中期开花植物开花过程消耗了地下器官储存的碳资源,供茎叶生长以及开花,而从花期到生长末期,又会逐渐适当减少茎叶中的碳资源,增加地下器官碳资源的积累以储存资源越冬。晚期开花植物生长初期并未消耗地下器官储存的碳资源,在开花过程消耗了地下器官储存的氮资源,而茎叶器官的光合作用提供了大量的碳资源。不同植物采取了不同资源利用方式。鸦跖花根器官提供氮磷资源为植物开花,消耗了一定的氮磷资源,但生长末期根器官氮磷资源逐渐增多。珠芽蓼开花过程消耗了地下器官大量的氮磷资源。六叶龙胆生长过程吸收了大量的氮磷资源。鸦跖花和六叶龙胆生长季末期增加氮磷资源合成化合物越冬,而珠芽蓼增加碳化合物越冬。  (6)鸦跖花地上部分(茎叶资源含量、花资源含量)以及总资源含量、六叶龙胆茎叶资源含量与土壤有机碳含量、土壤全氮含量、光照强度和土壤含水量显著相关;珠芽蓼地上部分资源含量和总资源含量以及六叶龙胆花资源含量与土壤有机碳含量、土壤全氮含量、光照强度、土壤含水量、土壤温度、土壤全磷含量六因素显著相关。三种植物地下部分资源含量均与土壤温度和土壤全磷含量显著相关。  综上,高山植物通过改变形态结构、生物量分配、繁殖策略以及资源分配模式增加对坡向所代表的环境因子的适应性。揭示高山植物在不同坡度方面的生理适应能力及生境响应模式,为准确反映坡向梯度上高山植物的生活史策略提供理论依据。
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