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木质藤本是热带森林的重要组成成分,由于全球气候变化和热带森林干扰程度的加剧,木质藤本的丰富度在增加,这将增加它们在热带森林生态系统中的重要性和在森林动态的许多方面的影响作用。然而,目前对木质藤本这一特殊生长型的研究相对较少,尤其对于其生理学和生态学特征。本研究主要从叶片性状、水力结构和光合作用方面比较热带木质藤本和树木的生理生态学特征的差异,研究结果如下:
(1)比较25种木质藤本和22种树木的叶片形态解剖结构、光谱特征、色素含量和光合速率等20个叶片性状指标。分析结果表明木质藤本具有较高的比叶面积(SLA)、较高的单位干重的叶片光吸收率和光合速率、较厚的上表皮和栅栏组织以及较低的叶片密度,这些叶片性状表明木质藤本比树木更能适应于阳生的生境。木质藤本和树木单位面积的光谱特征没有显著差异,这可能是由于它们相似的色素含量,但是木质藤本和树木都具有很高的叶片光吸收率。
(2)比较18种木质藤本和19种树木叶片的构建成本、元素含量和光合速率。与树木相比,木质藤本处在叶片经济学谱中快速偿还的一端,具有较高的光合速率(Amax)、光合氮(N)和磷(P)利用效率,较低的单位叶面积的构建成本,以及较短的偿还时间和叶片寿命。因而在大的林窗、林缘和砍伐迹地等受到严重干扰的阳生生境中,木质藤本比树木应该有更强的竞争能力,从而有较高的丰富度。37种植物叶片的N/P为20,表明研究地点的森林土壤缺P,大气CO2浓度的升高会对具有较高养分利用效率的木质藤本的生长力的促进作用更大,这为在一些土壤养分缺乏的热带森林木质藤本丰富度较高的现象提供了一个解释。
(3)比较沟谷雨林次生群落3种木质藤本和3种树木的枝条水分传导速率、木材解剖特征以及不同季节的叶片水势和渗透势。结果表明3种木质藤本的枝条具有较大的导管和较低的边材密度,因而具有较快的边材比导率(KS)。植物的KS与Amax显著正相关,同时与植物损失50％水分传导速率时的水势值(P50)显著正相关,表明植物水分运输效率与安全性之间的权衡关系。与树木相比,3种木质藤本在旱季具有较高的凌晨水势和较低的渗透调节能力。因此,木质藤本植物较快的KS、较高的Amax以及在旱季遭受较低的胁迫保证其快速生长。
(4)比较同属(买麻藤属、羊蹄甲属和鸡血藤属)木质藤本和树木的水力结构特征和光合速率,这些植物有的喜光,有的耐阴。3个属木质藤本和树木比较的结果并不一致,裸子植物买麻藤植物水分传导速率和光合速率总体上处于一个较低的水平,但是买麻藤属内木质藤本相比树木具有较高的KS、叶比导率(KL)、Amax和P50。对于羊蹄甲属和鸡血藤属来说,阳生木质藤本比阳生树木的KS高,但是KL和Amax与阳生树木相似,而阴生的树木和木质藤本的KS和KL都较低。羊蹄甲属的木质藤本Bauhiniatenuiflora和B.touranensis能够摆脱水分运输的效率和安全性之间的权衡关系,表现出极高的KS和较低的P50。植物的水力结构特征能够揭示它们对分布生境的适应性。
(5)比较羊蹄甲属2种冠层木质藤本和2种树木的幼树的叶片光合作用日动态和部分光保护特征。与树木相比,木质藤本的叶片更容易遭受严重的光合作用的光抑制,这可能是由于其气孔对环境波动更为敏感。树木主要通过光合电子传递来消耗光能,而木质藤本在光合作用受到抑制的情况下主要通过基于叶黄素循环的热耗散来消除过剩光能。光呼吸在木质藤本和树木的光保护机制中都起到重要的作用。
作为一种特殊的生长型,热带木质藤本在很多生态学特征上与树木存在着显著的差异。本论文对热带木质藤本的生理生态学特征及其对环境的适应性作了深入的研究和探讨,并为分析木质藤本在热带森林生态系统中的功能和动态变化提供了重要的依据。