川滇高山栎萌株的生理生态特性及其与环境因子的关系

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由栎属高山栎类植物组成的硬叶常绿阔叶林是中国植被一个很特殊的类型,广泛分布于横断山区,是横断山区主要森林生态系统类型之一。组成硬叶常绿阔叶林的高山栎类植物中,以川滇高山栎(Quercus aquifolioides)分布范围最广、分布面积最大、分布海拔最高(可达4600 m),大多分布于横断山区高山峡谷地区的阳坡和半阳坡,常常形成这些地区的顶级群落(climax)。川滇高山栎具有较强的萌生更新能力,萌生更新是其遭受火灾、砍伐等于扰后生殖对策转换的一种重要适应,是川西、滇西北地区川滇高山栎灌丛的主要更新方式。本文以川西折多山东坡川滇高山栎为研究对象,通过人工干扰试验,从海拔和年龄两个维度探讨了川滇高山栎萌株营养元素含量、光合生理特性、水分利用效率及其影响因子,主要结论如下:  1.川滇高山栎萌株营养元素含量(g·kg-1)大小排序为:Ca(9.76)>N(7.71)>K(5.39)>Mg(1.31)>P(1.29),不同器官营养元素含量分配差异较大。从不同年龄来看,川滇高山栎萌株营养元素含量中,N、P、K、Mg在各器官内的含量几乎都表现为4年生萌株低于40年生萌株,仅Ca含量相反。从不同海拔来看,川滇高山栎萌株营养元素含量中,N、P、K、Mg含量在各器官内均表现为3100m萌株高于3900m萌株,Ca含量除多年生叶、多年生枝、粗根以外,表现出与其它营养元素相反的趋势。川滇高山栎萌株对各营养元素的生物吸收系数为Ca>N>P> K>Mg,表明对Ca元素的集累能力最强。从不同年龄看,4年生萌株对N、K、Ca的生物吸收系数均远大于40年生萌株,表明树龄越小,川滇高山栎萌株对营养元素的吸收和集累能力更强;从不同海拔看,低海拔萌株对各元素的生物吸收系数几乎都大于高海拔萌株,表明低海拔地区萌株比高海拔地区对营养元素的吸收和集累能力更强。  2.川滇高山栎萌株叶片Pn日变化呈双峰型,有明显的光合“午休”现象。不同海拔川滇高山栎萌株叶片的Pn和Tr日变化均表现为双峰型,且低海拔萌株叶片的Pn和Tr高于高海拔萌株,Gs和Ci表现出相反的趋势,低海拔地区萌株低于高海拔地区。从不同年龄川滇高山栎萌株叶片的光合生理因子日变化来看,1年生萌株叶片的Pn、Tr、Ci均比40年生萌株大;Gs表现为上午40年生萌株高于1年生萌株,而下午则相反,为40年生萌株低于1年生萌株。根据川滇高山栎萌株叶片光合作用光响应曲线数学模型计算结果所知,随着海拔的升高,叶片LSP、LCP、Rd及Pmax均有所增加,AQY有所降低,表明随着海拔的升高,川滇高山栎叶片对强光的适应能力有所增强,对弱光的利用能力也有所增加,叶片光合潜力也随海拔增强。川滇高山栎萌株树龄越大,叶片LSP、LCP、Rd及Pmax也越大,AQY越小,幼树叶片较高的表观量子效率和较低的光补偿点能使植物在弱光条件下也能进行光合作用,同时较高的量子同化效率和较低的暗呼吸速率使植物呼吸消耗量较低,这对川滇高山栎幼龄萌株的生长有积极作用。根据川滇高山栎萌株叶片光合作用CO2响应曲线数学模型计算结果所知,随着海拔的增高,川滇高山栎萌株叶片Vcmax、Jmax、VTPU均有所增加,Rp和CCP有所降低;年龄越大,川滇高山栎萌株叶片Vcmax、Jmax、VTPU、Rp和CCP也越大。  3.折多山东坡川滇高山栎萌株的叶片δ13C值分布范围为-28.76‰~-25.51‰。不同海拔的川滇高山栎叶片δ13C之间也存在显著性差异(P<0.05),高海拔地区的川滇高山栎叶片δ13C明显高于低海拔地区。海拔上升1000m,川滇高山栎叶片δ13C增加约1.2‰。表明不同海拔的川滇高山栎萌株长期水分利用效率存在差异,低海拔萌株WUEL低于高海拔。不同树龄的川滇高山栎叶片δ13C之间也存在显著性差异(P<0.05),40年生的川滇高山栎叶片δ13C值明显高于4年生叶片,表明4年生萌株WUEL低于40年生萌株。不同海拔川滇高山栎萌株的WUEi均表现为上午大于下午,且高海拔地区萌株的WUEi大于低海拔地区,和WUEL表现出相同的趋势。同时,川滇高山栎萌株年龄不同,WUEi的大小也有所差异,40年生萌株叶片WUEi最高,5年生萌株其次,1年生萌株最低。  4.通过对川滇高山栎萌株营养元素含量、光合生理因子、水分利用效率与环境因子之间的相关性分析发现,萌株营养元素含量与土壤营养元素含量及含水量之间相关性明显;光合生理因子与环境因子之间均存在显著相关性;叶片δ13C与土壤有机质、K、Mg含量之间存在显著相关性;WUEi与温度和湿度之间存在显著相关性。
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