喀斯特与非喀斯特森林优势种叶片功能属性比较

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喀斯特(Karst)是陆地生态系统的重要组分,因土壤浅薄,土体不连续,土壤蓄水能力弱,其地上植物生长缓慢。Karst森林是指生长发育在碳酸盐岩风化壳或由其发育形成的钙质土壤等基质上的植物群落。Karst森林兼备多样性和复杂性、相对稳定性和极其脆弱性特点,抵抗外界干扰阈值较低,一旦破坏后很难恢复。受人为干扰影响,生态退化已成为全球面临的主要生态问题之一。Karst植被的保护、恢复和营造,对改善Karst区域生态环境、防止石漠化和减缓其进程具有重要的作用。因此,在叶片层次上,开展Karst与非喀斯特(Non-Karst)森林优势种功能属性的对比研究,从理论上可以解析Karst森林优势种对Karst生境的适应性机理,在实践上可以为Karst生态脆弱区现存森林的保护、Karst严重退化区植被恢复与重建树种的选择提供科学依据。  本研究以贵州境内的Karst和Non-Karst森林优势种叶片为对象,通过Karst和Non-Karst森林优势种叶片构建成本属性(叶片构建成本、蛋白质、水溶性酚、结构性糖、非结构性糖、有机酸和矿物质等)、叶型属性(比叶面积、叶质、叶候)、营养属性(叶氮、钙、镁等)和资源利用属性(水分利用效率和应对氮限制策略)的差异性对比,探究Karst森林优势种对Karst生境的可能适应策略。研究发现:  (1)整体上,Karst森林优势种叶片构建成本低于Non-Karst森林优势种,但差异不显著,表明通过降低叶片构建成本并非Karst森林优势种适应Karst生境的主要途径;Karst森林优势种水麻(Debregeasia orientalis)、构树(Broussonetia papyrifera)和朴树(Celtis sinensis)叶片构建成本显著低于其它优势种,揭示它们更适用于喀斯特植被恢复。  (2)Karst森林优势种叶片有机酸含量显著高于Non-Karst森林优势种,且与叶片构建成本呈显著负相关,推测叶片中有机酸含量越高,树种对Karst生境适应性越强;在Karst和Non-Karst森林中,不同树种叶片有机酸含量差异显著,并且Karst森林中水麻、构树、朴树和拐枣(Hovenia acerba)叶片有机酸含量显著高于其它优势种。  (3)Karst森林优势种叶面积、比叶面积小于Non-Karst森林优势种;纸质、落叶树种叶片有机酸和蛋白质含量分别显著高于革质、常绿叶,且叶片构建成本低,表明纸质、落叶树种对Karst生境具有更高适应性,在Karst森林营造和恢复中,可以优先考虑纸质、落叶树种。  (4)从树种钙生属性区分,嗜钙型、喜钙型树种叶片构建成本显著低于厌钙型树种,嗜钙型、喜钙树种在退化Karst森林植被恢复实践中更具优势。此外,能谱分析表明,Karst和Non-Karst森林优势种叶片钙主要分布在栅栏组织和海绵组织中。  (5)Karst森林优势种叶片水分利用效率大于Non-Karst森林优势种,但差异不显著,表明提高水分利用效率并非优势种适应Karst生境的主要策略。  叶片构建成本、叶型、叶营养元素和叶资源利用效率属性的对比研究,对Karst森林的植被营造和恢复中树种的选择提供了理论意义与实践指导价值。对Karst森林优势种叶片有机酸种类的甄别及其生理生态功能的进一步研究,将为植物对Karst生境的适应策略提供更有力的理论支撑。
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