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不同水热梯度下冠层优势树种叶片热力性状及适应策略的变化趋势
植物生态学报
2023, 47 (5):
733-744.
DOI: 10.17521/cjpe.2022.0289
叶片温度是植物能量交换和生理过程发生的重要微环境参数。叶片热力性状能够在一定程度上调控叶片温度, 避免极端温度对叶片的伤害。但目前针对叶片热力性状的研究还很少。该研究选择云南省从热带到温带具有明显水热梯度的4种典型植被类型: 干热河谷植被、热带雨林、亚热带常绿阔叶林、温带针阔混交林, 对其冠层优势树种的叶片热力性状进行了系统地研究。这些性状包括了可能影响叶片温度的形态、光学、材料特性、解剖和生理的23个性状。研究结果表明: 干热河谷植被的植物主要依靠蒸腾降温, 叶片薄, 叶寿命短, 主要为“快速投资-收益”型植物; 热带雨林植物叶片大, 蒸腾速率不高, 不利于降温, 较厚的叶片、较高的含水量能在一定程度上缓解高温, 采取“慢速投资-收益”策略; 亚热带常绿阔叶林很少发生极端温度, 叶片没有明显的热适应性状, 叶片厚, 叶寿命长, 采取“慢速投资-收益”策略; 温带针阔混交林植被的叶片小而厚, 多成簇状生长, 有一定保温作用。温带针阔混交林的冠层常绿植物光合速率较低, 偏“慢速投资-收益”型; 而落叶植物的光合速率较高, 偏“快速投资-收益”型。该研究系统地研究了热力性状与植物适应策略沿水热梯度的变化, 为深入认识植物对环境适应策略提供了理论基础。
表1
云南省具有明显水热梯度的样地基本信息
正文中引用本图/表的段落
本研究选取云南省具有明显水热梯度的4种典型植被类型: 元江干热河谷植被(SAV)、西双版纳热带雨林(TRF)、哀牢山亚热带常绿阔叶林(STF)、 丽江温带针阔混交林(TEF)进行研究(表1)。
气孔密度: 每个个体选取3片叶片, 从叶片中部避开主脉切下1.5 cm × 2.0 cm叶片放入沸水中煮10- 15 min, 然后将叶片浸泡在30% H2O2和冰醋酸体积比1:1的混合液中, 直到叶片变软分层。将叶片表皮撕下, 用1%的番红染液染色, 在显微镜下拍照, 每个切片拍摄3个不同视野下的照片, 用来测量气孔长度和计算气孔密度以及气孔开口面积指数(SPI, %)。
在叶片形态性状方面, TRF物种的平均单叶叶面积和周长显著高于其他3个森林的物种; 叶片光学性状在4个森林间没有显著差异; 叶片材料特性方面, 环境温度最低的TEF物种比叶质量最高, 环境温度最高的SAV物种比叶质量最低, 其余两种森林物种居中。单位面积含水量和叶干物质含量均无显著差异; 在叶片解剖性状方面, 叶片厚度随环境温度的降低而升高。叶脉密度随环境温度的降低而降低, SPI表现为TRF > SAV = TEF > STF; 最大蒸腾和光合速率表现为SAV > TEF > TRF > STF, 与水分梯度呈负相关关系。单位质量的光合速率比单位面积的光合速率在森林间的差异更显著。叶片形态性状和光学性状在森林内都有一定程度的变异, 但是其变异程度在各森林间相差不大; STF叶片材料特性、最大蒸腾和光合速率在样地内变异较小, SAV和TEF物种的生理性状在样地内的变异较大(图1)。
主成分分析结果表明, 第1和第2主成分的方差解释率分别为32.2%和18.2%。第一主成分与蒸腾速率、单位质量的光合速率呈较强正相关关系, 与各叶片厚度指标呈较强负相关关系, 反映单位质量的气体交换速率(图3)。叶片越厚, 单位质量的气体交换速率越低。同时, 叶片的叶脉密度和气孔密度越高, 叶片的气体交换速率也越高, 叶片越厚含水量越高。SAV植物都具有较高的气体交换速率, 叶片较薄; 气温越低的森林植物叶片的气体交换速率越慢, 叶片越厚; 第二主成分与干物质含量、单位面积光合速率、栅栏组织厚度、吸收率、蒸腾速率有较高的负相关关系, 与叶片周长、叶片面积、 海绵组织厚度有较强的正相关关系, 反映了单位面积的气体交换速率(图3)。面积越小的叶片, 单位面积的气体交换速率越高, 叶片的干物质含量也越高。同时, 光学性状决定了太阳辐射的获取能力, 获得的太阳能越多, 光合能力越强, 干物质含量也越高。TRF和STF植物的叶片相对较大, 单位面积气体交换速率较低, TEF植物叶片较小, 单位面积的气体交换速率较高。SAV植物在第二主成分轴上没有明显的分异(图3)。
本文的其它图/表
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