海岸不同生态断带滨麦形态可塑性机制研究

论文摘要

海岸带长期受海风、潮汐、海水侵蚀等作用,在向岸风的吹袭下,海滩沙被吹送到岸前,堆积成海岸前丘,然后以此为跳板向内陆输运沙子,形成沿海岸分布的高大沙丘带,沙丘向岸面为迎风坡,沙丘后缘为背风坡,使得海岸不同生态断带在土壤盐度、海风强度、大气湿度等微环境产生不同（即环境异质性）。滨麦不仅能在近高潮线的低温、高盐、强风环境下形成单一种群,还能在远离高潮线高温、低盐、弱风环境中与其他植物夹杂生长。但目前尚不清楚滨麦适应异质环境的调控机理、和滨麦对异质环境的适应是否与形态可塑性调控有关、及其形态可塑性在滨麦对异质环境适应的调控机理。本研究通过对不同季节海岸不同生态断带土壤盐分及养分差异性分析、不同季节海岸不同生态断带滨麦在植株高度、叶宽、叶长、根直径、新芽特征等形态特征变化分析、不同季节海岸不同生态断带滨麦各器官碳水化合物含量分配比率变化分析,以揭示形态可塑性在滨麦适应异质环境中作用及其调控机理,丰富植物抗风沙理论依据,为海岸带环境保护和恢复引入植物提供理论依据。结果如下:（1）海岸不同生态断带土壤盐分与土壤养分差异性显著。以海岸不同生态断带上生长的滨麦根际土为材料,测定了土壤水分、水溶性盐离子（Na+、K+、Cl-）、土壤养分（全氮、有效氮、有效钾、全钾、有效磷、全磷、土壤有机质）含量变化,分析海岸带土壤养分的季节性变化动态,揭示滨麦生长环境在土壤水分、盐分、养分上的差异性。结果表明,在近高潮线（10m）处土壤含水量、Na+、K+、Cl-含量都最高,尤其是土壤Na+含量,近高潮线（10m）处比远高潮线（70m）处高28倍。与近高潮线（10m）相比,远高潮线（70m）土壤全氮、有效氮、全钾、有效钾、全磷、有效磷含量分别增加32.85%、48.79%、30.00%、29.42%、10.08%、98.06%,土壤有效养分与土壤盐离子含量呈负相关。研究表明,海岸带近高潮线处（10米处）环境高盐度、强海风、低温,相比之下,远离高潮线（70米处）环境土壤盐度低、海风强度变弱、温度较高、土壤水分含量减少、土壤养分含量增高,不同生态断带环境差异较大。过高浓度的土壤盐分抑制了土壤有效养分的转化效率而在海岸不同生态断带环境异质性上起重要作用。（2）不同季节海岸不同生态断带滨麦形态结构存在差异。以生长在海岸不同生态断带上的滨麦为材料,定点定时地分析了不同生态断带滨麦在植株叶宽、叶长、根直径、根茎间距、新芽特征等形态特征以揭示形态可塑性在滨麦适应异质环境中作用及调控机制。结果显示:不同生态断带滨麦在形态特征上差异显著（p<0.05）。在叶片特征上,10m处滨麦叶片短宽,随着远离高潮线,滨麦叶片逐渐变得细长,70m处滨麦叶片长度最大,比10m、30m、50m处叶片长度分别长31.87%、35.14%、5.94%。在根特征上,近高潮线10m处的滨麦根茎直径最大（尤其春季和冬季）,随着远离高潮线而变小,同时根间距在10米处较大,新根较多,随着远离高潮线而根间距变小,新根较少。在芽特征上,近高潮线10m处的滨麦新芽芽长、粗壮、分布最深（秋冬季）,而70m处滨麦新芽细小且分布较浅。在物质分配上,近高潮线滨麦将更多的物质分配在地下部使地下生物量较高,而远离高潮线滨麦将更多物质分配给地上供枝叶生长。由于不同环境下滨麦物质分配策略的不同导致植株根冠比不同,10m处滨麦植株的根冠比最小,随着远离高潮线,30m、50m、70m处滨麦植株的根冠比分别增加103.53%、78.48%、58.20%。可见,近高潮线滨麦将更多物质分配给新根、根茎和芽,这不仅有利于滨麦固定植株抵抗海风吹袭,提高其耐旱性和耐盐性,而且也有利于根茎上新芽形成和在沙下延伸生长。相比之下,随着远离高潮线环境温度增高、养分增多（70米处）滨麦通过将物质更多分配到地上以利于滨麦快速生长,使根部积累的物质少导致滨麦植株较高、根系分布较浅、根茎直径较小、新芽细小且分布较浅。研究表明,海岸不同生态断带滨麦在异质环境中在形态特征上作出了明显的适应性改变。（3）不同季节海岸不同生态断带滨麦对各器官碳水化合物的分配比率不同。通过在不同季节对生长在海岸不同生态断带上的滨麦各器官中结构和非结构碳水化合物含量的测定,从碳水化合物的储备与转化角度分析滨麦对异质环境的适应机理。结果显示:不同季节海岸不同生态断带上的滨麦均将大量碳水化合物贮存在地下部以维持其再生,但存在较显著的季节性差异。在冬季,滨麦植株将大量碳水化合物储存在新根和新芽中,提高其抗冻性使滨麦能够安全越冬;在夏季,滨麦植株的碳水化合物主要分布于新根和老根中,根茎和叶片中较高含量的纤维素是其抗冻、抗风的关键,而新芽中较高含量的纤维素则可以保证新芽在沙土中穿梭以扩张种群。且近高潮线处的滨麦地下器官的碳水化合物含量分配比率较高,而远离高潮线处的滨麦地下器官的碳水化合物含量分配比率较低。所以,海岸不同生态断带滨麦表现出的碳代谢生理可塑性在其适应异质环境、产生形态可塑性、维持较宽广的生态幅和形成多抗逆性中起重要作用。总之,生长在不同生态断带的滨麦,通过调整形态表观特征以及碳水化合物在各器官的储存和转化来适应海岸带的异质性环境。滨麦较强的形态可塑性可能是其适应不同盐度土壤、不同海风风力、不同温度环境而具有抗盐耐风沙和较大生态幅的关键。

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致谢

摘要

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第1章引言

1.1 研究背景

1.1.1 海岸带发展在国民经济中的作用

1.1.2 海岸带发展过程中面临的生态问题

1.1.3 海岸带生态修复及维护面临的困难

1.2 国内外研究现状

1.2.1 植物叶形态改变与植物抗逆性的关系

1.2.2 根形态改变与植物抗逆性的关系

1.2.3 根冠比改变与植物抗逆性的关系

1.2.4 芽形态改变与植物抗逆性的关系

1.2.5 植物物质能量分配与抗逆性的关系

1.2.6 土壤养分含量与植物抗逆性的关系

1.3 本研究目的和意义

第2章材料与方法

2.1 试验区自然概况

2.2 试验地的选择

2.2.1 烟台海岸沙地的分布与形成

2.2.2 试验地地貌概况

2.2.3 试验地植被分布概况

2.3 取样点的选择

2.4 试验取材时间

2.5 试验取材方法

2.6 试验分析内容及方法

2.6.1 植物形态指标测定

2.6.2 植物碳水化合物含量测定

2.6.3 土壤含水量测定

2.6.4 土壤养分及有机质含量测定

2.7 数据处理

第3章试验结果

3.1 不同季节海岸不同生态断带土壤矿物和有机养分差异分析

3.1.1 不同季节海岸不同生态断带土壤水分状况比较

3.1.2 不同季节海岸不同生态断带土壤盐离子含量比较

3.1.3 不同季节海岸不同生态断带土壤有机养分含量比较

3.2 不同季节海岸不同生态断带滨麦形态可塑性分析

3.2.1 不同季节海岸不同生态断带滨麦叶片特征比较

3.2.2 不同季节海岸不同生态断带滨麦根特征比较

3.2.3 不同季节海岸不同生态断带滨麦根上芽特征比较

3.3 不同季节海岸不同生态断带滨麦地上地下物质分配特征分析

3.3.1 不同季节海岸不同生态断带滨麦地上生物量比较

3.3.2 不同季节海岸不同生态断带滨麦地下生物量比较

3.4 不同季节海岸不同生态断带滨麦碳水化合物含量比较

3.4.1 不同季节海岸不同生态断带滨麦植株总碳水化合物在地上和地下部分配比率比较

3.4.2 不同季节海岸不同生态断带滨麦植株可溶性糖在地上和地下部分配比率比较

3.4.3 不同季节海岸不同生态断带滨麦植株淀粉在地上和地下部分配比率比较

3.4.4 不同季节海岸不同生态断带滨麦植株纤维素在地上和地下部分配比率比较

3.4.5 不同季节海岸不同生态断带滨麦地下部可溶性糖在其各器官中分配比率比较

3.4.6 不同季节海岸不同生态断带滨麦地下部淀粉在其各器官中分配比率比较

3.4.7 不同季节海岸不同生态断带滨麦地下部纤维素在其各器官中分配比率比较

第4章讨论与分析

4.1 不同季节不同生态断带土壤矿物和有机养分差异分析

4.2 不同季节海岸不同生态断带滨麦形态可塑性分析

4.3 不同季节海岸不同生态断带滨麦地上地下物质分配特征分析

4.4 不同季节海岸不同生态断带滨麦碳水化合物含量比较

第5章结论

参考文献

作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 宋玉

导师: 周瑞莲

关键词: 滨麦,环境异质性,生物量分配,碳水化合物,形态可塑性

来源: 鲁东大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 鲁东大学

分类号: Q945.79

总页数: 81

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