模拟喀斯特土壤厚度与水分减少对两种一年生草本生长和繁殖的影响

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喀斯特地貌在全球范围内广泛分布,世界上约15%-20%的陆地区域是高度敏感和脆弱的喀斯特生态系统,其中我国西南部喀斯特地貌分布面积最广、发育最完全。喀斯特地区母岩成土速率慢,导致土壤先天不足,再加上特殊的地质背景和长期的岩溶作用,使该地区土壤浅薄、土被不连续。在喀斯特独特的双层空间结构下,土壤渗漏严重,保水性差,岩溶干旱时有发生。由于人为活动的过度干扰导致喀斯特地区植被退化,水土流失,石漠化严重,植物生长常常受到岩溶干旱以及土壤资源匮乏的胁迫,再加上近年来西南地区总体降水呈减少趋势,为植物的生长带来更大的挑战。本研究以两种一年生菊科草本植物苍耳和三叶鬼针草为材料,模拟喀斯特特殊的土壤生境和降雨条件,设置三种土壤厚度和三种水分处理,研究供水减少、土壤厚度降低及供水和土壤厚度同时降低时植物的形态特征、生物量积累及分配模式、植物对繁殖器官数量和大小之间的权衡关系,探究植物对喀斯特生境中资源减少的响应策略。结果发现:(1)当土壤厚度(土壤较厚)相同时,随着供水减少,土壤含水量显著下降,当供水(充足供水)相同时,不同厚度土壤含水量无显著差别,随着土壤厚度和供水同时下降,土壤含水量显著下降。(2)随着资源水平(供水、土壤厚度及供水+土壤厚度)降低,苍耳与三叶鬼针草营养器官生物量积累均显著减少,但是两物种营养器官总生物量分配格局及根和叶的形态特征具有差异。供水减少,苍耳的根、叶生物量比无显著变化而三叶鬼针草则呈增加的趋势,且两物种的根冠比、根长、比根长及比叶面积均无显著变化;土壤厚度下降及供水+土壤厚度下降时,两物种的根生物量比、根冠比均显著增加,而根长与叶面积均显著减少、比根长显著增加,不同的是苍耳的比叶面积显著上升或无显著变化而三叶鬼针草的比叶面积均显著下降。(3)随着资源水平(供水、土壤厚度及供水+土壤厚度)降低,苍耳和三叶鬼针草的始花期均未提前,且随着资源胁迫程度的加深推迟。供水减少时两物种的果期均未缩短但是在土壤厚度降低及供水+土壤厚度降低时两物种的果期均缩短,并且当供水+土壤厚度降低时两物种的寿命均显著缩短。不论是供水减少、土壤厚度降低还是供水+土壤厚度降低,苍耳的果序和种子的总数量及总生物量均显著下降,而三叶鬼针草只有果序总数量及总生物量显著下降,种子总数及总生物量仅在土壤厚度下降及供水+土壤厚度下降时显著降低。两物种的果序数量和大小均无显著相关性,但是土壤厚度下降的处理中,苍耳和三叶鬼针草的种子数量和种子平均大小之间呈显著正相关,且苍耳的种子数量和种子大小在供水减少处理中呈显著负相关,三叶鬼针草的种子数量和种子平均大小在供水+土壤厚度处理中呈显著负相关。(4)随着资源水平(供水、土壤厚度及供水+土壤厚度)降低,苍耳和三叶鬼针草的总生物量均显著下降,同时苍耳的繁殖分配均显著下降,地上营养生物量分配比无显著变化而地下营养生物量分配比在土壤厚度降低及供水+土壤厚度降低时呈显著上升的趋势。三叶鬼针草繁殖分配在土壤厚度下降时显著下降,在供水减少及供水+土壤厚度下降时无下降趋势,地上营养分配比在三种处理下均显著下降而地下营养分配比在土壤厚度降低及供水+土壤厚度降低时呈上升的趋势。两物种对繁殖器官与营养器官的绝对投资均和总生物量之间具正相关关系,繁殖绝对投资和营养投资之间也呈正相关关系,但苍耳的繁殖分配与营养投资之间不具显著相关性,而三叶鬼针草在供水减少处理及供水+土壤厚度下降的处理中繁殖分配与营养投资之间呈显著负相关关系。不论是供水减少、土壤厚度降低还是供水+土壤厚度降低均对苍耳与三叶鬼针草的生长与繁殖产生抑制作用,两物种在资源减少时均减小个体大小来降低生存风险。并且两物种通过权衡不同营养器官之间的关系、营养生长和生殖生长的关系及植物性状的数量和大小之间的关系产生不同的响应策略。苍耳的生活重心是营养生长,将更多的资源投资给营养生长来缓解环境压力而三叶鬼针草的繁殖特征的可塑性较高,繁殖适应性高于苍耳,更倾向于通过繁殖来逃避环境压力。
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