准噶尔荒漠尖喙牻牛儿苗种子秋萌的生态生物学机制

来源 :石河子大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JIMCZ
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秋萌,即种子可以在秋季萌发,这类植物称之为冬季一年生植物,在荒漠区多样性维持和防风固沙等生态功能上发挥着重要作用,尤其在气候变化背景下,冬季一年生植物盖度和密度增加,在群落中占有越来越重要的地位。因此,研究种子秋萌的形成机制,为进一步预测气候变化下荒漠植被动态和丰富温带沙漠冬季一年生植物种子萌发策略具有重要意义。我们在野外调查发现尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhynchum)是准噶尔荒漠中最常见的冬季一年生植物,该物种的存在对荒漠生态系统的稳定和维持起至关重要的作用。因此本研究选择尖喙牻牛儿苗这一优势秋萌物种,结合野外调查和室内控制实验,从生态因素和生物因素两方面探讨了其种子秋萌的机制,以及种子秋萌是否是其种群扩大和延续的重要原因。通过研究结论如下:一、尖喙牻牛儿苗在准噶尔荒漠秋萌物种中的重要地位通过对准噶尔荒漠14个样地连续两年的调查,共发现秋萌物种28种,占总物种数的33.73%,其中尖喙牻牛儿苗的重要值在所有秋萌一年生植物中排名前列,可见其在秋萌物种中占据重要地位。二、尖喙牻牛儿苗秋萌植株的生长、存活和竞争能力明显大于春萌植株(1)尖喙牻牛儿苗春、秋萌植株的生态生物学特征在不同生育期均存在显著差异。幼苗期和成熟期,秋萌植株的株高、根长、叶片数、种子数量和生物量均极显著大于春萌植株,但是各器官生物量分配比率与春萌植株差异不显著。(2)在群落中尖喙牻牛儿苗秋萌植株比春萌植株更具存活优势,且秋萌植株的竞争能力大于春萌植株;随着距离等级的增大,种内、种间竞争强度均呈现减小的趋势,且竞争在0-10cm范围内较为强烈。三、尖喙牻牛儿苗种子秋萌的生态因素(1)在自然生境中调查2009-2020年的春、秋季降水变异系数,发现除2009年外,其余年份秋季(9-11月)降水变异系数均小于春季(3-5月)降水变异系数,说明秋季降水波动小于春季,且尖喙牻牛儿苗的重要值和分布频度随秋季降水变异系数的减小而增大。(2)在自然条件下发现秋季萌发的尖喙牻牛儿苗密度和存活率均与秋季土壤含水量呈正相关关系。室内种子萌发试验发现,随着土壤含水量的增加,种子萌发率也在增加;在0℃/5℃和20℃/40℃温度下萌发率分别为21.67%和16.66%,均显著小于其他温度梯度,说明高温和低温条件不利于种子的萌发。(3)种内、种间竞争对尖喙牻牛儿苗种子萌发也有一定影响,随着自身播种密度的增加,种子在秋季的萌发率呈下降趋势;随着邻种密度(条叶庭荠Alyssum linifolium)的增加,种子在秋季的萌发率也呈下降趋势,说明种内、种间竞争均会制约种子的萌发时间。四、尖喙牻牛儿苗种子秋萌的生物因素(1)研究区共发现83种物种,果实类型有10种,其中秋萌物种的果实类型有7种,共性为容易扩散,如尖喙牻牛儿苗的果实为蒴果,其繁殖体具有附属毛,可借助风力传播扩散;容易开裂,如十字花科的果实为角果,成熟时极易开裂。(2)分析了10种秋萌物种不同植株部位种子的百粒重发现没有显著差异;不同植株部位的种子产量有显著差异,整体趋势为上位>中位>下位,其中尖喙牻牛儿苗植株上位生产的种子占种子总量约64.24%,远大于中位和下位的种子产量;不同植株部位种子在秋季的萌发率有上位>中位>下位的趋势。(3)2018年生产的种子萌发率仅为15%,而2019年和2020年生产的种子萌发率均达到了80%以上,说明种子寿命有限,要提高其生存机率,就必须在有活力时抓住合适的时机萌发。(4)对春萌植株和秋萌植株产生的种子进行萌发实验,发现两者的萌发率没有显著差异,说明母体效应不能显著影响子代种子的萌发时间。综上所述,尖喙牻牛儿苗秋萌的生态因素主要是由于秋季降水波动较小,且土壤含水量和温度适宜;种子在秋季的萌发率均随着自身种子密度的增加和邻种密度的增加而下降,因此为了减少春季种内、种间竞争其选择在秋季萌发。生物因素主要由于尖喙牻牛儿苗果实类型是容易开裂和容易扩散的类型;上位种子产量显著大于中位和下位,且上位种子更容易在秋季萌发;种子在储存第三年时萌发率显著下降,说明种子寿命有限,要提高其生存机率,就必须在有活力的时候抓住合适的时机萌发;母体效应对子代种子秋萌没有显著影响。另外,尖喙牻牛儿苗秋萌植株的生长、存活和竞争能力明显大于春萌植株,可见在秋季萌发的利益要大于在春季萌发。
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