植物水力性状能够反映植物对不同水分条件的适应能力,研究热带珊瑚岛特殊生境下优势植物的水力功能特征对深入理解热带珊瑚岛植物的水分适应策略,从而选择热带珊瑚岛植被构建和恢复的适生物种具有重要意义.该研究以中国热带珊瑚岛生境中2 种优势适生木本植物:抗风桐(Pisonia grandis)和草海桐(Scaevola sericea)为研究对象,比较了其叶片和枝条的水力性状,并分析了其水分适应策略.结果表明,抗风桐的叶片栓塞抗性、枝条边材比导水率和叶片膨压丧失点显著高于草海桐,而枝条栓塞抗性、叶片导水率、边材密度和叶面积边材面积比均显著低于草海桐.抗风桐的叶片具有比枝条更强的抗栓塞能力,对水分胁迫敏感,但同时选择以高效的枝干水分运输来满足叶片高蒸腾需求的充足供水.草海桐枝条与叶片则存在水力脆弱性分区,在面临水分胁迫时叶片充当"安全阀"以保证枝干木质部的水力安全.抗风桐与草海桐能够通过协调叶片与枝条水力性状采取不同的水分适应策略,从而更好地适应热带珊瑚岛的特殊生境.

高碱环境和土壤养分的匮乏严重限制了我国热带珊瑚岛土壤环境下植物的生长适应能力,因此,珊瑚砂改良对促进珊瑚岛植被恢复,维持珊瑚岛生态环境可持续健康发展具有重要意义.该研究通过室内土柱模拟试验,对比了同一梯度下 4 种常用土壤改良材料(蛭石、珍珠岩、生物炭和钙基膨润土)对珊瑚砂理化性质、氮素淋溶以及总氮含量的影响.结果表明,与对照(CK)相比,施用生物炭使珊瑚砂pH显著降低1.4%,钙基膨润土、生物炭和蛭石能够显著提高珊瑚砂的阳离子交换量至CK的24.21、10.43和9.43倍.同时,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石并不能降低以硝态氮形式为主的氮素淋失,但是能显著减少其他途径的氮素损失,从而达到促进珊瑚砂氮素固持的效果,3 种改良剂施用下的珊瑚砂总氮损失相较于CK分别降低了 40.92%、27.32%和 25.09%.因此,施用生物炭、钙基膨润土和蛭石均能有效提高珊瑚砂土壤质量,对改良珊瑚砂和热带珊瑚岛植被恢复具有重要意义,其中生物炭的改良效果最为显著,是改良珊瑚砂的理想材料.

入侵植物对热带珊瑚岛植被及生态系统产生严重威胁,研究热带珊瑚岛生境下入侵植物的种子萌发特征,可为预判入侵植物在热带珊瑚岛的扩张潜力提供科学依据.该研究以入侵植物飞机草(Eupatorium odoratum)、南美蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)和原生植物林泽兰(E.lindleyanum)种子为对象,通过"人为增温 3℃+海砂基质+水"模拟热带珊瑚岛生境,测定种子萌发性状.结果表明:飞机草种子萌发性状主要受海砂基质和增温的影响;南美蟛蜞菊和林泽兰种子萌发性状则主要受海砂基质的影响.在热带珊瑚岛生境下,3种植物的繁殖潜力均显著低于大陆生境,飞机草和南美蟛蜞菊繁殖潜力降幅尤为显著.飞机草种子扩张潜力与林泽兰相当,但南美蟛蜞菊种子扩张潜力显著高于林泽兰.虽然飞机草和南美蟛蜞菊被人为带入热带珊瑚岛后的繁殖潜力有所下降,但其种子萌发特征对珊瑚岛生境的适应性和高于原生物种的扩张潜力均表明这2 种入侵植物将对珊瑚岛植被生态系统造成威胁,在今后的研究中应当着重关注热带珊瑚岛生境入侵植物的防控工作.

为探究植物对热带珊瑚岛高温、强光照、干旱、盐碱等极端环境的适应策略,分别以生长于海南文昌苗圃和移栽至热带珊瑚岛的 29 种植物为研究对象,对其叶片性状进行测定和比较分析.结果表明,与海南文昌的同种植物相比,热带珊瑚岛的草本植物除干物质含量增加外其他性状均无显著改变;而木本植物的比叶面积显著下降,叶片厚度和叶片干物质含量显著增加,海绵组织更厚且栅栏组织排列更紧密,但气孔长度、气孔密度及气孔面积指数无显著差异.岛上木本植株采取慢速投资-收益的资源获取策略,将更多的资源投入到叶片构建中从而增强逆境下的适应性,并且通过非气孔调节的方式提高光合与储水的潜力以抵御胁迫.栽植于热带珊瑚岛的 29 种植物能够采用更保守的资源利用策略,较好地适应干旱、强光照等胁迫环境,可用于热带珊瑚岛植被构建.

为了解热带珊瑚岛对植物生长的影响,对狗牙根(Cynodon dactylon)、大叶相思(Acacia auriculaeformis)和木麻黄(Casuarina equisetifolia)在热带珊瑚岛的生态适应性进行了研究.结果表明,与海南文昌苗木基地的同种植物相比,珊瑚岛胁迫生境下3种植物叶片中的抗氧化酶活性(SOD、CAT和POD)和脯氨酸含量均显著提高(P<0.05);大叶相思和狗牙根的丙二醛含量也极显著提高(P<0.01),但木麻黄则没有显著变化.这表明这些植物可以通过提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量来适应珊瑚岛的胁迫生境.

橙花破布木(Cordia subcordata)为紫草科常绿小乔木,生长在沿海荒地以及红树林边缘,是我国西沙群岛和南沙太平岛的优势乡土树种.对其叶片生理生态学特征、叶片营养元素含量、土壤营养元素含量进行了测定,结果表明,橙花破布木叶片栅栏组织排列较为紧密有序,而海绵组织则排列较疏松无序,具备明显的阳生性特征;叶片面积大,可竞争到更多的光照;叶片下表皮气孔数多,利于同化二氧化碳并积累干物质;上表皮厚,比叶面积小、导管直径和导管密度大,叶导水率低,木质部密度大,这些生理生态特征有利于其充分利用水分,并适应干旱环境.橙花破布木叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性较高,脯氨酸(PRO)和脱落酸(ABA)含量较高,但丙二醛(MDA)的含量较低,说明其对逆境的耐受性较强.橙花破布木体内养分含量较高,而其生长的土壤养分含量低,说明其养分吸收和利用能力较高.因此,橙花破布木对高温、强光、干旱、贫瘠具有较强的适应能力,因而在热带滨海地区的绿化和防风林建设方面具有良好的应用前景.

抗风桐(Pisonia grandis)为紫茉莉科常绿乔木,是西沙群岛自然植被中最常见的乔木树种,具有重要的生态、药用和观赏价值;其生长速度快,断枝可再殖,在防风、海岸固沙以及海岛植被恢复方面具有重要作用.该研究以西沙群岛永兴岛的野生抗风桐为研究对象,对其形态解剖特征、生理特征和营养成分进行了研究.结果表明:抗风桐属阳生性树种,具有叶片厚、比叶面积低、栅栏组织发达、海绵组织细胞间隙小等形态解剖特征,利于其对光能和水分的利用;其超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性高、脯氨酸含量较高,丙二醛含量较低,表明其具有较强的抗旱性.抗风桐生长的土壤养分含量低,但其叶片营养元素含量高,表明抗风桐对土壤养分的利用能力高,对土壤养分贫瘠胁迫具有较强的适应性.因此,抗风桐能适应强光、干旱和贫瘠等生长条件,可作为热带珊瑚岛植被恢复的重要树种.由于抗风桐生长速度快、适应环境能力强,因此在栽培过程中应适时浇水及补充生长所需的矿质元素,以维持植株生长所需要的水分和养分平衡.该研究结果为抗风桐的引种、栽培、保护及开发利用提供了科学依据.

为了解榄仁树(Terminalia catappa)的生理生态特性,对西沙群岛永兴岛上自然生长的榄仁树的叶片形态、生理特征、营养元素含量以及根际土壤特征进行了研究.结果表明,榄仁树具有比叶面积低、叶片厚、气孔密度小等形态特征.叶绿素a/b为2.25:1,低于理论值3:1.叶片的SOD和POD活性较低,脯氨酸和ABA含量较高.植物体内养分含量较高,适生土壤养分含量低.这说明榄仁树叶片的吸收利用光能能力较强,保水能力较好,有较强的抗干旱和抗逆能力,适生于贫瘠的土壤并保持较高的叶片营养.因此,榄仁树是一种能够适应高温、干旱、贫瘠等恶劣生境条件的树种,可作为热带珊瑚岛植被恢复的工具种和园林绿化树种.

植被新建是保护和改善热带珊瑚岛生态系统的关键环节,热带珊瑚岛极端干旱生境是影响植物存活和定居的主要限制因子之一,因此选取适生植物对热带珊瑚岛植被新建至关重要.通过测定在海南省文昌市苗圃和热带珊瑚岛上的草海桐(Scaevola taccada)、厚藤(Ipomoea pescaprae)、木麻黄(Casuarina equisetifolia)、花生(Arachis hypogaea)、椰子(Cocos nucifera)5种植物的光合/水力相关功能性状,探讨植物对热带珊瑚岛生境的适应性.研究发现:与对照(文昌苗圃)相比,热带珊瑚岛上的草海桐、厚藤、木麻黄最大光合速率(Amax)均显著升高;除椰子外,其余4种植物的比叶面积(SLA)降低,长期水分利用效率升高(其中木麻黄和花生升高显著);5种植物的叶片碳含量(LC)均有不同程度降低.此外,厚藤、木麻黄、椰子的叶片导水率(K1eaf)显著升高;厚藤和花生的叶片膨压丧失点(Ψtlp)显著降低;厚藤和木麻黄的气孔导度(gs)显著升高.研究结果表明草海桐、椰子、花生主要通过非气孔调节方式(提高Kleaf,降低Ψtlp、SLA等)适应热带珊瑚岛干旱环境;而厚藤和木麻黄同时通过气孔调节(降低gs)及非气孔调节(提高Kleaf,降低Ψtlp、SLA等)两种方式促进植物碳同化和水分利用.综上所述,草海桐、厚藤、木麻黄具有更高的光合能力和水分利用效率,能有效协调碳同化和水分利用,表现出良好的适应能力,适合用于热带珊瑚岛的植被新建.

热带珊瑚岛由于光照强、季节性干旱明显、土壤贫瘠、保水能力差而少有植物生长.草海桐(Scaevola sericea)是一种典型的热带滨海植物,是西沙群岛珊瑚岛植被中的主要建群种,在海岛和海岸带防风固沙及植被生态恢复等方面发挥着重要作用.该研究对西沙群岛自然环境下草海桐的形态解剖学特征、抗氧化能力、抗逆性物质含量及营养元素含量等进行了研究.结果表明:草海桐具有阳生性植物特征,叶片及上表皮厚、气孔密度小、导管直径及水力导管直径大,有利于其适应珊瑚岛干旱环境;其体内的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性与其他受胁迫植物相比较要高,脱落酸含量也较高,表明草海桐对珊瑚岛环境具有较强的适应性及抗逆性;其根际土壤养分含量偏低,但植物体内营养元素含量却较高,表明草海桐对土壤养分的利用效率高.这说明草海桐能够很好地适应干旱、贫瘠的珊瑚砂环境,具有较强的抗逆及适应能力.