目的:旨在探究广西特色药材薄叶红厚壳植株构件生物量及其分配特征,深入了解植株生长特性,以期为后续规模化繁育提供理论依据.方法:基于植物标本信息与相关文献资料查阅结果,在广西境内设置10个调查点(遍及8个市县行政区)开展资源分布调查.每个调查点随机选取3个以上植株,采用全株收获法,获取植株生长指标及生物量数据,对比野生植株与栽培植株的生长指标差异,同时在个体水平上探究器官生物量分配及其与地理因子、生长指标间的关系.结果:通过对资源调查数据进行统计分析,发现野生薄叶红厚壳种群呈零星分布模式且多生长于林分下部;与人工栽培的薄叶红厚壳相比,野生薄叶红厚壳植株平均年龄为(14.47±1.74)a,平均地径为(8.28±0.53)mm,平均株高(75.68±5.10)cm,平均总生物量(43.31±5.96)g,上述生长指标远低于人工栽培植株;就生物量分配特征而言,各调查点植株茎生物量最大(56.48±18.79)g,茎质比均超过35％,而叶质比与根质比差异不明显;通过分析地理环境因子及植株生长参数对生物量分配的影响,发现根冠比与海拔呈显著正相关,根质比与株高呈显著负相关,茎质比与纬度、地径、株高、年龄均呈显著正相关,叶质比与除海拔外的其余5种因子均呈显著负相关;地理因子对其生物量分配的整体解释度为23.2％,略高于生长参数(19.6％).结论:广西境内薄叶红厚壳植株分布广泛,但资源总量逐渐减少,植株生长状况稳定.构件生物量及其分配存在显著的空间地理差异,除地理因子与生长因子外,生物量分配还受到其他因素的影响.

为了探讨自交植物黄花大苞姜(Caulokaempferia coenobialis)对石壁附生这一特殊生境的生态适应,对其不同物候期和不同生境的生殖分配进行了对比研究.结果表明,在生殖生长过程中,黄花大苞姜种群用于营养生长的生物量分配占有绝对优势,而用于生殖的生物量分配比例较小(<13%).在黄花大苞姜各构件的生物量分配中,根茎和叶的比重较大(24.22%～43.25%).在光线较弱生境中的种群,为了提高资源获取能力,黄花大苞姜分配到叶的比重明显高于光线较强的种群,而分配给根茎的比例却明显低于光线较强的种群.随着物候期的推移,黄花大苞姜生殖分配的比例不断增加,到果期达到最大值.不同种群间和年度间黄花大苞姜分配给生殖构件的比例没有显著差异,推测其生殖分配可能受遗传因素控制.个体大小与根茎生物量呈极显著线性函数同速生长,而与生殖分配在云天海种群没有表现出相关性,在上坪和天堂顶种群表现为同速生长关系,但决定系数小于 40%.因此,黄花大苞姜能有效调节其在不同生境的生物量分配以适应石壁附生的特殊生境,在光线较弱的种群提高叶的生物量分配并降低根茎的生物量分配以提高资源的获取能力.整体上投资到营养构件的生物量占比高达87%以上,生殖构件在居群间和年度间均保持稳定.这种繁殖策略,一方面较高的营养构件投资可以获得更多的资源,另一方面稳定的生殖投资可以保证种群的延续,各构件相互协调以更好适应石壁这一资源匮乏的生境.

研究根茎型禾草的克隆生长特性在揭示草地植物的适应对策中具有重要意义.本研究在观测24种根茎型禾草地上、地下克隆生长格局的基础上,选择3种代表性禾草,采用"单位土体挖掘取样法",对其芽库及克隆构件季节性变化进行监测.结果表明:(1)根茎型禾草的克隆生长格局包含三类:(Ⅰ)以无芒雀麦为代表的"短根茎平面扩展型"、(Ⅱ)以赖草为代表的"长根茎平面扩展型"和(Ⅲ)以白草为代表的"空间层片扩展型".(2)白草的分蘖(540～680个·m-2)、节间(3200～4600个·m-2)和芽库(350～1000个· m-2)密度成倍数高于其他2种禾草,其空间克隆生长能力最强(P≤0.05);赖草的节间密度(1300～1700个·m-2)和长度(3.5～4.0 cm)显著高于无芒雀麦的节间密度(70～320个·m-2)与长度(1.0～1.5 cm),根茎延伸能力较后者强(P≤0.05).(3)无芒雀麦的分蘖密度与分蘖芽呈正相关,但与向上芽呈负相关,呈"密集型"生长(P≤0.05);赖草的分蘖密度和节间密度与根茎芽、分蘖芽、水平芽和向上芽的芽密度均呈正相关,呈"密集-游击型"过渡生长;白草分蘖密度和节间密度均与根茎芽呈正相关,呈"游击型"生长.结合研究区干旱、夏季高温、冬季寒冷、土壤贫瘠等特点,"密集-游击型"生长的赖草既可以集中利用资源,也可以索取分散资源,更易于在该区形成优势种群.通过分析芽库、克隆构件的分布与数量关系,了解根茎型禾草克隆生长特性,有助于揭示植物在群落中的分布,为退化草地的恢复提供有益参考.

采用单位面积取样,计数和测量的调查与统计方法,对扎龙湿地保护区4个生境单优群落芦苇种群分株构件数量特征进行比较分析.结果表明,4个生境芦苇种群从5月10日左右返青后进入营养生长期,分株高度和分株密度均持续增加到生殖生长初期的8月份,其中6-8月份差异均达到显著水平(P＜0.05),8-10月份差异均未达到显著水平(P＞0.05),芦苇进入生殖生长期后,分株便停止高度生长,地下芽的输出也不再形成分株补充现实种群;分株生物量和种群生物量均持续增加到生殖生长旺盛期的9月份,至休眠期的10月份均有所降低,各月份间的差异均达到显著水平,芦苇种群在生长季末期,具有将生产的物质分配转移到地下储藏与营养繁殖器官的形成与生长上的特性.芦苇种群分株数量特征与返青后实际生长时间之间均较好地符合对数函数关系,R2在0.818-0.994之间,拟合方程均达到了P＜0.05的显著水平.4个生境芦苇种群分株密度以湿生生境最大,依次为水生生境、旱生生境,盐碱生境最小,分株高度、分株生物量和种群生物量均以水生生境最大,依次为湿生生境、旱生生境,盐碱生境最小.因此,4个生境芦苇种群分株构件数量特征均表现出基本一致的生育期节律性,同时,芦苇种群的个体生长和种群动态存在明显的环境效应,土壤含水量、pH是影响该地区芦苇分株数量特征的主要因子.

芦苇分布广、耐性强,被广泛应用于污染修复,无性繁殖是其种群繁衍和维持的主要方式.在大气CO2浓度升高的背景下,重金属污染将如何影响芦苇的克隆生长还不清楚.本实验以芦苇为研究对象,在人工气候室模拟大气CO2浓度(380±20 μmol·mol-1)和倍增浓度(760±20 μmol·mol-1),设置铅处理浓度0、300、500、1500、3000 mg·kg-1,探讨在铅污染以及CO2倍增的双重影响下芦苇的克隆繁殖响应.随着铅处理浓度增加,根茎数和根茎长度、根茎节芽、根茎顶芽和总芽数显著减少,分蘖节芽数呈先增加后减少但均大于对照,根茎子株数显著增加,分蘖节子株数和总子株数无显著变化,芦苇各器官铅含量显著增加.CO2浓度倍增条件下,相同浓度铅处理芦苇的根茎数、根茎长度、各类型芽数和子株数显著增加或呈增加趋势;芦苇吸收、积累的总铅含量增加,主要积累在根,但无性繁殖器官根茎和光合器官茎和叶中铅含量显著减少.以上结果表明,大气CO2浓度升高能减缓铅污染对芦苇克隆生长的负面影响,增强芦苇的克隆生长和种群稳定,主要通过增强构件成本较低的集群生长模式、增加根茎延伸促进芦苇游击生长模式和有效的铅分配策略.

采用刈割和挖土取样,对扎龙湿地旱生、湿生、水生和盐碱生境芦苇种群分株、根茎和根茎芽进行调查.结果表明:6-10月,4个生境芦苇种群分株密度、根茎长度和根茎芽库存量、输入量、休眠量均以湿生生境最大,盐碱生境最小;根茎芽输出量均以水生生境最大,盐碱生境最小,构件间的差异及其差异序位均相对稳定,构件种群均存在明显的环境效应,构件水平上存在较大的可塑性;构件间又均表现出一定的协同进化性,其中分株密度与根茎长度、根茎芽库存量和输入量之间呈显著或极显著正相关,与根茎芽休眠量之间呈显著负相关;根茎芽库存量、输入量和输出量与根茎长度之间呈显著或极显著正相关;芦苇分株均由根茎芽萌发形成,根茎芽对分株的贡献率为100％,80％以上的根茎芽萌发形成新根茎,根茎的生长又可形成更多的根茎芽,不同构件形态结构的更替改变维持着种群的稳定和持续更新.

为探查外来入侵植物三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata)对遮荫和氮养分的响应及其入侵性,采用盆栽实验研究了遮荫(轻度遮荫-相对光强为42％;重度遮荫-相对光强为12％)和不同氮养分(0、0.1、0.2和0.4 g·kg-1)对三裂叶蟛蜞菊生长、生物量分配以及叶片PSⅡ功能的影响.结果表明:1)经轻度遮荫的植物叶片数、分枝数、总生物量、生长速率显著大于重度遮荫;同一遮荫条件下,随氮养分的增加,茎生物量比增加、叶生物量比下降.2)重度遮荫降低了三裂叶蟛蜞菊叶片实际光化学效率(ФPSⅡ)和表观光合电子传递速率(ETR),对叶片PSⅡ反应中心有一定破坏作用;对最大光化学量子产量(Fv/Fm)的影响不显著(除0.2 g·kg-1氮水平外).3)氮养分对叶片PSⅡ活性的影响随遮荫程度而变化,轻度遮荫下,氮养分对叶片PSⅡ功能影响较小;重度遮荫下,随氮养分的增加,ФPSⅡ和ETR先上升后下降,Fv/Fm变化不显著.4)光强和氮养分的交互作用在三裂叶蟛蜞菊种群生长、竞争以及成功入侵过程中发挥着重要作用,在光照较充足的生境中容易成功入侵.

朝鲜崖柏为长白山植物区系特有树种,是国家Ⅱ级重点保护的珍稀濒危植物.通过调查长白山区天然分布朝鲜崖柏种群的生境条件和克隆构件的形态学指标,分析了朝鲜崖柏克隆种群特征,并基于构件理论,采用灰色关联及通径分析方法,对种群构件与土壤因子的关系进行研究.结果表明:1)朝鲜崖柏克隆种群具有较强的表型可塑性,分布于暗针叶林下的朝鲜崖柏克隆种群分株间隔子长、地上扩张域、分株间距高于朝鲜崖柏纯林群落,种群构件变异性较高.2)朝鲜崖柏克隆生长格局介于密集型和游击型之间,具有快速克隆扩张能力和明显的斑块状.在土壤贫瘠的纯林群落内,种群更趋近于密集型分布;在土壤条件较好的暗针叶林下,更趋于游击型分布.3)朝鲜崖柏克隆种群生长对土壤异质性的响应具有特殊性,土壤水分是影响朝鲜崖柏种群扩张的最关键因子,土壤pH值、土壤腐殖酸、土壤速效磷、土壤速效钾是影响朝鲜崖柏克隆种群构件较重要的因子.4)土壤养分直接影响克隆植物构件特征及生态适应对策,各克隆分株构件受土壤养分影响的排序为速效磷＞速效钾＞有机质＞全氮.

空间拓展是克隆植物响应环境的生态适应和权衡维度,以内陆盐沼湿地典型代表敦煌阳关国家级自然保护区内的芦苇(Phragmites australis)为研究对象,基于水库距离远近和芦苇种群的密度与盖度,设置了近水区(500 m)、过渡区(1500 m)、荒漠区(2500 m)3个不同的采样梯度,研究了环境异质条件下芦苇克隆构件空间拓展策略及其对土壤环境因子的响应.结果 表明:(1)芦苇克隆构件在异质环境条件下差异显著,初级根茎条数、根茎节间长、间隔子长、分枝角度呈现“同增同涨”的协同进化关系(P＜0.01),而与分株数呈现“此消彼长”的权衡关系(P＜0.01).(2)且随着种群的密度降低,芦苇在空间拓展过程中呈现从“密集型”转“游击型”的生存策略.(3)冗余分析显示土壤水分、pH值、盐分是克隆构件空间拓展的主要驱动力,其中各层土壤水分、深层土壤pH值和盐分是芦苇空间拓展最重要的环境因子.明晰内陆河湿地芦苇克隆构件空间拓展策略及主要的环境驱动力,能为干旱脆弱敏感区湿地保护和生态恢复提供借鉴意义.

克隆植物根茎具有营养繁殖和扩展种群的功能,也是芽和分株生理整合的通道.根茎构件具有出生、死亡及年龄等种群统计特征,不同龄级根茎的季节动态可以反映根茎的存活和衰老过程.采用单位土体挖掘取样,对扎龙湿地4个生境芦苇种群根茎构件进行野外调查,比较不同龄级根茎长度、生物量和干物质贮量的季节动态.结果 表明:7-10月份,1a根茎长度、生物量和干物质贮量均呈指数函数增加,在生长季中后期有一个持续时间较长的生长和物质积累时期.6-10月份,2a、3a根茎长度呈线性函数增加,4-6a根茎长度呈线性函数减少;2-4a根茎生物量和2-5a根茎干物质贮量呈二次函数先减少后增加,5a、6a根茎生物量和6a根茎干物质贮量呈幂函数减少.整个生长期内,根茎长度和根茎生物量均以3a最大,根茎长度以最高的6a最小,根茎生物量以最低的1a最小;根茎干物质储量以5a最大,以最低的1a最小.4个生境芦苇种群根茎长度、生物量和干物质贮量在龄级间的差异及差异序位稳定,在新根茎的产生、老根茎的存活以及根茎寿命与养分消耗和储藏上均具有稳定的生物学特性,不同龄级根茎在种群中的地位和作用以及对种群的贡献不同.