基于MaxEnt模型识别和预测云南干热河谷适生树种,对于改善和恢复其生态治理能力具有重要意义.收集40种具有代表性的潜在适生树种地理分布数据,结合气候、地形和土壤等环境因子,利用MaxEnt模型筛选适生树种.预测当前和2021-2040年四种气候情景下(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)适生树种适生区的分布格局,划分优先种植区域,并明确MaxEnt模型用于树种选择的可行性.结果表明:(1)当前气候情景下,影响干热河谷潜在适生树种分布的主导因子是气候因子,其次是海拔、植物归一化指数、地表太阳辐射量和人类足迹.(2)未来,24种适生树种适生区稳定,发生概率与海拔关系呈单峰分布且高海拔下适生树种丰富度将降低.(3)干热河谷适生树种优先种植区域沿干热河谷呈狭长分布;实际调查发现,元谋县适生树种实际分布区域面积略高于最佳种植区域面积.应用MaxEnt模型筛选干热河谷适生树种选择是可行的,但在应用之前必须通过实地调查来验证树种实际生存情况与预测结果的差异.在干热河谷生态修复造林时,可优先考虑白枪杆、车桑子等24种树种.

为了解微量元素对车桑子(Dodonaea viscosa)生长的作用,研究添加微量元素(硼B、铁Fe、锰Mn、锌Zn)对车桑子生长和叶绿素荧光特性的影响.结果表明,除Mn外,B、Zn和Fe均对车桑子的生长和叶绿素荧光参数有显著促进作用(P<0.05);且添加 B 的车桑子具有更高的生物量积累,比对照显著提高了 133.61%.微量元素与土壤类型对叶片磷(P)含量和叶片氮磷比(N/P)具有显著的交互作用(P<0.05),紫色土添加Zn、黄棕壤添加Fe均显著降低了叶片N/P.燥红土和黄棕壤上车桑子的株高、叶面积和生物量积累均高于紫色土,但紫色土和黄棕壤上车桑子的根冠比和叶片N/P显著高于燥红土(P<0.001).这表明微量元素对干热河谷车桑子生长具有重要作用,在植被恢复过程中可通过添加B、Fe、Zn尤其是B来促进植物生长.

以车桑子生殖枝为材料,通过野外调查、取样以及各器官生物量的测定,研究金沙江干热河谷地区车桑子不同性别植株生殖枝生物量分配特征.结果表明:(1)金沙江干热河谷地区车桑子种群雄∶雌性别比为0.11,极显著的偏离1∶1(P＜0.001),种群偏雌性.(2)车桑子生殖枝的形态特征和生物量分配特征均具有显著的性别差异;雌性植株生殖枝花朵生物量和总生物量显著高于雄性和两性植株(P＜0.05),而后两者之间无显著差异;生殖枝生殖分配具有显著的性别差异(P＜0.05),但生殖枝叶生物量无性别差异.(3)生殖枝生物量大小与花朵生物量、营养生物量均呈极显著正相关关系(P＜0.001).营养生物量与花朵生物量之间为显著正相关关系(P＜0.01),生殖分配与生殖枝大小无相关关系.研究认为,车桑子生殖枝营养生长与生殖生长不具有权衡关系,且生殖分配不具有个体大小依赖性,特定生物量分配模式可能是对金沙江干热河谷区资源利用、环境适应的一种特殊形态模式.

为了解干热河谷区车桑子(Dodonaea viscosa)胚胎学特征及其结籽率低的原因,采用常规石蜡切片法和电镜扫描技术对车桑子小孢子发生、雄配子体发育和花粉的形态特征进行了观察.结果表明,车桑子花药具有4个花粉囊.完整的花药壁从外到内依次为表皮、药室内壁、2～3层中层细胞和绒毡层;绒毡层类型是腺质绒毡层.花药成熟期,中层、绒毡层均退化消失.小孢子母细胞进行同时型胞质分裂;四分体为四面体型结构.成熟的花粉为二细胞型.花粉近球形,外壁密布颗粒状纹饰,具有3条不构成合沟的萌发沟.雄性生殖发育过程出现的异常现象可能是干热河谷地区车桑子结籽率低的原因之一.

为明确车桑子(Dodonaea viscosa)造林对北盘江喀斯特地区乡土植物物种多样性的影响,该研究采用群落样地调查法对不同车桑子覆盖度(0、20％、40％、60％、80％、100％)下的植物群落进行实地调查,并对其植物群落的物种多样性进行了对比分析.结果表明:(1)随车桑子覆盖度的增加,群落物种数及高位芽物种数有所下降,留下的物种多为地面芽、隐芽和一年生的草本植物.(2)随车桑子覆盖度的增加,Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数及Pielou指数均呈下降趋势,群落中植物的种类和数量均减少,群落结构趋于简单,稳定性降低.(3)随车桑子覆盖度的增加,群落的物种组成不断发生替换,且草本植物的物种替代率均大于木本植物,但群落中物种间替代率呈先降低后升高的趋势,相邻两覆盖度之间的物种相似性系数呈先增加后减小的趋势.研究认为,当车桑子覆盖度≥60％后,乡土植物物种丰富度、多样性相对较低,物种分配不均匀,群落结构变简单,稳定性较差,不利于群落向更高级的演替阶段发展.

以普洱地区14种常见植物种子为材料,在实验室条件下研究了其在白光、黑暗、红光和蓝光条件下的萌发特性,并分析了种子大小与萌发率、萌发速率、萌发开始时间的关系.结果表明:光质对四方蒿、沙针、尖子木、藿香蓟种子萌发率和萌发速率均有显著影响(P<0.05).光质对大叶斑鸠菊、云南山枇花、臭灵丹、车桑子、光萼猪屎豆、葫芦茶、云南地桃花、西南宿苞豆、岗柃、中国宿苞豆10个物种的种子萌发率和萌发速率均没有显著影响(P>0.05),以上物种中除中国宿苞豆外,其他物种种子萌发率均在20％ 以下,处于休眠状态.四方蒿种子在白光(89.9％)和红光(84.7％)下萌发率最高,红光下种子萌发最快(4.93),蓝光下种子萌发开始时间最晚(11.3 d);沙针种子在白光下萌发率最高(80.4％)、萌发速率最快(2.71),在黑暗和蓝光下萌发率较低(43.9％和38％)、萌发速率最慢(0.73和0.85),白光、红光下萌发开始最早(11 d),黑暗条件下萌发开始最晚(21.7 d);尖子木种子萌发率在白光、黑暗、蓝光下均在86％以上,而红光下仅32％且萌发速率最慢(1.29),在蓝光下萌发开始时间最晚(13 d);藿香蓟种子萌发率和萌发速率在红光下最高(分别为71.3％和6.46),黑暗条件下最低(分别为42.5％和2.62);大叶斑鸠菊萌发开始时间在黑暗条件下最早(6 d),其次是白光下(7 d),蓝光和红光下较晚,分别为8 d和7.7 d.14个物种种子的萌发率与种子大小间均有显著负相关关系;种子萌发速率、萌发开始时间与种子大小间也有负相关关系,但不显著;种子大小与萌发率、萌发速率和萌发开始时间的关系不会随着光质的变化而发生变化.

采用常规石蜡切片法,对车桑子大孢子的发生和雌配子体的发育进行观察,探讨车桑子自然结籽率低的原因和明确其胚胎发育特征.结果 表明:(1)车桑子花柱有花柱道,子房3室,中轴胎座,横生胚珠,每心室两枚胚珠,双珠被,厚珠心,无承珠盘.(2)位于珠心表皮细胞下的孢原细胞经平周分裂产生造孢细胞,造孢细胞发育为大孢子母细胞,大孢子母细胞经减数分裂形成线性四分体,靠近珠孔端3个大孢子退化消失,靠合点端大孢子发育为功能大孢子,大孢子发生类型为单孢子发生型.(3)单核胚囊经3次有丝分裂形成7细胞8核的成熟胚囊,胚囊发育类型为蓼型.(4)花器官形态的变化和大孢子发育过程有一定联系,可根据雌花形态特征大致判断大孢子发育时期.研究认为,车桑子雌配子体发育过程中出现的胚囊不中空、游离核不进一步细胞化等异常现象,可能是导致车桑子自然结籽率低的原因之一.

氮磷养分是限制干热河谷植物生长的重要元素,不同土壤上植物受到的养分限制类型不同.光合作用作为植物生长发育的基础,不同土壤上氮磷养分添加对干热河谷植物光合生理特征的影响还没有报道.因此,以干热河谷优势植物——车桑子为研究对象,在元谋县不同海拔处采集土壤,设置加氮(+N)、加磷(+P)、氮磷同时添加(+NP)和不添加(CK)四个处理,研究车桑子光合响应曲线、叶绿素含量和叶绿素荧光特性对氮、磷添加的响应规律,并探讨光合响应特征与车桑子生长的关系:研究结果显示:1)不同海拔土壤上,车桑子光合生理特性对氮磷添加具有不同的响应.在低海拔燥红土上,氮添加处理(+N和+NP)提高了车桑子净光合速率、叶绿素含量和PSII活性;中海拔紫色土上,+NP促进了车桑子光合速率和叶绿素含量的提高;高海拔黄棕壤上,+N处理降低了车桑子净光合速率和PSII活性,而磷添加处理(+P和+NP)提高了车桑子净光合速率.2)车桑子光合特性对养分添加的响应取决于土壤的养分限制类型,限制性养分添加可以提高车桑子的净光合速率.3)燥红土上+P以及黄棕壤上+N对PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)的降低更大程度上归于可变荧光Fv的减少而不是最小荧光F0的增加,可减少养分限制对光系统Ⅱ造成的伤害.4)三种土壤类型上车桑子的叶绿素含量和组成差异极显著,相比于燥红土和紫色土,黄棕壤上车桑子的叶绿素含量显著更高,而叶绿素a/b显著更低.综上,本研究结果表明,车桑子光合能力受到氮和磷的共同调节,不同土壤上光合生理特性的响应可增强植物对限制性养分的适应性,影响植物生长发育.

植物叶脉特征和叶氮含量的变化影响着叶片经济谱的形成,为验证叶片结构中叶脉网络构建提供了理论依据.该文以单位质量叶氮含量(Nmass)和单位面积叶氮含量(Narea)分别表示叶氮含量,采取主成分分析、线性回归分析的方法,研究了云南文山石漠化区旷地(Ⅰ)、林缘(Ⅱ)和林下(Ⅲ)3种自然生境下车桑子的叶脉密度(Vein density,VD)与Nmass和Narea的异速关系.结果 表明:从乔灌群落的旷地到林下,车桑子的比叶面积、叶绿素总含量、光能利用率和Nmass逐渐增大,光饱和点、光补偿点、水分利用效率、VD、Narea逐渐减小,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度呈先增大后减小的趋势.VD与叶氮含量呈不同程度的相关性,在生境Ⅰ和Ⅲ,VD与Nmass和Narea分别具有显著的负相关(P＜0.05)和正相关(P＜0.05);在生境Ⅱ,VD与Nmass和Narea分别呈不显著负相关(P＞0.05)和正相关(P＞0.05).车桑子在旷地强光生境,高VD的叶片含有低Nmass高Narea,而林下荫蔽生境偏向于相反的配置模式,反映了石漠化区植物较强的叶脉可塑性及其与氮利用性状的权衡机制.

水分是干热河谷植物生长过程中最主要的限制因子,种植密度增加也会引起植物生长的资源限制,两者交互作用下植物生长性状及种内关系的变化特征还不清楚.以干热河谷优势植物——车桑子为研究对象,根据元谋干热河谷年均生长季降雨量设置3种水分梯度:高水分、中水分和低水分,同时在各水分梯度下设置4个种植密度:1、2、4、9株/盆,探究水分、种植密度及其交互作用对车桑子生长性状、生物量分配及种内相互作用的影响.结果 表明:(1)低水分条件下,车桑子生长和水分生理受到抑制,但车桑子在较低的叶水势下依然能够保持较高的相对含水量;(2)干旱胁迫显著降低了车桑子总生物量和单株生物量,显著增加了枯叶生物量比例,低水分和中水分条件下,增加种植密度对总生物无显著影响;而高水分条件下,增加种植密度显著提高了车桑子总生物量;(3)低水分显著增加了茎、叶生物量的异速生长指数,将更多生物量分配到叶,而种植密度增加显著降低了茎、叶生物量的异速生长指数,增加了茎的生物量分配;(4)通过相对邻体效应的计算,各处理条件下,车桑子种内关系均表现为竞争作用,并且,这种竞争作用的强度随水分的减少和密度的增加而增加.在高密度条件下(9棵/盆),增加水分不会减轻种内竞争作用.综上,水分和种植密度均会对车桑子个体的生理生长产生影响,在植被恢复过程中,应考虑水分和种植密度对车桑子个体产生的资源限制作用.