典型荒漠植物叶片养分回收特征及其对环境的响应机制

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1、分类号：密级：研究生学位论文典型荒漠植物叶片养分回收特征及其对环境论文题目（中文）的响应机制Characteristicsofleafnutrientresorptionin论文题目（外文）typicaldesertplantsanditsresponsemechanismtoenvironment研究生姓名王立龙学科、专业生物学·植物学研究方向植物生理生态学学位级别博士导师姓名、职称安黎哲教授徐世健副教授论文工作起止年月2014年9月至2018年4月论文提交日期2018年4月论文答辩日期2018年5月学位授予日期校址：甘肃省兰州市√典型荒漠植物叶片养分回收特征及其对环境

2、的响应机制中文摘要养分回收是多年生植物重要的养分保存策略。深入研究植物的养分回收特征及其调控机制对阐明植被生态系统的养分循环以及植物对不同环境的适应与响应意义重大。前人的研究大多集中在森林和草地生态系统中，而有关荒漠生态系统中植物的相关研究仍然比较缺乏。荒漠区占陆地表面积的20%，很多荒漠植物能够适应干旱、盐渍化和寡氮的环境，研究这些特殊类群植物的养分回收特征不仅有助于揭示植物在非生物逆境胁迫下的养分利用策略，还将为荒漠生态系统的保护和植被恢复提供一定科学依据。本研究在甘肃安西极旱荒漠国家级自然保护区内开展调查研究，分析了不同功能类群和不同生境下荒漠植物叶片氮（N）、磷（

3、P）、钾（K）、钠（Na）四种元素的回收特征及其影响因素，并进一步通过盆栽实验研究了荒漠植物的养分回收特征对盐胁迫和氮添加的响应模式，旨在探讨养分回收与荒漠植物生态适应性之间的关系，主要研究结果如下：1)阐明了极旱区典型荒漠植物叶片元素含量与回收特征。野外调查结果显示研究区荒漠植物的N、P、K平均回收效率分别为51.8%，55.5%和47.9%，均显著低于全球陆生植物的平均水平。不仅如此，与全球尺度相比，研究区植物衰老叶的N,P含量也均处于不完全回收区间。这主要因为极旱、高盐等环境限制因素可能在不同程度上抑制养分回收。2)发现了不同功能类群荒漠植物的养分回收特征的差异。真

4、盐生植物具有显著最高的N回收效率，泌盐植物具有显著最低的K回收效率，叶片P回收效率在四种植物功能类群之间没有显著差异。泌盐植物对Na表面上的“正回收”是因为其可以通过叶片中的盐腺将Na排出体外；真盐生植物则通过增加叶片的肉质化程度来实现Na在衰老叶片中的累积。3)揭示了植物的系统进化关系与叶片功能性状对养分回收特征的影响。四种元素的回收效率均无显著系统发育信号，而N,P的回收度表现出显著的系统发育信号，说明系统发生对养分回收的影响主要体现在养分回收度这一指标上，表现为亲缘关系越近的物种其养分回收度就越接近。相关性分析结果显示N,P的回收度与比叶面积之间显著负相关，暗示采用

5、“缓慢投资-收益”策略的荒漠植物同时也倾向于具有更高的养分回收潜力。4)阐释了极旱区典型荒漠植物养分回收特征对不同环境因素的响应机制。研究区自然条件下很难区分不同环境因素对植物养分回收特征的独立影响。7种I环境因素对群落水平叶片养分含量和回收特征变异的综合贡献在18%-67%之间，但包含土壤含盐量在内的大部分环境因素并没有表现出显著的独立影响。相比之下，盆栽实验则证实低盐处理能够提升四翅滨藜和多枝柽柳的N、P回收效率，而高盐胁迫则显著抑制。5)揭示了荒漠植物对N添加的响应机制。盆栽实验证实在N限制的条件下，N添加显著提升了四翅滨藜的N回收效率和多枝柽柳的N回收总量。不仅如

6、此，在N限制的条件下，四翅滨藜对P的回收以及多枝柽柳对K的回收也在一定程度上依赖于土壤中N的可利用性。综上所述，虽然养分回收是植物的重要养分保存对策，但是由于干旱、高盐等环境因素的限制，极旱区荒漠植物的养分普遍不能完全回收。植物系统发生对N,P回收度的显著影响也进一步暗示养分的不完全回收可能是荒漠植物长期适应环境的特征。不仅如此，在N限制的条件下，土壤中N素的可利用性会直接影响荒漠植物对N,P,K的回收，但是这种影响具有物种特异性。关键词：荒漠植物，植物功能类群，养分回收，盐胁迫，氮添加IICharacteristicsofleafnutrientresorptionin

7、typicaldesertplantsanditsresponsemechanismtoenvironmentAbstractNutrientresorptionisthekeynutrientconservationstrategyforperennials,whichhasprofoundinfluencesonthenutrientcyclingandadaptationofplantstoenvironmentchange.Mostpreviousstudieshavebeenfocusedonforestandgra