留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

矿区6种藤本植物的叶功能性状及其对覆土厚度的响应

上一篇

下一篇

刘仁, 袁小东, 孙韵, 等. 矿区6种藤本植物的叶功能性状及其对覆土厚度的响应[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2026, 48(1): 99-114. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2026.01.009
引用本文: 刘仁, 袁小东, 孙韵, 等. 矿区6种藤本植物的叶功能性状及其对覆土厚度的响应[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2026, 48(1): 99-114. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2026.01.009
LIU Ren, YUAN Xiaodong, SUN Yun, et al. Leaf Functional Traits of Six Liana Species in Mining Area and Their Responses to Covering Soil Thickness[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2026, 48(1): 99-114. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2026.01.009
Citation: LIU Ren, YUAN Xiaodong, SUN Yun, et al. Leaf Functional Traits of Six Liana Species in Mining Area and Their Responses to Covering Soil Thickness[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2026, 48(1): 99-114. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2026.01.009

矿区6种藤本植物的叶功能性状及其对覆土厚度的响应

  • 基金项目: 江西省林业科技创新项目(创新专项〔2023〕29号);江西省自然科学基金青年基金项目(20242BAB20262);新余市科技计划项目(余科发〔2022〕40号)
详细信息
    作者简介:

    刘仁,硕士研究生,工程师,主要从事矿区生态修复研究 .

  • 中图分类号: Q948.1

Leaf Functional Traits of Six Liana Species in Mining Area and Their Responses to Covering Soil Thickness

  • 摘要:

    明确6种藤本植物在不同覆土厚度下的适应性差异,筛选出耐薄土或厚土的优势物种,为矿区人工植被重建提供科学选种和覆土厚度依据,提升生态修复效率。以矿区中6种藤本植物(五叶地锦、葛藤、常春藤、凌霄、常春油麻藤、爬山虎)为试验材料,利用主成分分析法、隶属函数法研究3种覆土厚度下6种藤本植物叶功能性状及氮磷养分策略的差异,对6种藤本植物各项指标进行综合分析及评价。结果表明:①在覆土厚度20 cm下五叶地锦生长状况最佳;在覆土厚度40 cm下爬山虎和凌霄生长优势较高;在覆土厚度60 cm下葛藤、常春藤和常春油麻藤表现出较好的适应性和生长优势。②五叶地锦和凌霄在覆土厚度20 cm下增加根系投资以增强养分获取,在覆土厚度60 cm下则转向增加叶生物量以优化光合作用;葛藤和常春油麻藤在各厚度下均表现出较高的生物量积累,显示出较强的适应潜力;在覆土厚度20 cm下葛藤和常春油麻藤表现为“快投资-回报”资源获取型策略,具有高比叶面积、低叶干物质含量特征,利于快速生长与资源捕获,而爬山虎和常春藤则倾向于“慢投资-回报”资源保守型策略,具有高比叶质量和叶干物质含量,增强了其对贫瘠环境的耐受性。③所有藤本植物生长均受氮磷限制,不同藤本植物在不同覆土厚度下对氮磷养分的吸收与分配策略存在差异。五叶地锦在薄土层(20 cm)下茎根氮磷吸收量突出;葛藤与常春油麻藤则在厚土层(60 cm)下各器官养分吸收量较高,体现了豆科植物的固氮优势。总的来看,藤本植物通过调整生物量分配、叶片形态和养分吸收策略来适应不同覆土厚度以提升生长和竞争力。

  • 加载中
  • 图 1  藤本植物叶功能性状特征和氮磷养分特征间相关性分析

    图 2  6种藤本植物叶功能性状及氮磷养分特征的主成分分析

    表 1  藤本植物在不同覆土厚度处理下的生长情况

    覆土厚度 植被类型 SL/m LB/g SB/g RB/g TB/g LMC/% SMC/% RMC/%
    20 cm 五叶地锦 3.03±0.24Aa 1.74±0.09Bc 8.13±0.02Ba 29.81±0.50Ab 36.49±0.69Ab 66.99±0.50Bc 54.03±0.34Cd 43.65±0.05Cf
    葛藤 0.77±0.04Bb 2.11±0.06Cb 4.94±0.11Cc 39.12±0.41Ba 46.17±0.58Ba 73.11±0.29Ba 64.37±0.12Ca 58.99±0.37Bc
    常春藤 0.14±0.01Cc 1.17±0.09Ad 0.47±0.03Bf 3.16±0.03Be 4.80±0.13Be 57.78±0.13Bf 56.81±0.24Bb 60.85±0.15Ab
    凌霄 1.14±0.12Bb 2.02±0.16Cc 5.73±0.26Bb 22.94±0.07Ac 30.69±0.43Bc 61.75±0.27Ad 48.41±0.27Be 57.13±0.19Be
    常春油麻藤 2.83±0.13Aa 2.85±0.05Ca 3.45±0.02Bd 17.28±0.04Bd 23.58±0.11Bd 69.37±0.30Ab 64.17±0.43Aa 62.57±0.23Aa
    爬山虎 0.23±0.01Bc 0.34±0.03Be 0.99±0.05Ce 1.65±0.18Bf 2.98±0.25Cf 59.42±0.17Be 55.19±0.28Bc 58.14±0.15Ad
    40 cm 五叶地锦 0.95±0.04Bc 1.41±0.12Be 5.37±0.15Cd 8.09±0.09Bd 14.87±0.35Cd 62.82±0.28Cc 55.17±0.21Bc 61.71±0.43Ab
    葛藤 0.48±0.02Bd 8.76±0.13Ba 7.93±0.05Bb 29.49±0.13Ca 46.18±0.27Ba 75.14±0.29Aa 69.61±0.47Ba 63.86±0.35Aa
    常春藤 0.30±0.01Bd 1.21±0.17Ae 0.33±0.00Bf 2.84±0.08Cf 4.37±0.23Be 55.15±0.22Ce 55.55±0.38Cc 37.88±0.36Cd
    凌霄 2.17±0.25Aa 4.97±0.03Bc 6.88±0.03Ac 20.36±0.08Bb 32.21±0.12Ab 58.84±0.31Bd 59.47±0.42Ab 57.33±0.43Bc
    常春油麻藤 0.53±0.01Bd 5.53±0.09Bb 3.37±0.05Be 11.66±0.15Cc 20.56±0.30Cc 66.96±0.19Bb 59.03±0.45Bb 63.27±0.37Aa
    爬山虎 1.74±0.05Ab 3.43±0.08Ad 10.70±0.24Aa 7.17±0.11Ae 21.31±0.41Ac 52.19±0.28Cf 50.23±0.25Cd 57.02±0.35Bc
    60 cm 五叶地锦 3.21±0.30Aa 2.75±0.08Ae 21.08±0.07Aa 7.84±0.13Bd 31.67±0.23Bc 73.46±0.24Ab 58.10±0.38Ad 56.98±0.21Bc
    葛藤 3.32±0.47Aa 17.07±0.12Ab 19.69±0.13Ab 93.78±0.40Aa 130.53±0.65Aa 75.41±0.42Aa 74.12±0.27Aa 49.08±0.28Ce
    常春藤 0.35±0.02Ac 0.78±0.09Bf 2.27±0.13Af 3.72±0.09Ae 6.76±0.25Af 67.26±0.26Ad 59.49±0.31Ac 46.51±0.04Bf
    凌霄 0.92±0.04Bc 8.02±0.16Ac 2.81±0.09Ce 9.53±0.11Cc 20.37±0.18Cd 41.70±0.34Cf 60.61±0.29Ab 64.12±0.30Aa
    常春油麻藤 3.03±0.16Aa 17.71±0.14Aa 14.10±0.09Ac 31.74±0.20Ab 63.56±0.41Ab 64.96±0.21Ce 59.85±0.13Bbc 59.96±0.09Bb
    爬山虎 1.99±0.19Ab 3.68±0.22Ad 6.93±0.26Bd 1.58±0.13Bf 12.20±0.61Be 68.42±0.44Ac 60.50±0.26Ab 55.51±0.13Cd
    F检验 植被类型 56.36*** 2 709.23*** 2 802.12*** 23 972.59*** 11 697.53*** 1 774.78*** 850.90*** 862.13***
    覆土厚度 65.95*** 4 819.21*** 5 222.54*** 4 497.09*** 5 592.74*** 220.97*** 396.78*** 59.04***
    植被类型×覆土厚度 36.46*** 927.54*** 1 425.74*** 6 121.84*** 3 140.56*** 535.77*** 136.97*** 767.63***
    注:***表示在p<0.001差异有统计学意义。表中数据为“平均值±标准差”。大写字母表示同一种藤本植物在不同覆土厚度间的差异具有统计学意义(p<0.05);小写字母表示不同种藤本植物在同一覆土厚度下的差异具有统计学意义(p<0.05)。SL代表茎长;TB代表总生物量;SMC代表茎含水率;RMC代表根含水率。下同。
    下载: 导出CSV

    表 2  藤本植物在不同覆土厚度处理下叶功能性状

    覆土厚度 植被类型 LA/cm2 LP/cm LL/cm LW/cm LSI LSF SLA/cm2·g-1 LSW/103·g·cm-2 LSD/102·g·cm-2 LDMC/%
    20 cm 五叶地锦 69.13±0.26Ac 68.09±3.60Ac 11.78±0.46Bd 8.97±0.33Cb 1.33±0.31Aab 0.19±0.02Babc 159.53±5.55Cb 6.28±0.21Ac 1.38±0.04Ac 31.31±0.92Bb
    葛藤 158.30±0.14Ba 116.43±4.66Ba 21.41±0.87Aa 11.70±0.41Ba 1.95±0.17Aa 0.15±0.01Bbc 240.09±18.78ABa 4.22±0.32ABd 1.13±0.02Bd 27.10±1.20Ac
    常春藤 21.17±0.24Be 29.48±0.96Bd 6.30±0.52Be 4.80±0.34Bc 1.19±0.30Ab 0.31±0.02Aab 100.50±5.54Bc 10.01±0.53Ab 1.45±0.06Ac 40.90±0.73Aa
    凌霄 52.85±0.20Bd 88.27±1.86Bb 16.85±0.71Ab 8.96±0.08Ab 2.03±0.02Aa 0.09±0.00Ac 168.01±7.42Bb 5.98±0.27Bc 0.91±0.02Be 39.49±1.31Ba
    常春油麻藤 87.75±0.32Cb 122.07±2.98Aa 14.62±0.27Cc 9.18±0.45Cb 1.68±0.06Bab 0.07±0.00Cc 110.00±3.60Cc 9.11±0.30Ab 2.01±0.01Ab 31.22±0.58Bb
    爬山虎 12.09±0.28Cf 23.00±4.36Bd 5.69±0.75Ce 4.19±0.12Cc 1.52±0.23Aab 0.36±0.13Aa 54.63±3.38Bd 18.45±1.17Ba 2.84±0.11Aa 39.35±2.02Ba
    40 cm 五叶地锦 41.37±0.24Bc 39.33±3.96Bcd 9.29±0.24Cc 6.93±0.27Bc 1.36±0.27Ab 0.36±0.06Aa 252.41±3.89Aa 3.96±0.06Cd 0.65±0.04Bd 38.16±1.47Ab
    葛藤 145.41±0.30Cb 97.92±4.31Cb 19.74±0.85ABb 13.78±0.38Ab 1.31±0.27ABb 0.19±0.02Abc 208.91±1.10Bb 4.81±0.26Acd 1.40±0.01Ab 25.54±1.14Ae
    常春藤 21.03±0.24Be 31.99±3.99Bd 6.76±0.70Bc 5.07±0.26Bd 1.08±0.30Ab 0.28±0.06Aab 109.72±1.98Bd 9.12±0.17Ab 1.50±0.09Ab 37.83±1.05ABb
    凌霄 12.54±0.30Cf 50.37±3.39Cc 6.83±0.60Cc 3.72±0.35Cd 1.85±0.09ABb 0.06±0.01Bc 105.07±1.12Cd 9.52±0.10Ab 1.36±0.02Ab 41.12±0.08Bb
    常春油麻藤 234.08±0.59Ba 133.73±7.76Aa 46.12±1.47Ba 18.80±1.07Ba 7.44±0.64Aa 0.17±0.02Abc 182.17±5.78Bc 5.50±0.17Bc 1.11±0.01Bc 33.12±0.95ABc
    爬山虎 34.38±0.39Bd 42.61±4.14Ad 8.81±0.86Bc 7.61±0.31Bc 1.51±0.20Ab 0.25±0.05Aab 42.37±1.46Be 23.66±0.79Aa 2.66±0.09Aa 47.11±1.70Aa
    60 cm 五叶地锦 69.85±0.47Ac 65.65±1.16Ad 14.99±0.61Ac 10.26±0.26Ac 1.44±0.13Abc 0.20±0.01Bb 198.77±6.98Bb 5.04±0.17Bb 1.37±0.07Aa 26.92±0.34Cc
    葛藤 242.89±0.26Ab 148.04±4.11Aa 18.68±0.46Bb 14.76±0.22Ab 0.73±0.34Bc 0.14±0.01Bc 270.10±8.44Aa 3.71±0.11Bc 1.17±0.01Bb 24.14±0.68Ac
    常春藤 31.40±0.39Af 42.29±1.68Ae 13.02±0.78Acd 6.57±0.13Ad 2.00±0.15Ab 0.22±0.02Ab 156.97±10.42Ac 6.43±0.46Ba 1.20±0.05Bab 34.77±1.21Bb
    凌霄 60.69±0.16Ae 115.24±4.25Ac 10.06±0.65Be 7.47±0.25Bd 1.32±0.25Bbc 0.06±0.00Be 211.75±9.25Ab 4.74±0.21Cb 0.33±0.03Cd 58.77±2.91Aa
    常春油麻藤 276.04±0.83Aa 128.73±5.05Ab 51.06±1.51Aa 22.92±1.04Aa 6.58±0.66Aa 0.21±0.02Ab 224.63±16.90Ab 4.50±0.33Cbc 0.87±0.09Cc 34.28±0.87Ab
    爬山虎 66.80±0.42Ad 44.62±0.87Ae 12.08±0.45Ade 9.52±0.23Ac 1.24±0.37Abc 0.42±0.01Aa 206.79±11.32Ab 4.87±0.28Cb 0.97±0.04Bc 33.39±0.99Cb
    F检验 植被类型 132 931.87*** 333.87*** 598.29*** 303.97*** 73.76*** 17.16*** 100.31*** 286.90*** 181.86*** 95.48***
    覆土厚度 39 088.73*** 62.98*** 127.52*** 121.34*** 10.82*** 0.55ns 118.20*** 212.16*** 207.14*** 5.13*
    植被类型×覆土厚度 12 856.28*** 16.35*** 122.03*** 46.49*** 19.28*** 2.66** 24.37*** 82.25*** 81.55*** 24.29***
    注:*、**、***分别表示在p<0.05、p<0.01、p<0.001差异有统计学意义。ns表示在p>0.05差异无统计学意义。下同。
    下载: 导出CSV

    表 3  藤本植物在不同覆土厚度处理下氮磷养分分配特征

    覆土厚度 植被类型 LNC/(mg·g-1) SNC/(mg·g-1) RNC/(mg·g-1) LPC/(mg·g-1) SPC/(mg·g-1) RPC/(mg·g-1) LN/P SN/P RN/P
    20 cm 五叶地锦 13.64±0.43Bc 8.20±0.36Ac 9.89±0.45Ab 2.75±0.24Aa 0.88±0.03Aa 1.04±0.12Ab 5.00±0.27ABab 9.26±0.08Bd 9.68±0.80ABcd
    葛藤 19.98±0.26Ba 10.10±0.21Ba 11.85±0.82Aab 2.12±0.23Aab 0.42±0.02Bd 0.42±0.02Cd 11.35±2.71Aa 24.31±0.54Aa 28.35±0.53Aa
    常春藤 10.91±0.31Ad 6.59±0.24Bd 5.99±0.95Ac 1.58±0.01Ab 0.61±0.02Bb 0.80±0.08Bc 9.99±3.9Aab 10.76±0.05Bd 7.40±0.44Ad
    凌霄 8.40±0.24Bf 4.75±0.22Be 5.02±0.71Ac 2.36±0.20Aa 0.29±0.03Ce 0.31±0.02Cd 3.60±0.21Ab 16.75±0.92Ab 16.21±1.09Ab
    常春油麻藤 15.01±0.20Bb 9.00±0.05Cb 4.27±0.73Bc 2.08±0.41Aab 0.49±0.00Bc 0.36±0.01Cd 7.89±1.71Aab 18.37±0.04Bb 11.82±1.61Cc
    爬山虎 9.77±0.27Ce 7.43±0.33Ac 12.87±0.73Aa 2.38±0.04Ba 0.54±0.01Bc 1.34±0.04Aa 4.11±0.05Ab 13.74±0.88Ac 9.59±0.38Acd
    40 cm 五叶地锦 14.95±0.22Aa 6.62±0.25Bc 4.79±0.71Bc 2.23±0.46Aab 0.51±0.04Cc 0.46±0.02Bcd 7.35±1.59Aa 13.21±0.81Ab 10.43±1.28Ac
    葛藤 5.32±0.44Ce 13.25±0.25Aa 7.56±0.84Bb 2.39±0.35Aab 0.83±0.06Ab 0.53±0.03Abcd 2.27±0.16Bc 16.03±0.93Aa 14.17±1.03Cb
    常春藤 9.14±0.31Bd 10.53±0.34Ab 3.52±0.63Ac 1.85±0.18Ab 0.83±0.02Ab 0.61±0.03Abc 5.03±0.43Aab 12.67±0.73Ab 5.74±0.72Cd
    凌霄 11.59±0.46Ac 5.62±0.31Ad 4.35±0.51Ac 3.10±0.30Aa 0.43±0.00Bc 0.40±0.02Bd 3.78±0.21Abc 13.03±0.62Bb 11.13±1.82ABbc
    常春油麻藤 12.52±0.15Cb 10.12±0.36Bb 11.93±0.63Aa 2.50±0.44Aab 0.76±0.05Ab 0.66±0.03Ab 5.34±0.92Aab 13.40±0.47Cb 18.01±0.33Ba
    爬山虎 11.33±0.43Bc 7.28±0.27Ac 6.95±0.60Bb 3.01±0.26Aa 1.16±0.07Aa 1.40±0.11Aa 3.79±0.17Abc 6.33±0.34Cc 4.96±0.10Bd
    60 cm 五叶地锦 5.29±0.28Ce 4.73±0.37Ce 3.34±0.77Bd 2.21±0.30Ab 0.75±0.04Bab 0.53±0.03Bab 2.46±0.23Cb 6.26±0.16Cc 6.20±1.15Bd
    葛藤 21.19±0.03Aa 13.04±0.33Ab 10.10±0.63ABb 2.23±0.23Ab 0.64±0.14ABbc 0.55±0.08Aab 9.70±0.92Aa 22.60±4.97Ab 18.88±1.67Bb
    常春藤 5.26±0.51Ce 5.37±0.24Cde 4.01±0.76Ad 2.06±0.44Ab 0.59±0.01Bbc 0.62±0.04Aab 2.70±0.34Bb 9.12±0.51Bc 6.37±0.78Bd
    凌霄 11.05±0.29Ad 6.04±0.27Acd 4.22±0.66Ad 2.45±0.35Ab 0.50±0.02Ac 0.50±0.01Ab 4.67±0.53Ab 12.23±0.93Bc 8.54±1.43Bcd
    常春油麻藤 16.83±0.32Ab 25.01±0.40Aa 12.28±0.64Aa 1.77±0.29Ab 0.86±0.05Aa 0.49±0.02Bb 10.00±1.60Aa 29.26±1.33Aa 24.92±1.79Aa
    爬山虎 14.05±0.08Ac 6.73±0.33Ac 6.87±0.62Bc 3.52±0.30Aa 0.63±0.03Bbc 0.64±0.01Ba 4.04±0.34Ab 10.73±0.31Bc 10.75±0.82Ac
    F检验 植被类型 216.66*** 454.58*** 38.05*** 5.22** 22.79*** 71.86*** 4.84** 43.87*** 78.75***
    覆土厚度 72.46*** 104.58*** 11.51*** 1.45ns 31.31*** 14.39*** 4.71* 9.15*** 11.78***
    植被类型×覆土厚度 238.71*** 192.41*** 18.51*** 1.42*** 16.98*** 20.73*** 4.38*** 11.48*** 17.83***
    注:LN/P代表叶氮磷比;SN/P代表茎氮磷比;RN/P代表根氮磷比。
    下载: 导出CSV

    表 4  藤本植物在不同覆土厚度处理下各部位氮磷养分吸收量差异

    覆土厚度 植被类型 LNU/(mg·株-1) SNU/(mg·株-1) RNU/(mg·株-1) LPU/(mg·株-1) SPU/(mg·株-1) RPU/(mg·株-1) TNU/(mg·株-1) TPU/(mg·株-1)
    20 cm 五叶地锦 23.86±2.00Ab 66.64±3.02Ba 295.17±16.95Ab 4.85±0.68Aa 7.19±0.26Ba 31.14±4.15Aa 386.44±21.28Ab 57.09±5.76Aa
    葛藤 42.19±1.74Ba 49.93±2.00Cb 464.19±36.70Ba 4.52±0.61Ca 2.06±0.13Cb 16.34±1.04Bb 645.75±27.38Ba 43.00±7.18Bb
    常春藤 12.8±1.36Ac 3.08±0.24Cd 19.02±3.22Ad 1.85±0.16Cb 0.29±0.02Bc 2.54±0.29Ac 37.70±3.33Ad 4.63±1.04Bd
    凌霄 17.00±1.79Cc 27.32±2.47Bc 115.14±16.50Ac 4.81±0.75Ba 1.65±0.23Bb 7.03±0.52Ac 186.14±13.78Bbc 30.25±2.80Bbc
    常春油麻藤 42.76±1.31Ca 31.04±0.32Bc 73.86±12.87Ccd 5.95±1.25Ba 1.69±0.02Bb 6.18±0.27Cc 222.36±8.61Bc 23.01±3.42Bc
    爬山虎 3.38±0.38Cd 7.35±0.68Cd 21.45±3.53Bd 0.82±0.08Bb 0.53±0.02Cc 2.22±0.30Bc 30.05±3.83Cd 4.24±0.43Cd
    40 cm 五叶地锦 21.15±2.06Ae 35.63±2.35Cc 38.84±6.21Bde 3.26±0.89Ac 2.72±0.25Cc 3.70±0.18Bd 130.92±8.52Bd 15.95±2.90Ccd
    葛藤 46.50±3.32Bc 105.06±2.22Ba 222.75±24.05Ca 20.86±2.80Ba 6.61±0.49Bb 15.68±0.95Ba 401.94±21.58Ca 57.75±6.59Ba
    常春藤 11.12±1.98Af 3.43±0.15Bd 10.06±2.03Ce 2.27±0.50Bc 0.27±0.00Bd 1.72±0.14Be 33.97±3.73Be 4.81±0.52Bd
    凌霄 57.59±2.45Bb 38.64±2.12Ac 88.71±10.80Ac 15.40±1.58Aad 2.96±0.03Ac 8.08±0.37Ac 231.54±14.37Ab 42.16±3.25Ab
    常春油麻藤 69.22±1.97Ba 34.11±1.74Bc 139.19±8.69Bb 13.87±2.63Bb 2.56±0.21Bc 7.72±0.38Bc 237.00±10.56Bb 26.93±3.84Bc
    爬山虎 38.93±2.43Bd 78.02±4.44Ab 50.01±5.02Ad 10.38±1.15Ab 12.40±0.99Aa 10.06±0.92Ab 181.90±12.66Ac 39.66±3.67Ab
    60 cm 五叶地锦 14.61±1.15Be 99.78±7.65Ac 26.34±6.40Bc 6.13±0.98Acd 15.91±0.83Aa 4.18±0.30Bc 141.25±14.63Bc 36.94±4.11Bc
    葛藤 361.72±1.98Aa 256.59±5.13Ab 946.57±54.71Aa 37.98±3.71Aa 12.51±2.65Aa 51.31±7.05Aa 1 928.40±30.38Aa 148.33±18.41Aa
    常春藤 4.10±0.66Be 12.22±1.19Ae 15.04±3.21Bc 1.62±0.40Ad 1.33±0.07Ab 2.31±0.21Ac 33.21±4.49Bd 7.44±1.33Ad
    凌霄 88.78±3.94Ac 16.99±0.80Ce 40.27±6.65Bc 19.72±3.11Ab 1.40±0.06Bb 4.73±0.16Bc 144.83±9.40Bc 23.38±2.39Bcd
    常春油麻藤 298.22±7.73Ab 352.81±7.22Aa 389.91±22.09Ab 31.50±5.27Aa 12.13±0.75Aa 15.69±0.38Ab 1 146.92±34.73Ab 66.35±7.17Ab
    爬山虎 51.76±3.40Ad 46.85±4.03Bd 11.04±1.94Cc 13.11±1.87Abc 4.36±0.34Bb 1.01±0.10Cc 112.81±9.54Bc 19.61±2.28Bcd
    F检验 植被类型 1 431.02*** 804.41*** 324.66*** 37.88*** 50.23*** 64.86*** 1 380.84*** 59.20***
    覆土厚度 2 824.84*** 1 438.02*** 89.08*** 72.79*** 89.61*** 11.09*** 920.52*** 27.06***
    植被类型×覆土厚度 841.64*** 525.16*** 86.38*** 10.85*** 34.31*** 34.09*** 513.49*** 21.80***
    下载: 导出CSV

    表 5  藤本植物在不同覆土厚度下的主成分PC1和PC2得分

    植被类型 覆土厚度20 cm 覆土厚度40 cm 覆土厚度60 cm
    PC1得分 PC2得分 PC1得分 PC2得分 PC1得分 PC2得分
    五叶地锦 0.54 1.17 -1.28 -0.06 0.74 -1.11
    葛藤 -0.78 -1.01 -0.54 1.17 1.32 -0.17
    常春藤 -0.66 0.69 -0.66 -0.60 1.33 -0.09
    凌霄 0.66 -1.15 0.67 1.11 -1.32 0.04
    常春油麻藤 -1.02 0.82 -0.23 -1.28 1.25 0.46
    爬山虎 -1.30 0.20 0.80 1.03 0.50 -1.23
    下载: 导出CSV

    表 6  不同藤本植物叶功能性状和氮磷养分特征的综合评价和排名Q

    覆土厚度 植被类型 主成分得分1 主成分得分2 综合得分 排序
    20 cm 五叶地锦 0.32 0.47 0.79 6
    葛藤 -0.51 -0.35 -0.86 18
    常春藤 -0.45 0.21 -0.24 10
    凌霄 0.41 -0.42 -0.01 9
    常春油麻藤 -0.75 0.21 -0.54 13
    爬山虎 -0.70 0.09 -0.61 14
    40 cm 五叶地锦 -0.77 -0.02 -0.79 16
    葛藤 -0.36 0.40 0.04 7
    常春藤 -0.45 -0.19 -0.64 15
    凌霄 0.42 0.41 0.83 4
    常春油麻藤 -0.17 -0.33 -0.50 12
    爬山虎 0.43 0.48 0.91 2
    60 cm 五叶地锦 0.44 -0.44 0.00 8
    葛藤 0.87 -0.06 0.81 5
    常春藤 0.91 -0.03 0.88 3
    凌霄 -0.83 0.01 -0.82 17
    常春油麻藤 0.93 0.12 1.05 1
    爬山虎 0.27 -0.57 -0.30 11
    下载: 导出CSV
  • [1] 多鑫, 徐占军, 杨璐, 等. 露天煤矿复垦土壤活性有机碳影响因素及管控策略[J]. 自然资源学报, 2024, 39(11): 2735-2752.
    [2] 冯金超, 杨侨, 马琳娜, 等. 扎哈淖尔露天煤矿植被修复及降本增效潜力研究[J]. 测绘科学, 2025, 50(1): 64-73.
    [3] 孙荣, 吴建波, 王鑫喜, 等. 高寒区裸石弃渣场植被恢复中覆土厚度对土壤细菌群落组成和功能的影响[J]. 天津师范大学学报(自然科学版), 2025, 45(1): 27-33.
    [4] 李宏林, 梁德飞, 马丽, 等. 不同恢复措施和生境对高寒矿区渣山植被恢复的影响[J]. 青海科技, 2021, 28(5): 34-41.
    [5] 刘新月, 王立平, 刘春和, 等. 北京百花山华北落叶松群落主要木本植物的叶性状变异及适应策略[J]. 林业科学, 2023, 59(7): 12-23.
    [6] 昝瑛, 索朗玉珍, 马竟文, 等. 降雨极端化对喀斯特草本植物功能性状的影响[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2022, 44(9): 20-31. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2022.09.003
    [7] FICKEN C D, ROONEY R C. Linking Plant Conservatism Scores to Plant Functional Traits[J]. Ecological Indicators, 2020, 115: 106376. doi: 10.1016/j.ecolind.2020.106376
    [8] 罗忠, 党浩轩, 梁李欣, 等. 闽楠演替过程中叶功能性状特征及其可塑性[J]. 中南林业科技大学学报, 2022, 42(12): 133-141.
    [9] REN Y W, LI J L, ZHANG S D, et al. Leaf Trait Networks of Subtropical Woody Plants Weaken Along an Elevation Gradient[J]. Plant Science, 2025, 352: 112340. doi: 10.1016/j.plantsci.2024.112340
    [10] JAGER M M, RICHARDSON S J, BELLINGHAM P J, et al. Soil Fertility Induces Coordinated Responses of Multiple Independent Functional Traits[J]. Journal of Ecology, 2015, 103(2): 374-385. doi: 10.1111/1365-2745.12366
    [11] 冯莉绚, 黄志群, 贾辉, 等. 邻体竞争和土壤对植物叶功能性状及其种内变异的影响[J]. 森林与环境学报, 2024, 44(6): 608-618.
    [12] 李祖婵, 玄锦, 王秋雪, 等. 闽江江心洲不同生境植物叶功能性状差异及其对土壤特性的响应[J]. 生态学报, 2024, 44(14): 6301-6316.
    [13] 袁喆, 翁殊斐, 王琳琅. 广州园林绿地木质藤本景观美景度评价[J]. 西北林学院学报, 2015, 30(4): 301-306.
    [14] 李卓冉, 翁殊斐, 姜飘, 等. 广东省藤本植物地理成分和园林应用分析[J]. 热带亚热带植物学报, 2024, 32(6): 807-812.
    [15] 王忠伟, 张科萌, 邬娜, 等. 河南鸡公山落叶阔叶林藤本植物对林下物种多样性的影响[J]. 云南农业大学学报(自然科学), 2020, 35(3): 476-482.
    [16] LOMWONG N, CHANTHORN W, NATHALANG A, et al. Liana Abundance and Diversity Increase Along a Successional Gradient, Even with Homogeneous Closed Canopy[J]. Forest Ecology and Management, 2023, 534: 120878. doi: 10.1016/j.foreco.2023.120878
    [17] 夏常英, 吴学学, 傅连中, 等. 梵净山地区藤本植物的多样性及区系特征[J]. 广西植物, 2020, 40(2): 264-271.
    [18] 胡亮. 喜马拉雅地区藤本植物多样性及其地理格局[J]. 生物多样性, 2016, 24(10): 1105-1116.
    [19] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2000.
    [20] 张凤琪, 玉米提·哈力, 石义强, 等. 不同林龄胡杨叶功能性状对土壤理化性质的响应[J]. 西北林学院学报, 2024, 39(6): 79-86.
    [21] 唐雨欣, 王小娜, 黄百莹, 等. 青藏高原不同森林类型叶片、凋落物和土壤碳、氮、磷养分循环特征[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2025, 61(1): 58-64.
    [22] 曾辰午, 李宗峰, 张学朝, 等. 喀斯特石漠化地区苔藓植物功能性状与微生境的关系[J]. 西南大学学报(自然科学版), 2023, 45(3): 131-137.
    [23] 姜飘, 朱锦心, 翁殊斐, 等. 藤本植物表型可塑性研究综述[J]. 世界林业研究, 2023, 36(6): 14-19.
    [24] 范宏坤, 曾涛, 金光泽, 等. 小兴安岭不同生长型阔叶植物叶性状变异及权衡[J]. 植物生态学报, 2024, 48(3): 364-376.
    [25] TRILLMICH F, GEIBLER E, GUENTHER A. Senescence and Costs of Reproduction in the Life History of a Small Precocial Species[J]. Ecology and Evolution, 2019, 9(12): 7069-7079. doi: 10.1002/ece3.5272
    [26] 陈哲. 高寒草地不同生境、干扰下植物资源分配与形态可塑性[D]. 北京: 中国科学院大学, 2013.
    [27] 陈莹婷, 许振柱. 植物叶经济谱的研究进展[J]. 植物生态学报, 2014, 38(10): 1135-1153.
    [28] WRIGHT I J, REICH P B, WESTOBY M, et al. The Worldwide Leaf Economics Spectrum[J]. Nature, 2004, 428(6985): 821-827. doi: 10.1038/nature02403
    [29] 王钰雯, 何梅香, 江国东, 等. 乌蒙乡不同海拔梯度刺叶高山栎叶功能性状特征及其对环境因子的响应[J]. 生态学报, 2024, 44(16): 7238-7248.
    [30] ONODA Y, WRIGHT I J, EVANS J R, et al. Physiological and Structural Tradeoffs Underlying the Leaf Economics Spectrum[J]. New Phytologist, 2017, 214(4): 1447-1463. doi: 10.1111/nph.14496
    [31] HE N P, LIU C C, PIAO S L, et al. Ecosystem Traits Linking Functional Traits to Macroecology[J]. Trends in Ecology & Evolution, 2019, 34(3): 200-210.
    [32] NADAL M, CLEMENTE-MORENO M J, PERERA-CASTRO A V, et al. Incorporating Pressure-Volume Traits into the Leaf Economics Spectrum[J]. Ecology Letters, 2023, 26(4): 549-562. doi: 10.1111/ele.14176
    [33] ZHANG Y, LI Z B, HAN J C, et al. Effect of Covering-Soil Thickness on Crop Growth on Bare Rock and Gravel Land in an Ecological Restoration Project[J]. Journal of Resources and Ecology, 2018, 9(5): 484-492. doi: 10.5814/j.issn.1674-764x.2018.05.005
    [34] GVSEWELL S. N∶P Ratios in Terrestrial Plants: Variation and Functional Significance[J]. New Phytologist, 2004, 164(2): 243-266. doi: 10.1111/j.1469-8137.2004.01192.x
    [35] 李瑞, 单立山, 解婷婷, 等. 典型荒漠灌木叶片功能性状特征随降水梯度的变化研究[J]. 干旱区研究, 2023, 40(3): 425-435.
    [36] ZHAO N, YU G R, WANG Q F, et al. Conservative Allocation Strategy of Multiple Nutrients Among Major Plant Organs: From Species to Community[J]. Journal of Ecology, 2020, 108(1): 267-278. doi: 10.1111/1365-2745.13256
    [37] 孙建丽, 吴俊文, 赵娟钧, 等. 幼龄华山松不同部位碳氮磷生态化学计量的季节变化[J]. 植物营养与肥料学报, 2024, 30(3): 563-574.
    [38] 郝建平, 王峰, 宋强, 等. 山西省野葛种质资源分布与植物学性状研究[J]. 植物遗传资源学报, 2016, 17(1): 39-44.
    [39] 谭长强, 申文辉, 郑威, 等. 我国南亚热带乡土珍贵树种人工幼林不同器官营养元素储量及分配特征[J]. 东北林业大学学报, 2024, 52(11): 31-39.
    [40] 李娜娜, 黄健, 吴镜辉, 等. 马尾松林下套种阔叶树的叶功能性状和化学计量特征季节动态研究[J]. 西北林学院学报, 2024, 39(6): 87-94.
  • 加载中
图( 2) 表( 6)
计量
  • 文章访问数:  404
  • HTML全文浏览数:  404
  • PDF下载数:  62
  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2025-05-19
  • 刊出日期:  2026-01-20

矿区6种藤本植物的叶功能性状及其对覆土厚度的响应

    作者简介: 刘仁,硕士研究生,工程师,主要从事矿区生态修复研究
  • 1. 中国林业科学研究院 亚热带林业实验中心/新余市森林碳汇监测与调控重点实验室,江西 新余 336600
  • 2. 生物多样性保护与资源利用江西省重点实验室,江西 新余 336600
  • 3. 新余市生态保护中心,江西 新余 336600
基金项目:  江西省林业科技创新项目(创新专项〔2023〕29号);江西省自然科学基金青年基金项目(20242BAB20262);新余市科技计划项目(余科发〔2022〕40号)

摘要: 

明确6种藤本植物在不同覆土厚度下的适应性差异,筛选出耐薄土或厚土的优势物种,为矿区人工植被重建提供科学选种和覆土厚度依据,提升生态修复效率。以矿区中6种藤本植物(五叶地锦、葛藤、常春藤、凌霄、常春油麻藤、爬山虎)为试验材料,利用主成分分析法、隶属函数法研究3种覆土厚度下6种藤本植物叶功能性状及氮磷养分策略的差异,对6种藤本植物各项指标进行综合分析及评价。结果表明:①在覆土厚度20 cm下五叶地锦生长状况最佳;在覆土厚度40 cm下爬山虎和凌霄生长优势较高;在覆土厚度60 cm下葛藤、常春藤和常春油麻藤表现出较好的适应性和生长优势。②五叶地锦和凌霄在覆土厚度20 cm下增加根系投资以增强养分获取,在覆土厚度60 cm下则转向增加叶生物量以优化光合作用;葛藤和常春油麻藤在各厚度下均表现出较高的生物量积累,显示出较强的适应潜力;在覆土厚度20 cm下葛藤和常春油麻藤表现为“快投资-回报”资源获取型策略,具有高比叶面积、低叶干物质含量特征,利于快速生长与资源捕获,而爬山虎和常春藤则倾向于“慢投资-回报”资源保守型策略,具有高比叶质量和叶干物质含量,增强了其对贫瘠环境的耐受性。③所有藤本植物生长均受氮磷限制,不同藤本植物在不同覆土厚度下对氮磷养分的吸收与分配策略存在差异。五叶地锦在薄土层(20 cm)下茎根氮磷吸收量突出;葛藤与常春油麻藤则在厚土层(60 cm)下各器官养分吸收量较高,体现了豆科植物的固氮优势。总的来看,藤本植物通过调整生物量分配、叶片形态和养分吸收策略来适应不同覆土厚度以提升生长和竞争力。

English Abstract

  • 开放科学(资源服务)标识码(OSID):

  • 随着矿业开发活动的深入,矿区生态环境逐渐遭遇严重破坏,土壤侵蚀、植被退化和物种多样性减少等问题亟待解决[1]。矿区生态修复的核心任务是恢复植被覆盖和生态功能,而植物的选择和生长状况直接决定了修复效果[2]。在矿区生态修复过程中,覆土厚度是影响植物生长和适应性的关键因素之一。有研究表明:过薄的覆土层可能导致土壤水分和养分供给不足,影响植物的正常生长;过厚的覆土层则可能导致土壤透气性差,影响根系的呼吸和生长[3]。覆土措施提高了植被高度和盖度,改善了渣山土壤的物理化学性质,为生态群落恢复提供基础,促进植物生长[4]。叶功能性状是植物在生存进化过程中为适应环境和提升生存能力而形成的生理或形态特征,能够反映植物物种间以及植物与生境之间的关系,体现植物与竞争者及其他生物的相互作用[5-6]。研究表明,比叶面积、叶形因子、叶干物质含量、叶氮磷含量及其计量特征是决定植物生理功能和生物地球化学循环的重要因素[7-8],而且植物叶片各性状之间存在着相互联系和相互依存的内在关系[9]。土壤是影响植物叶功能性状的重要因素,能够引起多个功能性状的协同响应[10-12],已有研究表明,土壤肥力、植物比叶面积和叶氮磷含量成正比;土壤的理化性质,如土壤水分、养分含量等,也会对植物功能性状产生显著影响[10-12]。尽管已有研究揭示了土壤特性对植物功能性状的广泛影响,但针对矿区植物叶功能性状对覆土厚度的响应机制尚未得到充分探讨。矿区土壤的特殊性,如重金属污染、养分匮乏等,可能对植物功能性状产生独特的影响,因此深入研究矿区植物叶功能性状对覆土厚度的响应机制具有重要的生态学意义。

    藤本植物是指茎部无法直立生长而呈蔓生状,通常依靠攀援器官、主茎缠绕或附着于其他物体来向上攀爬的植物[13]。由于其较强的适应性和生长特性,藤本植物能够维持物种多样性与生态功能、增加绿量、缓解生态问题,成为矿区生态修复中备受关注的植物群体之一[14-15]。目前国内外学者对乔灌木、草本植物的叶功能性状与气候、资源、种内关系的研究较多,对藤本植物的研究主要集中于森林群落生态[16]、物种多样性分析[17]、林层分布规律[18]和观赏价值评价及应用[14]等方面,未对矿区中的藤本植物叶功能性状进行比较分析。对藤本植物叶功能性状的研究可以在一定程度上量化植物生长与环境的相互作用,进一步探索藤本植物的生长策略,而矿区覆土厚度的变化可能会改变藤本植物生态特性对外界环境变化的适应性策略。基于此,本研究选择6种藤本植物(五叶地锦、葛藤、常春藤、凌霄、常春油麻藤、爬山虎)为研究对象,在矿区高陡岩壁底部进行不同覆土厚度栽植原位试验,通过测量藤本植物生长情况和叶功能性状指标,探讨不同藤本植物的多个叶功能性状差异及其相关性和对不同覆土厚度的适应能力,明确6种藤本植物在不同覆土厚度下的适应性差异,筛选出耐薄土或厚土的优势物种,以期为矿区生态修复中藤本植物的选择与覆土技术的完善提供理论依据和实践参考,为矿区人工植被重建提供科学选种依据,提升生态修复效率。

  • 试验地位于江西省新余市仙女湖区九龙山乡中创铁矿高陡岩壁区,地理坐标为27°36′N、114°50′E,平均海拔150.81 m,属亚热带湿润季风气候,年平均日照时间约为1 512 h,年平均气温17.5 ℃,年平均降水量1 650 mm,降雨集中在每年4-6月,6月份降雨最多,无霜期约270 d,母质为千枚岩,土壤为红壤,大部分土层厚度在10 cm以上,适宜藤本植物生长。试验地土壤前期调查数据为:土壤有机碳含量1.86 g/kg,全氮含量0.23 g/kg,全磷含量0.53 g/kg,土壤含水率22.61%,土壤pH值4.92,有效磷含量1.76 mg/kg,铵态氮含量3.42 mg/kg,硝态氮含量1.73 mg/kg。

  • 2023年3月在新余市矿区高陡岩壁底部进行原位土回填覆盖试验,覆盖厚度分别为20 cm、40 cm、60 cm 3个水平,回填为宽1 m、长20 m的条带。利用6种藤本植物(五叶地锦、葛藤、常春藤、凌霄、常春油麻藤、爬山虎)对矿区高陡岩壁进行生态修复,将6种藤本植物容器苗分别移栽到3种土壤厚度中,每种厚度设置3个重复区,每个处理分别种植30株2年生容器苗,共1 620株。2024年8月进行样品采集,采集生长及结实状况良好的单株,每个处理的藤本植物选择5株生长发育良好的健壮植株,分别收集地上部分(叶、茎)、地下部分(根)生物样本,另外选取10片形状大小基本相同、叶片完全展开、无病虫害、叶边缘较完整的叶片作为样本进行表型指标测定,其余的叶片于105 ℃杀青15 min,60 ℃烘干至恒定质量,粉碎过40目筛,即为叶片养分含量待测材料。2023年2月对矿区高陡岩壁底部的覆盖土进行混合取样,带回室内进行土壤样品的肥分指标(土壤含水率、有机质、全量养分、有效氮、有效磷)分析[19]

  • 使用电子天平称取每株个体10片叶鲜质量,然后将所有叶片平铺于分辨率300 dpi的扫描仪(Epson PerfectionV 19)进行扫描,扫描的叶片图片用万深LA-S叶分析软件进行批量处理,计算叶面积、叶周长、叶长、叶宽、叶形指数、叶形状因子。将扫描后的叶片放入60 ℃烘箱48 h后取出,称其叶干质量,然后结合叶干质量和叶面积计算比叶面积和比叶质量,结合叶片干质量和鲜质量计算叶含水率、叶肉质化程度和叶干物质含量[20]。另外,分别称取适量的地上部分(叶、茎)、地下部分(根)的干样,测定其氮磷含量并计算氮磷比[21]

  • 使用Excel 2010软件和IBM SPSS statistics 26.0软件对数据进行统计汇总分析。利用单因素方差分析法比较6种藤本植物之间和不同覆土厚度下叶功能性状及氮磷养分策略差异(α=0.05);用双因素方差分析法检验藤本植被类型与覆土厚度的交互作用,并用Duncan法进行多重比较(α=0.05);采用Origin Pro 2024软件进行Pearson相关性分析和主成分分析;运用隶属函数法对不同覆土厚度下6种藤本植物叶功能性状及氮磷养分策略进行综合评价。

    式中:LSI代表叶形指数;LL代表叶长;LW代表叶宽。

    式中:LSF代表叶形状因子;LA代表叶面积;LP代表叶周长。

    式中:SLA代表比叶面积;LA代表叶面积;LDW代表叶干质量。

    式中:LSW代表比叶质量;LDW代表叶干质量;LA代表叶面积。

    式中:LSD代表叶肉质化程度;LFW代表叶鲜质量;LDW代表叶干质量;LA代表叶面积。

    式中:LDMC代表叶干物质含量;LDW代表叶干质量;LSFW代表叶饱和鲜质量。

    式中:LMC代表叶含水率;LDW代表叶干质量;LFW代表叶鲜质量。

    式中:LN(P)U代表叶氮(磷)素吸收量;LN(P)C代表叶氮(磷)含量;LB代表叶生物量。

    式中:SN(P)U代表茎氮(磷)素吸收量;SN(P)C代表茎氮(磷)含量;SB代表茎生物量。

    式中:RN(P)U代表根氮(磷)素吸收量;RN(P)C代表根氮(磷)含量;RB代表根生物量。

    式中:TN(P)U代表总氮(磷)素吸收量。

  • 表 1可知,植被类型、覆土厚度及其交互作用对各项生长情况指标均存在极显著影响。五叶地锦在20 cm和60 cm覆土厚度下表现出较高的SLSB,其中SB显著高于其他5种藤本植物,平均值分别达8.13 g和21.08 g;在60 cm覆土厚度下的SMC显著低于其他5种植物;SMC随覆土厚度的增加而增加,但RB反之。葛藤在3种覆土厚度下的RBTBLMCSMC均要高于其他5种植物;在40 cm覆土厚度下的LBRMC也显著高于其他藤本植物;在60 cm厚度下,大部分指标均优于其他藤本植物;除SLRBRMC外,其他生长情况指标随覆土厚度的增加而升高。常春藤在3种覆土厚度下各项生长指标均较低,其中在40 cm和60 cm覆土厚度下的SLLBSBRBTBRMC均显著低于其他5种植物;SL随覆土厚度的增加而增加。凌霄的SL平均值在40 cm覆土厚度下是葛藤的4.52倍;RMC在60 cm覆土厚度下最高(64.12%),而LMC最低(41.70%);LBSMCRMC随覆土厚度的增加而增加,而RBLMC反之。常春油麻藤在20 cm覆土厚度下LBSMCRMC显著高于其他藤本,在60 cm覆土厚度下LB要显著高于其他植物;LB随覆土厚度的增加而增加,而LMC反之。爬山虎在3种覆土厚度下的各项生长指标总体上要低于其他植物,其中在20 cm覆土厚度下的LBRBTB显著低于其他5种植物;仅在40 cm覆土厚度下的SB平均值最高(10.70 g),但LMCSMC平均值最低;在60 cm覆土厚度下的RB平均值最低(1.58 g),显著低于其他5种植物;SLLB随覆土厚度的增加而增加,而RMC反之。

  • 表 2可知,植被类型及其与覆土厚度的交互作用对各项叶功能性状指标均存在极显著影响,除LSF外,覆土厚度对各项叶功能性状指标均存在显著影响。五叶地锦的LALPLLLSWLSD随覆土厚度的增加先降低后增加,但LSFSLALDMC与之相反;仅LSI随覆土厚度的增加而增加。葛藤在覆土厚度20 cm下LALLLWSLA均显著高于其他5种植物,但其LSWLDMC要显著低于其他5种植物;随覆土厚度增加,其叶片多项指标均先降低后增加,如LALPSLA,而LSFLSWLSD先增加后降低,LLLSI则表现为持续降低。爬山虎的LSWLSD在20 cm和40 cm覆土厚度下均要高于其他藤本;随覆土厚度增加,LALPLLLW呈增加趋势,但LSD随覆土厚度增加而降低。常春油麻藤在40 cm覆土厚度下LALPLLLWLSI均显著高于其他5种植物;在60 cm覆土厚度下LALPLLLWLSI要显著高于其他5种植物;LALLLWLSFSLALDMC随覆土厚度增加而增加,但LSWLSD反之。凌霄的LSILSF随覆土厚度的增加而降低,但LDMC反之。

  • 表 3可知,植被类型及其与覆土厚度的交互作用对各项氮磷养分分配特征指标均存在极显著影响;除LPC外,覆土厚度对各项氮磷养分分配特征指标均存在显著影响。五叶地锦的SNCRNC随覆土厚度的增加显著降低;葛藤的RPC随覆土厚度的增加而增加;常春藤的LNCLN/P随覆土厚度的增加而降低;凌霄的SNCSPCRPC随覆土厚度的增加而增加,但SN/PRN/P反之;常春油麻藤的SNCRNCSPCRN/P随覆土厚度的增加显著提升;爬山虎的LNCLPC随覆土厚度的增加显著提升,但RNC却与之相反。在不同覆土厚度下不同藤本植物的LN/P平均值均低于14.00 mg/g。在覆土厚度20 cm下,五叶地锦的LPCSPC均要显著高于其他藤本植物;常春藤的LPC最低;爬山虎的RNCRPC均要显著高于其他藤本植物;凌霄的LNCSNCRNCSPCRPCLN/P较低。在覆土厚度40 cm下,五叶地锦的LNCLN/P均要显著高于其他藤本植物;葛藤的SNC最高;凌霄的SNCRPC均显著低于其他植物,但LPC最高;爬山虎的3个部位磷含量均较高。在覆土厚度60 cm下,五叶地锦的SNCRNCSN/PRN/P显著低于其他藤本植物;葛藤的LNC、常春油麻藤的SNCRNCSPCSN/PRN/P以及爬山虎的LPCRPC均显著高于其他藤本植物。

    表 4可知,覆土厚度、植被类型及其交互作用对不同覆土厚度下藤本植物各部位氮磷养分吸收量有显著影响。在覆土厚度20 cm下,五叶地锦的SNUSPURPUTPU均要显著高于其他藤本植物;葛藤和常春油麻藤的LNU较高,葛藤的RNUTNU均要高于其他藤本植物;常春藤和爬山虎多个指标均较低,其TNUTPU均要低于其他4种藤本植物;LPU较高的有五叶地锦、葛藤、凌霄和常春油麻藤,RPU仅五叶地锦和葛藤相对较高。在覆土厚度40 cm下,葛藤的SNURNULPURPUTNUTPU均显著高于其他植物,TNUTPU分别是常春藤的11.83倍和12.00倍;常春藤根、茎、叶的氮磷吸收量均显著低于其他藤本植物;常春油麻藤的LNU最高(69.22 mg),是常春藤的6.22倍。在覆土厚度60 cm下,葛藤和常春油麻藤的多个部位氮磷吸收量较高,其中葛藤的LNURNURPUTNUTPU均显著高于其他植物;常春藤和凌霄的茎、根氮磷吸收量较低。随覆土厚度增加,凌霄和爬山虎的LNU呈增加趋势,而五叶地锦和常春藤的LNU与之相反;凌霄和爬山虎的LPU随覆土厚度增加而增加;葛藤和常春油麻藤的LNUSNULPUSPUTPU随覆土厚度的增加而增加,常春油麻藤的RNUTNU也表现出随之增加的趋势。

  • 图 1是一张整合了同一覆土厚度下6种植物所有样本数据的相关性热图,计算的是在所有植物、所有样本混合在一起的情况下,叶功能性状与氮磷养分指标之间的总体相关系数。横、纵坐标均表示35个指标,右侧刻度标表示指标间相关系数的数值范围。如图 1所示,不同覆土厚度下各藤本植物的叶功能性状和氮磷养分特征的相关性各不相同。在覆土20 cm时(图 1a),SLLBSBRBLMCTBLPLWSNULPUTPU呈极显著正相关,与LSFLSWLDMC呈显著负相关;TBLNCRN/PLALPLLLWSLALNUSNURNUTNUTPU呈极显著正相关,与LSWLDMC呈显著负相关;RPC与大部分叶片指标均呈显著负相关,仅与LSFLSWLSD呈极显著正相关;SN/PRN/PLALPLLLWLSISLALNUSNURNUTNU呈显著正相关,而与LSDLSWLDMC呈显著负相关;LSWLDMCLNUSNURNULPURPUTNUTPU呈显著负相关;SLALNUSNURNULPUTNUTPU呈极显著正相关;RNUSPURPUTNU均与TPU呈极限正相关。在覆土40 cm时(图 1b),LBLMCRMCTBRN/PLALPLLLWSNURNULPURPUTNUTPU呈显著正相关;RNC与大部分叶片指标均呈极显著正相关;RN/PLALPLLLWLSILNURNULPUTNU呈显著正相关,而与LDMC呈显著负相关;LNUSNURNULPURPUTNUTPU呈极显著正相关。覆土60 cm时(图 1c),LBRBTBLNCRNCLN/PSN/PRN/PLALPSLASNURNULPURPUTNUTPU呈极显著正相关,与LSW呈极显著负相关;TBLNCSNCRNCLN/PSN/PRN/PLWLNUSNURNULPUTNUTPU呈极显著正相关;LN/PSN/PRN/PLALPLLLWSLA与大部分叶片指标均呈极显著正相关,仅与LSW呈显著负相关;LSW与大多数指标呈显著负相关;LNUSNURNULPUSPURPUTNUTPU与各指标之间基本呈极显著正相关。

  • 对不同覆土厚度下的6种藤本植物的35个指标进行主成分分析(图 2表 5)。由图 2可知:五叶地锦的主成分1(PC1)和主成分2(PC2)的贡献率分别为53.47%和35.65%,累计贡献率达到89.12%(图 2a);PC1轴(贡献率53.47%)正方向主要与LASLLSDLP等形态建成指标紧密相关,而负方向则与LDMCLSFSLA等保守型性状关联,这表明PC1轴代表了该物种在“快速扩张”与“保守投资”之间的主要权衡策略;葛藤的主成分累计贡献率为82.77%(图 2b),PC1轴(贡献率54.63%)正方向聚集了SBSLRPULNU等指标,表明PC1轴主导了其生物量分配与养分吸收的综合策略;常春藤的主成分累计贡献率为78.29%(图 2c),其PC1轴(贡献率53.56%)正方向与LASBSNUSPU等指标紧密相关,而LDMCLNCLNU等则位于负方向,这反映了常春藤的生长策略集中于光合器官构建与养分获取效率的协同变化;凌霄的主成分累计贡献率达86.18%(图 2d),PC1轴(贡献率54.13%)正方向与TBSBLMCRB等指标关联,负方向则与LDMCRMCRPCLBSLA等相关,此格局揭示了凌霄在响应环境时,其生物量积累、水分状况与叶片构建成本之间存在紧密的协同与权衡关系;常春油麻藤的主成分累计贡献率最高(90.01%),PC1轴贡献率达66.60%(图 2e),PC1轴正方向强烈关联LPURNUSN/PTPU指标,说明磷养分的高效利用与体内化学计量平衡是该物种最核心的适应策略;爬山虎的PC1与PC2的贡献率较为均衡,累计达87.31%(图 2f),PC1轴(贡献率47.03%)正方向与LPSBSNULB等相关,而负方向与RNCSN/P等相关,这表明爬山虎的策略权衡同时涉及形态建成和体内养分的分配与循环。

    藤本植物在不同覆土厚度下2个主成分的得分如表 5所示。覆土厚度20 cm时,常春油麻藤和爬山虎在PC1负轴得分最高,葛藤和凌霄在PC2负轴得分最高,五叶地锦在PC2正轴的得分最高,说明在覆土厚度20 cm下五叶地锦长势较好,常春油麻藤、爬山虎、葛藤和凌霄长势较差;覆土厚度40 cm时,五叶地锦在PC1负轴得分最高,常春油麻藤在PC2负轴的得分最高,葛藤、凌霄和爬山虎在PC2正轴的得分最高,说明在覆土厚度40 cm下五叶地锦和常春油麻藤长势较弱,葛藤、凌霄和爬山虎长势较好;覆土厚度60 cm时,葛藤、常春藤和常春油麻藤在PC1正轴的得分最高,五叶地锦和爬山虎在PC2负轴的得分最高,说明在覆土厚度60 cm下葛藤、常春藤和常春油麻藤长势较好,但五叶地锦和爬山虎长势较弱。葛藤和常春油麻藤的3个覆土厚度的样本点沿PC1轴呈现梯度分布,揭示了厚度变化是驱动其策略转变的关键因子。其他藤本植物在不同覆土厚度下的点位分布较分散,显示出较高的表型可塑性。

    利用相关公式:F(综合得分)=F1(主成分得分1)×PC1方差贡献率/累计贡献率+F2(主成分得分2)×PC2方差贡献率/累计贡献率,计算出不同覆土厚度下各藤本植物的叶功能性状和氮磷养分特征综合得分,并依据综合得分对其进行排序(表 6),发现常春油麻藤在60 cm覆土厚度下表现最佳,综合得分最高(1.05),排名第一;凌霄在40 cm覆土厚度下表现较好,综合得分0.83,排名第四;葛藤在60 cm覆土厚度下综合得分0.81,排名第五;五叶地锦在20 cm覆土厚度下表现较好,综合得分0.79,排名第六;爬山虎在40 cm覆土厚度下表现较好,综合得分0.91,排名第二,但在60 cm覆土厚度下表现较差,综合得分-0.30,排名第十一。

  • 环境变化会引发植物一系列行为变化,其中形态和生物量的变化是评估植物对环境适应性的重要指标[22]。在异质生境中,藤本植物通过调节生物量对不同器官的投资来适应环境变化,以确保器官生长发育,维持生存繁衍能力[23]。本研究发现,五叶地锦和凌霄的叶生物量随覆土厚度的增加而增加,但根生物量反之,说明五叶地锦和凌霄协调生物量资源分配以适应外界环境变化,实现优化觅食行为。这可能是因为在薄土层的环境下,五叶地锦和凌霄会增加根系生物量,以便扩大根系的吸收范围来获取更多的养分;相反,在厚土层中土壤养分更充足,五叶地锦和凌霄会减少对根系的投资,转而增加叶片的生物量用于提高光合作用,从而优化生长。此外,葛藤和常春油麻藤的叶生物量随覆土厚度的增加而增加,该结果与文献[3]研究高寒区弃渣场植物地上生物量随着覆土厚度的增加而增加这一结果一致。由于环境资源有限,当植物增加某一器官的生物量投资时,必然会减少对其他器官的生物量投入[24],而有限的环境资源导致植物各器官之间存在竞争,许多情况下植物会采用茎沉默策略以实现整体利益最大化[25-26]。本研究中常春藤的茎生物量在覆土厚度20 cm和40 cm下显著低于叶生物量,但在覆土厚度60 cm下反之,在一定程度上说明当土壤资源减少时,常春藤会牺牲茎的投资来满足叶投资的稳定。五叶地锦和常春油麻藤在20 cm覆土厚度下茎生长迅速、攀岩能力强,更有利于矿区生态修复。凌霄在60 cm覆土厚度下根含水率最高,反映其对深层土壤水分利用能力较强。葛藤各部位生物量在3种覆土厚度处理下均高于其他藤本植物,而常春藤和爬山虎在3种覆土厚度下各项生长指标均较低,表明葛藤相较于常春藤和爬山虎更适合在该矿区生长。大多数植物叶片含水率占组织鲜质量的65%~90%[8],而本研究中凌霄在3种覆土厚度下的叶含水率均在65%以下,且其成熟叶片一般呈纸质化,说明凌霄并不适于干旱地区种植。

  • 叶经济谱系能够协同并量化一系列的叶功能性状指标,反映植物在叶片结构成本与资源回报时间之间的权衡[27]。根据叶经济谱系可将植物分为“快投资-回报”型(资源获取型)和“慢投资-回报”型(资源保守型)植物,前者通常具有较高的比叶面积和氮含量,而后者则往往具有较高的比叶质量和叶干物质含量[28]。本研究中葛藤在覆土厚度20 cm下的叶面积、叶片长、叶片宽及比叶面积总体上高于其他5种植物,但其比叶质量和叶干物质含量总体上低于其他藤本植物,说明葛藤生长策略可能是通过较大、较薄的叶片和较低的干物质含量来快速扩大叶面积和提高光合效率,适应覆盖土层较厚的环境,属于“快投资-回报”型植物,该结果与文献[29]的研究一致。爬山虎在20 cm和40 cm覆土厚度下的叶面积、叶周长、叶片长和叶片宽总体上低于其他5种植物,但其比叶质量、叶肉质化程度和叶干物质含量总体上高于其他藤本,表明爬山虎在20 cm和40 cm覆土厚度下属于资源保守型植物,其对资源和养分的利用效率高,能将更多的养分投入叶片内部组织构建,对环境有更强的耐受性、抗逆性,但同时也降低了其光合作用能力[5]。叶片的寿命与比叶质量呈显著正相关关系[30],因此葛藤在覆土厚度20 cm和60 cm下叶寿命相对较短,而爬山虎在覆土厚度20 cm和40 cm下叶寿命较长。本研究中常春藤叶面积普遍较小,但叶肉质化程度与叶干物质含量较高,符合“慢投资-回报”型植物的特征[28],说明常春藤是资源保守型植物。

    植物功能性状的相对稳定性和对外界环境变化的可塑性,使其能够通过功能性状的变化反映植物在不同层面(从器官、物种、群落到生态系统)适应环境的策略和机制[31]。本研究表明不同藤本植物的叶功能性状对覆土条件的响应具有物种特异性及环境依赖性。其中,五叶地锦叶形状指数随覆土厚度的增加而增加,而葛藤与之相反,表明随覆土厚度的增加五叶地锦和葛藤会优先改变叶形来优化对水分和光照的利用。凌霄的叶形指数和叶形状因子随覆土厚度的增加而降低,但叶干物质含量反之,这些变化表明凌霄在更厚的覆土下采用了更加保守的资源配置策略,减少了对叶片形态的投资,减少不必要的能量消耗,因此可以判断凌霄属于“慢投资-回报”型植物。常春油麻藤的叶面积、叶片长、叶片宽、叶形指数、叶形状因子、比叶面积和叶干物质含量总体上随覆土厚度增加而增加,但比叶质量和叶肉质化程度反之,这些特征表明常春油麻藤在不同覆土厚度下表现出更多的“快投资-回报”型特征,这是因为覆土厚度增加导致资源供给充足,从而降低了常春油麻藤对高代谢活力的需求,促使其减少叶片的光合作用投资,增加叶干质量投资的回报,并通过缩短叶寿命来优化资源使用[32]。爬山虎的叶面积、叶周长、叶片长和叶片宽随覆土厚度增加总体上呈增加趋势,但叶肉质化程度随覆土厚度增加而降低,这些特征表明爬山虎在覆土厚度较大时表现出更高的资源获取能力,同时叶肉质化程度较低意味着其生长方式更加注重快速的资源获取而非长期的资源保守,这是因为随着覆土厚度的增加,爬山虎并不再依赖较厚的叶肉来应对水分和养分压力,节省了用于增加叶片面积和比叶面积的资源,提高了光合作用效率[33]。这些适应机制帮助藤本植物在变化的环境中维持生长和繁殖的竞争力。

  • 氮和磷是植物体重要的组成成分,决定了植物的光合作用、生长、繁殖和其他生理过程,被用来评估植物的生长状况是否受到氮元素或磷元素供应的限制[34-35]。6种藤本植物间的养分分配特征和吸收量存在显著差异,这与植物自身特性有关,说明不同的藤本植物对资源的利用率以及生存策略存在一定差异。文献[36]分析了植物各个器官多种功能元素的异速分配规律,发现这些功能元素在不同器官的分配具有一定的保守性。本研究发现五叶地锦在覆土厚度60 cm下茎氮含量和氮磷比相较于覆土厚度20 cm和40 cm显著降低,与其生长策略和养分分配机制有关。根氮磷比显著高于其他植物,表明其根系优先吸收氮源。随着覆土厚度增加,五叶地锦的茎、根氮磷含量提升,茎氮磷比下降,植物会根据不同部位的生理需求来调节氮磷的分配,通常植物根部用于吸收和储存养分,茎部则更多地参与传输和支持功能,而磷元素支持其细胞分裂和组织扩展[37],因此在土壤中氮磷供给增多时,五叶地锦倾向于分配更多的养分用于茎的生长和结构支持,从而使得茎部的氮含量减少,导致氮磷比下降。葛藤和常春油麻藤在覆土厚度60 cm下根氮含量高于其他植物,这是因为葛藤和常春油麻藤是豆科植物,其根系具备较强的氮吸收能力,能有效地从土壤中获取更多的氮[38],导致其叶和茎中的氮含量显著高于其他植物。随着覆土厚度的增加,土壤中养分的供应量增加,磷在土壤中相对较难移动和被吸收,促进了葛藤根部和茎部的养分积累,尤其是磷元素在根部的富集。爬山虎的叶氮磷含量在一定覆土厚度下显著增加,但其根氮磷含量相反,这是由于爬山虎在生长过程中,叶片作为光合作用的主要部位优先吸收氮磷以支持蛋白质合成和能量储存,导致叶部氮磷含量随土壤养分浓度增加而显著提高,而根部的氮磷含量相对下降,是因为爬山虎在养分分配上倾向于优先供给叶片,促进其快速生长和光合作用。

    文献[34]的研究表明,叶片氮磷比大于16时,植物生长受到磷元素的限制;氮磷比小于14时,植物生长受到氮元素的限制;氮磷比介于14~16时,植物生长受氮、磷元素共同限制。本研究中,不同覆土厚度下,6种藤本植物的叶氮磷比均低于14,说明本试验区藤本植物生长受到氮的限制。本研究发现,在覆土20 cm覆土厚度下,五叶地锦的氮磷吸收量显著高于其他藤本植物,尤其是在茎和根上,葛藤和常春油麻藤的叶氮吸收量较高;在60 cm覆土厚度下,葛藤和常春油麻藤的多数部位氮磷吸收量较高。表明五叶地锦在较薄土层中展现出更强的适应性,能更好地利用土壤中的养分,而葛藤和常春油麻藤能够适应较深的土层,并且其根系能够在较深的土壤中寻找更多的养分,这有助于提高其氮磷吸收量。凌霄和爬山虎的叶氮素吸收量随着覆土厚度的增加呈上升趋势,而五叶地锦和常春藤的氮素吸收量则呈下降趋势,表明凌霄和爬山虎更适应较肥沃的土壤环境,能更好地利用土壤中的氮,而五叶地锦和常春藤在较贫瘠或养分相对较少的环境中生长较好,其对氮的需求较低。总而言之,植被类型与覆土厚度显著影响藤本植物氮磷养分分配和吸收特征,植被类型的生理特性和土壤养分的可利用性是导致这些差异的关键原因。

  • 从藤本植物叶功能性状与养分特征间相关性结果可以看出,不同覆土厚度下各藤本植物的叶功能性状和氮磷养分性状的相关性各不相同。在覆土20 cm和40 cm时,叶含水率与总生物量、叶周长、叶片宽、叶磷素吸收量和总磷吸收量呈极显著正相关,说明藤本植物在面对养分贫瘠的外界环境时叶片含水率降低,更倾向于构建防御组织以抵抗外界环境胁迫[5],但也减少了植物对磷养分的吸收量。本研究发现比叶质量和叶干物质含量与叶面积、叶周长、叶片长、叶片宽、叶氮磷比、根氮磷比、叶氮含量、叶氮素吸收量、茎氮素吸收量、根氮素吸收量、叶磷素吸收量、根磷素吸收量、总氮吸收量和总磷吸收量呈显著负相关,说明高氮磷吸收量的植物往往表现为较薄的叶片,注重快速生长。这是因为藤本植物更多地将氮、磷等养分用于支持快速的生长而非增加叶片的结构密度。在覆土40 cm时,叶面积、叶周长、叶片长和叶片宽与叶氮素吸收量、根氮素吸收量、叶磷素吸收量和总氮吸收量呈显著正相关,表明了氮和磷元素在叶片发育中的重要作用。覆土60 cm时,叶生物量和根生物量与叶氮含量、根氮含量、叶氮磷比、茎氮磷比、根氮磷比、叶面积、叶周长、比叶面积、叶氮素吸收量、根氮素吸收量、叶磷素吸收量、根磷素吸收量、总氮吸收量和总磷吸收量呈极显著正相关,这是因为养分充足供应能够促进植物的生长和光合作用。然而,比叶质量与生物量之间的负相关关系表明植物在养分充足时倾向于增加叶片和根系的生长而非单纯增加干物质的积累。

    植物不同器官在养分循环中扮演不同角色,各器官对养分元素的利用具有一定的相关性[39]。本研究中不同覆土厚度下的叶氮素吸收量和茎氮素吸收量与根氮素吸收量、叶磷素吸收量、总氮吸收量和总磷吸收量呈极显著正相关;总氮吸收量与总磷吸收量呈极显著正相关。说明根氮素吸收量的增加通常会带动茎、叶等其他部位氮素的增加。植物为了维持平衡和促进健康生长,氮和磷的吸收需求相互依赖,磷不仅在能量传递和细胞分裂中扮演重要角色,也参与光合作用的调节[37],因此磷的吸收能够促进叶片和茎部的氮素吸收,尤其在植物生长旺盛时期,叶片和茎部对于氮磷的需求往往是同步增加的,该结果与文献[40]的研究结果一致。通过对不同覆土厚度下各藤本植物的叶功能性状和氮磷养分特征进行主成分分析和综合得分可知,在覆土20 cm时,五叶地锦生长状况最佳,爬山虎和凌霄在覆土40 cm时生长优势较高,葛藤、常春藤和常春油麻藤在覆土60 cm时的综合得分最高,表现出较好的适应性和生长优势。

  • 覆土厚度对藤本植物的生长和适应性有显著影响。不同藤本植物种类表现出不同的适应策略,如葛藤和常春油麻藤为资源获取型,而爬山虎和常春藤则为资源保守型。此外,不同覆土厚度下的6种藤本植物叶氮磷比数据表明该试验地栽植的藤本植物生长受到氮限制。在薄土层,五叶地锦具有较强的生长优势,葛藤、爬山虎、常春藤、凌霄和常春油麻藤适合栽植在较深土层中。总而言之,藤本植物通过调整生物量分配、叶片形态和养分吸收策略来适应不同覆土厚度以提升生长和竞争能力。

参考文献 (40)

目录

/

返回文章
返回