伏牛山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)植物功能群光合特性

范玉龍,劉慧敏,胡　楠 ,丁圣彥,*

1 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 開(kāi)封　475001 2 南陽(yáng)理工學(xué)院, 南陽(yáng)　473004

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伏牛山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)植物功能群光合特性

范玉龍1,2,劉慧敏1,胡楠2,丁圣彥1,*

1 河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 開(kāi)封475001 2 南陽(yáng)理工學(xué)院, 南陽(yáng)473004

植物功能群(PFG)把一系列植物歸為一個(gè)功能團(tuán)體,可以作為植被隨環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的基本單元,簡(jiǎn)化相關(guān)研究。植物功能群內(nèi)不同物種的生理特性差異是功能群存在的基礎(chǔ),也影響著功能群整體的功能。采用種間聯(lián)結(jié)法并結(jié)合優(yōu)勢(shì)種在海拔梯度上的變化,將伏牛山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)各層優(yōu)勢(shì)種劃分為4組植物功能群,研究每組植物功能群內(nèi)不同物種的光合特性。對(duì)光合-光響應(yīng)、最大凈光合速率(Pn)、暗呼吸速率(Rd)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽合點(diǎn)(LSP)和表觀量子效率(AQY)等指標(biāo)進(jìn)行分析和比較,結(jié)果表明：植物功能群內(nèi)不同物種的光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率的變異系數(shù)最高分別達(dá)70.47%和74.29%,功能性狀存在著顯著的互補(bǔ)性,這是物種能長(zhǎng)期共存的主要原因。喬木的最大凈光合速率在7—8 μmol CO2m-2s-1之間,對(duì)高光強(qiáng)的適應(yīng)能力較高。同一功能群內(nèi)各層植物光飽合點(diǎn)在1200—1500μmol m-2s-1之間,差別不大。林下灌木、草本植物對(duì)弱光的利用效率較喬木高。同一功能群內(nèi)物種功能性狀的差異及不同植物功能群間整體性狀的差異,影響著森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。

植物功能群(PFE)；光合特性；伏牛山自然保護(hù)區(qū)；生態(tài)系統(tǒng)功能；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

植物功能群(PFG)是具有確定功能特征的一系列植物的組合,可以看作是對(duì)環(huán)境有相同響應(yīng)和對(duì)主要生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程有相似作用的組合[1-2]。森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,研究難度較大,植物功能群把一系列植物歸為一個(gè)功能團(tuán)體,使復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)研究得以簡(jiǎn)單化,可以作為研究植被隨環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的基本單元。PFG是與植物的外貌密切相關(guān)的,或多或少反映了植物在不同環(huán)境中的生存能力[3-4]。植物功能群將植物形態(tài)學(xué)、群落學(xué)和生態(tài)過(guò)程聯(lián)系起來(lái),為研究氣候變化提供了一個(gè)非常好的工具[5],也為恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)提供更為科學(xué)、實(shí)用的物種組合?；谥参锕δ苋旱难芯克悸凡粌H簡(jiǎn)便,而且利于揭示生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的深層次機(jī)理[6]。

森林生態(tài)系統(tǒng)可以從結(jié)構(gòu)和功能兩個(gè)方面來(lái)描述,也可從結(jié)構(gòu)和功能兩方面進(jìn)行分類[7]。優(yōu)勢(shì)種控制著植被的結(jié)構(gòu),能更好地體現(xiàn)出地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài),一個(gè)群落中的優(yōu)勢(shì)種,特別是演替頂極中的優(yōu)勢(shì)種,或者至少是特征種就比次要種能成為更有用的指示植物[8],以優(yōu)勢(shì)種為主體來(lái)劃分植物功能群具有較強(qiáng)的代表性。植物功能群的劃分依賴于植物實(shí)際的分布[9],也反映出功能相近的植物在時(shí)空分布過(guò)程中的互補(bǔ)性。伏牛山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)植被可以分為3層,即喬木層、灌木層和草本層,在個(gè)別地帶也存在藤本植物,但是種類和數(shù)量較少。以各層優(yōu)勢(shì)種為主體分別劃分植物功能群(即喬木層、灌木層和草本層各自為主體劃分各自的植物功能群)能反映出不同層次植物的功能特性[10-12]。隨著研究尺度的擴(kuò)大,將不同層次的植物劃分在同一植物功能群更具實(shí)際意義,可以深化對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同進(jìn)化的理解,特別是對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究提供思路[13],為森林生態(tài)系統(tǒng)立體化恢復(fù)提供參考[14-15]。

植物功能群功能的發(fā)揮依賴于群內(nèi)不同植物的功能貢獻(xiàn),因此,功能群內(nèi)植物的生理生態(tài)特性及其差異就成為此類研究的關(guān)鍵一環(huán)。無(wú)論何種劃分方法,植物功能群研究必定要涉及到功能性狀概念,植物功能性狀是指影響物種生存、生長(zhǎng)和繁殖等生物特征[16]。光是限制植物生長(zhǎng)的最主要的生態(tài)因子,光合特性是植物最主要的生理生態(tài)特性,光合作用是能量流動(dòng)的基礎(chǔ)。在垂直結(jié)構(gòu)明顯的森林生態(tài)系統(tǒng)中,群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及其對(duì)光輻射的吸收、反射和透射等作用,能強(qiáng)烈地改變光強(qiáng)、光質(zhì)和光照時(shí)間[17],光對(duì)林下灌木層和草本層植物的發(fā)育就顯得非常重要。伏牛山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)植物種類豐富,不同種類植物的形態(tài)及生理特性差異顯著,表現(xiàn)出不同的需光特性。上層喬木接受直接光照,灌木層和草本層接受反射和透射光,光合特性的差異使它們能適應(yīng)不同的光照強(qiáng)度,對(duì)光的充分利用使整體光合效率高于單一物種。這種功能互補(bǔ)正是植物功能群長(zhǎng)期共存的生理生態(tài)基礎(chǔ)[18]。

1　研究地概況

伏牛山自然保護(hù)區(qū)位于河南省西部,是秦嶺東西方向上的余脈,地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°30′—113°05′,北緯32°45′—34°00′；伏牛山區(qū)是黃河、淮河和長(zhǎng)江三大水系的分水嶺和一些支流的發(fā)源地；境內(nèi)地勢(shì)高差懸殊,在季風(fēng)氣候的背景條件下,根據(jù)中國(guó)氣候區(qū)劃的指標(biāo),伏牛山北坡屬暖溫帶,南坡屬北亞熱帶,具有明顯的過(guò)渡帶特點(diǎn)；伏牛山區(qū)的土壤復(fù)雜多樣,可劃分為3種土類(山地棕壤、山地黃棕壤和山地褐土)；植被屬暖溫帶落葉闊葉林向亞熱帶常綠闊葉林的過(guò)渡型[19]。北坡的洛陽(yáng)白云山與南坡的南陽(yáng)寶天曼自然環(huán)境隨海拔變化差異顯著,群落類型變化梯度大,優(yōu)勢(shì)種變化明顯,為此類研究提供了一個(gè)良好場(chǎng)所(表1)。

表1　研究區(qū)自然地理概況

2　研究方法

在北坡的白云山和南坡的寶天曼,從海拔600—2 000 m的山體上,選擇代表性地段,每隔海拔100 m確定至少1個(gè)20 m×20 m的樣地,共設(shè)置樣地66個(gè),在樣地的中心以及四個(gè)角分別設(shè)一個(gè)2 m×2 m灌木層樣方和一個(gè)1 m×1 m草本層樣方。其中包括喬木層樣方66個(gè),灌木層樣方共330個(gè),草本層樣方共330個(gè)。調(diào)查指標(biāo)包括：?jiǎn)棠緦拥纳w度、種類、個(gè)體數(shù)量、樹(shù)高、枝下高、冠高、冠幅、基徑、胸徑等；灌木層的蓋度、種類、個(gè)體數(shù)量、樹(shù)高、冠幅、基徑；草本層的蓋度、種類、個(gè)體數(shù)量、高度、冠幅、基徑(叢徑)。

由于各物種所處的層次不同,優(yōu)勢(shì)種確定所采用的方法也不同,喬木層是以重要值為指標(biāo),灌木和草本層以出現(xiàn)次數(shù)為指標(biāo)。植物功能群劃分采用優(yōu)勢(shì)種種間聯(lián)結(jié)法[20],并結(jié)合其在海拔梯度上的變化[10-12]。這種劃分方法的客觀性在于結(jié)合了森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和過(guò)程[6]。

用Li- 6400對(duì)植物功能群內(nèi)優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行光合日變化、光響應(yīng)測(cè)定,時(shí)間從8：00到18:00,在相同高度位置,選擇充分伸展的枝條上的第3—7片成熟葉片進(jìn)行測(cè)量,每片葉片進(jìn)行3個(gè)重復(fù),循環(huán)測(cè)定,保證每2 h左右循環(huán)測(cè)定1次。灌木層和草本層采用連體葉片,測(cè)定方法同上。光合-光響應(yīng)曲線測(cè)定在10: 00后進(jìn)行,3次重復(fù), 采用人工光源, 測(cè)定前使用1 000μmolm-2s-1的光強(qiáng)誘導(dǎo)20 min, 光合有效輻射(PAR)分別設(shè)定為2 000, 1 500, 1 000, 800, 500, 200, 100, 50, 30, 20, 10, 5, 0μmolm-2s-1等13個(gè)水平。通過(guò)擬合曲線得到最大凈光合速率、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)和表觀量子效率等參數(shù)[21,22]。

3　結(jié)果與分析

通過(guò)對(duì)野外調(diào)查數(shù)據(jù)的整理、計(jì)算和分析,確定了伏牛山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)各層的主要優(yōu)勢(shì)種(表2)。

根據(jù)優(yōu)勢(shì)種種間聯(lián)結(jié)及其在海拔梯度上的變化,可以將喬木、灌木和草本作為整體劃分為4組植物功能群。第1組：栓皮櫟、胡枝子、栓皮櫟(灌木)、連翹和羊胡子草；第2組：短柄枹、胡枝子、栓皮櫟(灌木)、菅草、蒼術(shù)和羊胡子草；第3組：銳齒櫟、華山松、大芽南蛇藤、橐吾和寬葉苔草；第4組：華山松、青榨槭、杜鵑、橐吾和寬葉苔草。

光照是植物初級(jí)生產(chǎn)力的能量來(lái)源,在其他條件都合適時(shí),光強(qiáng)是決定光合速率高低的決定因素。在森林生態(tài)系統(tǒng)中,植被分層現(xiàn)象明顯,各層植物優(yōu)勢(shì)種在光合特性上存在顯著差異,這種差異使它們?cè)趨f(xié)同進(jìn)化過(guò)程中形成了穩(wěn)定的組合,也使整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)具有更強(qiáng)的光轉(zhuǎn)化能力。

3.1第1組植物功能群光合特性

第1組植物功能群主要分布在低海拔區(qū)域,特別是在800 m以下,人為影響較大,有些地方屬于正處在發(fā)育中的幼林區(qū),群落層次變化較大,結(jié)構(gòu)相對(duì)單一,處在森林生態(tài)系統(tǒng)的演替初期[10]。栓皮櫟的表觀量子效率為0.0208,是灌木層的胡枝子和連翹的表觀量子效率的1/2,也低于草本層的羊胡子草,說(shuō)明本組植物功能群的喬木層對(duì)弱光的利用效率遠(yuǎn)低于灌木層和草本層。栓皮櫟無(wú)論是處在喬木層還是灌木層,光補(bǔ)償點(diǎn)相對(duì)較高,且暗呼吸速率也較高,說(shuō)明栓皮櫟對(duì)光強(qiáng)的要求較高。光補(bǔ)償點(diǎn)最低的是連翹,它能生長(zhǎng)在林下光強(qiáng)較弱的地方。植物功能群內(nèi)物種的光飽和點(diǎn)除胡枝子外基本一致,胡枝子的各項(xiàng)指標(biāo)均較高,這是它在灌木層優(yōu)勢(shì)度最大的主要原因。羊胡子草的表觀量子效率較高,光補(bǔ)償點(diǎn)比連翹高,在栓皮櫟稠密的地段只有少量的羊胡子草存在,在喬木長(zhǎng)勢(shì)不好或稀疏的地段成片分布。各物種光補(bǔ)償點(diǎn)的變異系數(shù)最高,對(duì)弱光的利用能力存在顯著差異。這是物種生態(tài)位的分化、適應(yīng)不同生存環(huán)境和長(zhǎng)期共存的主要原因之一(表3)。

表2　研究區(qū)各層主要優(yōu)勢(shì)種

表3　第1組植物功能群光合特性

圖1　第1組植物功能群光合-光響應(yīng)曲線Fig.1　Photosynthesis-light response curve of the first PFG

在低光照強(qiáng)度下,灌木層和草本層植物的光合速率均較喬木層栓皮櫟的高(圖1),林下灌木和草本植物對(duì)低光強(qiáng)的適應(yīng)性較強(qiáng)。在高光強(qiáng)條件下,喬木栓皮櫟的光合速率又高于其它植物,這與其所處的上層位置相適應(yīng)。胡枝子作為灌木層植物,對(duì)高光強(qiáng)也有較高的適應(yīng)性,它一般分布在林下喬木冠層還沒(méi)有閉合的地方,特別在林中的路邊到處可見(jiàn),其喜光的特性及對(duì)高光強(qiáng)的適應(yīng)性使其能廣泛的分布在整個(gè)伏牛山區(qū)。胡枝子可以作為良好的搭配物種在本區(qū)域的植被恢復(fù)過(guò)程中得到應(yīng)用。

3.2第2組植物功能群光合特性

第2組植物功能群主要分布在海拔1 100—1 400m之間,屬中低海拔到高海拔的過(guò)渡區(qū),位于栓皮櫟林與銳齒櫟林的垂直過(guò)渡帶,喬木層以短柄枹為建群種,栓皮櫟逐漸減少,灌木層的胡枝子和栓皮櫟仍是優(yōu)勢(shì)種[10]。短柄枹的表觀量子效率和栓皮櫟基本一樣,但是最大光合速率達(dá)8.19μmol CO2m-2s-1,明顯較栓皮櫟高。菅草的表觀量子效率達(dá)0.0585,在此海拔區(qū)域,分布著大量的菅草群叢,特別是在土壤比較貧瘠的地段更為顯著,彌補(bǔ)了羊胡子草的不足。蒼術(shù)的最大凈光合速率為2.75μmol CO2m-2s-1,顯著低于同組其他物種,它零星分布在林下 (表4)。

短柄枹是該地段的喬木層優(yōu)勢(shì)物種,在光照強(qiáng)度30 μmolm-2s-1以下,除蒼術(shù)外,它的凈光合速率最低,隨著光強(qiáng)的增加,它的凈光合速率逐漸超過(guò)其它物種,并且在光照強(qiáng)度達(dá)到1 000 μmolm-2s-1時(shí)成為光合速率最高的物種,這種光強(qiáng)也是通常天氣條件下的光照強(qiáng)度。菅草和羊胡子草的光響應(yīng)曲線非常接近,說(shuō)明它們的光合特性接近,具有一定的可替代性,而其它條件(如土壤和水分)的差異就會(huì)影響它們分布。胡枝子的凈光合速率在本組中最高,仍是灌木層的優(yōu)勢(shì)種(圖2)。

表4　第2組植物功能群光合特性

圖2　第2組功植物能群光合-光響應(yīng)曲線Fig.2　Photosynthesis-light response curve of the second PFG

3.3第3組植物功能群光合特性

第3組植物功能群主要分布在1 400—1 800 m的中高海拔區(qū),以銳齒櫟為建群種[10]。銳齒櫟的表觀量子效率為0.0243,和前兩組中的喬木差距不大,與短柄枹更為接近,最大光合速率為7.63μmol CO2m-2s-1,稍低于華山松。大芽南蛇藤的凈光合光合速率較低,灌木層植物長(zhǎng)勢(shì)較弱。橐吾是草本層的優(yōu)勢(shì)植物,表觀量子效率在本組中最高,但是其暗呼吸速率較高,雖然生長(zhǎng)旺盛,干物質(zhì)積累比較緩慢,加上其光補(bǔ)償點(diǎn)較高,一般分布在林窗或林隙等光線較強(qiáng)的地方。寬葉苔草最大光合速率較低,表觀量子效率相對(duì)較高,暗呼吸速率也比較高,整體上其生長(zhǎng)速度較快,但是葉片的活力周期短,難以積累太多干物質(zhì),只能作為地被物種存在(表5)。

從整個(gè)光響應(yīng)曲線來(lái)看,銳齒櫟和華山松有較高的重合度,它們對(duì)光的利用能力相似,葉片形狀及數(shù)量的不同使它們的光合單位差異較大,影響其第一生產(chǎn)力,從而會(huì)影響到它們的優(yōu)勢(shì)度。橐吾的光合利用效率一直高于林下的其它植物,特別是在高光強(qiáng)的條件下更為明顯,也就使它在光強(qiáng)較高的地段成為主要優(yōu)勢(shì)種,而大芽南蛇藤和寬葉苔草的凈光合速率一直處在相對(duì)較低的水平(圖3),限制了它們的生長(zhǎng),寬葉苔草在這個(gè)地段的分布較廣,這是由其他生理生態(tài)特性決定的。

3.4第4組植物功能群光合特性

第4組植物功能群主要分布在1 800 m以上的高海拔區(qū),此地帶溫度低、濕度大,群落穩(wěn)定,分層現(xiàn)象明顯,分布著以銳齒櫟、堅(jiān)樺和紅樺組成山頂矮曲林群落[10]。華山松和橐吾的光補(bǔ)償點(diǎn)、最大凈光合速率都比較高,它們都具有強(qiáng)的喜光特性,同時(shí),它們的暗呼吸速率比較高,代謝強(qiáng)度大,活力較強(qiáng),比較適應(yīng)這一地段的環(huán)境。受溫度等條件的影響,青榨槭在這個(gè)地段一般發(fā)育成小喬木或灌木,這與它的低光補(bǔ)償點(diǎn)相適應(yīng)。杜鵑一般分布在山脊,光照條件好,它的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都較高,但其表觀量子效率較低,生長(zhǎng)比較緩慢,較多發(fā)育為小灌叢(表6)。

表5　第3組植物功能群光合特性

華山松在強(qiáng)光和弱光下都保持較高的凈光合速率,表現(xiàn)出較強(qiáng)的喜光特性及光敏感性,在各個(gè)層次都發(fā)育良好,有較強(qiáng)的更新能力。草本層的橐吾也有較高的光合速率,加上林下光線較好,橐吾往往成片分布。青榨槭的光響應(yīng)曲線處在本組的中間位置,發(fā)育為小喬木。山頂成熟林林下光線良好,灌木層的杜鵑成片出現(xiàn),但其光合利用效率不高,大部分不能發(fā)育成小喬木,多以灌叢出現(xiàn)。寬葉苔草的光合利用效率最低,只在其它物種空缺的地方出現(xiàn)(圖4)。

表6　第4組植物功能群光合特性

圖3　第3組植物功能群光合-光響應(yīng)曲線Fig.3　Photosynthesis-light response curve of the third PFG

圖4　第4組植物功能群光合-光響應(yīng)曲線Fig.4　Photosynthesis-light response curve of the fourth PFG

總體來(lái)說(shuō),這4組植物功能群內(nèi)的物種在光合特性上具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性。它們所處分層位置與它們的光合特性聯(lián)系密切。植物的光合作用受多種條件的影響,除光照強(qiáng)度外,溫度和濕度也有較大影響。海拔、地形和坡向等因素都會(huì)影響到溫度和濕度,功能群內(nèi)的優(yōu)勢(shì)物種的光合特性具有強(qiáng)烈的地帶性特征。也就是說(shuō),植物的光合特性依賴于其實(shí)際的分布位置,在其分布的上限或下限,光合特性會(huì)因?yàn)閷?shí)際環(huán)境條件發(fā)生強(qiáng)烈變化,這也是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)存在植物多樣性的主要原因。

4　討論

在進(jìn)行光合測(cè)定時(shí),對(duì)不同的物種應(yīng)該采取不同的最大光合有效輻射值,特別是不同層次的物種。光強(qiáng)值過(guò)大,會(huì)超出其平時(shí)的常見(jiàn)光強(qiáng),不符合實(shí)際,造成數(shù)據(jù)的偏差。喬木應(yīng)該選擇在1 500μmol m-2s-1以內(nèi),灌草植物應(yīng)該選擇在100μmol m-2s-1以內(nèi)。因?yàn)橥饨绻庹諒?qiáng)度在1 000μmol m-2s-1左右,林下的光照強(qiáng)度在100μmol m-2s-1左右。葉齡、朝向、高度等因素也會(huì)對(duì)數(shù)值有一定的影響,所以在比較時(shí)盡可能多方位取值,以增加數(shù)據(jù)的可靠性。溫度和濕度等外界因素也會(huì)影響光合速率測(cè)定數(shù)值,光強(qiáng)和溫度經(jīng)歷了一個(gè)拋物線式的變動(dòng)[23-24]。森林生態(tài)系統(tǒng)一般分布在較高的海拔,氣溫相對(duì)城市、裸地較低,加上森林生態(tài)系統(tǒng)存在分層現(xiàn)象,高的光強(qiáng)會(huì)給下層葉片提供更充足的光照,所以,從整體上來(lái)看,即使在夏季,并沒(méi)出現(xiàn)明顯的光合午休現(xiàn)象[25,26]。

要弄清森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),可以從植物功能群的組成、生境和功能特性等方面作為切入點(diǎn)。植物功能群內(nèi)物種的聯(lián)系看似松散,卻是其長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果。植物功能群劃分和其生存的自然環(huán)境有很強(qiáng)的相關(guān)性。在山地森林生態(tài)系統(tǒng)中,功能群劃分與海拔直接相關(guān),不同海拔的環(huán)境條件差異明顯,形成了不同的植被分布。相應(yīng)的,植物功能群組成及其功能性狀就具有非常明顯的地帶性特征。功能群內(nèi)不同物種的生理生態(tài)特性存在互補(bǔ)性,這種互補(bǔ)性是它們協(xié)同進(jìn)化的基礎(chǔ),使植物功能群以一個(gè)整體對(duì)外界環(huán)境變動(dòng)產(chǎn)生響應(yīng)[27]。光合特性的差異與互補(bǔ)是其中的重要方面。光合效率是不同物種發(fā)育的基礎(chǔ),也是其競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。在森林生態(tài)系統(tǒng)中,光照強(qiáng)度的分層使不同適應(yīng)能力的喬木、灌木和草本植物聚集在一起,形成了對(duì)光的充分利用。在長(zhǎng)期進(jìn)化的過(guò)程中,不同層次的物種形成了對(duì)資源的獨(dú)特利用方式,也形成了不同的植物功能群。正是這種多樣性的功能群,才使得整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)更加穩(wěn)定和高效。這種差異與互補(bǔ)不僅存在于植物功能群內(nèi),也會(huì)在不同物種、不同尺度中廣泛共存。

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Photosynthetic characteristics of plant functional groups in forest ecosystem at the national natural reserve of FuNiu Mountain

FAN Yulong1,2, LIU Huimin1, HU Nan2, DING Shengyan1,*

1TheCollegeofEnvironmentandPlanning,HenanUniversity,Kaifeng475001,China2NanyangInstituteofTechnology,Nanyang473004,China

A Plant Functional Group (PFG) is composed of a set of plants co-existing within a community and can serve as a basic unit of vegetation dynamic change within an environment and can act to simplify related research. The physiological characteristics of different species provide the basis for PFG classification and also affect the overall function of PFGs. The forest ecosystem has structural integrity in the National Natural Reserve of FuNiu Mountain. Through species′ interspecific associations and their dynamic changes along the elevation gradient, we classified the dominant species into four major PFGs. We then analyzed the photosynthetic characteristics of each plant of the four PFGs. Using the photosynthesis system, we measured the photosynthetic characteristics of different plants of PFGs and analyzed and compared the results which show: that the maximum Coefficient of Variation of different species′ LCP(light compensation point) and Rd(respiration rate) was 70.47% and 74.29% respectively within the same PFG; these are complementary to each other among functional traits, which is the main reason for the long-term coexistence of the PFG. Trees′ Pn(maximum net photosynthetic rate) was between 7 and 8 CO2m-2s-1which suggests that they have the ability to capture high-intensity light LSP(Light saturated point) within the same PFG was mainly between 1200—1500μmol m-2s-1, which differs very little. Herbaceous understory shrubs are more sensitive to low-intensity light than the trees. There are functional characteristic differences among the same PFG and between different PFGs, which affects the structure, function, processes, and ecosystem services of the forest ecosystem.

plant functional group (PFG); photosynthetic characteristics; FuNiu Mountain Natural Reserve; ecosystem function; ecosystem service

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41071118,40671175)

2014- 10- 16;

2016- 04- 17

Corresponding author.E-mail: syding@henu.edu.cn

10.5846/stxb201410162040

范玉龍,劉慧敏, 胡楠, 丁圣彥.伏牛山自然保護(hù)區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)植物功能群光合特性.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(15):4609- 4616.

Fan Y L, Liu H M, Hu N, Ding S Y.Photosynthetic characteristics of plant functional groups in forest ecosystem at the national natural reserve of FuNiu Mountain.Acta Ecologica Sinica,2016,36(15):4609- 4616.