長(zhǎng)白山區(qū)水蓼種群構(gòu)件結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)分析

宋金枝，鄭 雨

植物種群構(gòu)件理論是植物種群生物學(xué)及生態(tài)學(xué)研究的一個(gè)新方向.構(gòu)件是指存在多細(xì)胞結(jié)構(gòu)的并互相聯(lián)系結(jié)合的重復(fù)單元［1-2］.在植物的發(fā)育生長(zhǎng)期間，植物各構(gòu)件生長(zhǎng)過程都具有規(guī)律性，同時(shí)植物通過調(diào)節(jié)其構(gòu)件的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)外界環(huán)境的變化.通過研究植物構(gòu)件的生長(zhǎng)規(guī)律，了解植物生長(zhǎng)發(fā)育過程中各構(gòu)件的變化和生長(zhǎng)狀況并對(duì)其進(jìn)行定量刻畫，是深入研究植物適應(yīng)與進(jìn)化的基礎(chǔ)［3-5］.

水蓼（Polygonum hydropiper）是蓼科（Polygonaceae）蓼屬植物，為一年生大型草本植物，又稱辣蓼、蓼芽菜等.全草可入藥，消腫解毒、利尿，在我國(guó)南北各地廣泛分布，在中醫(yī)和禽畜治療等方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值［6］.水蓼是Mn的超富集植物，對(duì)Mn有很強(qiáng)的富集能力，同時(shí)水蓼根部也對(duì)汞有很強(qiáng)的富集能力，多生于河岸、水溝、田邊.現(xiàn)有研究表明，可利用水蓼對(duì)錳污染土壤和水體進(jìn)行修復(fù)，通過植物揮發(fā)、吸收和吸附等途徑，實(shí)現(xiàn)其對(duì)重金屬的降解、吸收和富集作用［7］.

近年來，國(guó)內(nèi)外關(guān)于水蓼的研究多集中在不良環(huán)境中生理特性以及水蓼的藥用價(jià)值和化學(xué)成分研究等方面，對(duì)于水蓼植株生長(zhǎng)分析的研究則相對(duì)較少.本次以通化師范學(xué)院后山水蓼為研究對(duì)象，對(duì)水蓼種群構(gòu)件結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)規(guī)律進(jìn)行分析，為研究水蓼的生態(tài)可塑性提供科學(xué)積累，為水蓼的高效利用提供有效的理論依據(jù).

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)

通化市屬長(zhǎng)白山系，是吉林省下轄地級(jí)市（東經(jīng)125°10'～126°44'，北緯 40°52'～43°03'），三分之二以上面積為山區(qū)，位于吉林省南部，東接白山市，南與朝鮮隔鴨綠江相望.屬中溫帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，并具有明顯的高溫、平溫、低溫周期性，年日照時(shí)數(shù)2 200～2 884 h，年平均氣溫4.1～6.5℃，七月份平均氣溫最高，一月份最低，冬季嚴(yán)寒而干燥，可長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，夏季炎熱而短促，6-8月的降水量較大.

1.2 研究方法

2018年9月下旬，在水蓼的成熟期，在通化師范學(xué)院后山水蓼生長(zhǎng)分布的典型區(qū)域，采用大樣本隨機(jī)取樣的調(diào)查和測(cè)定方法進(jìn)行取樣，分別測(cè)定30株水蓼的株高、葉片個(gè)數(shù)、花穗個(gè)數(shù)、葉片鮮重、花穗鮮重、莖鮮重、葉片干重、花穗干重、莖干重.具體步驟：取樣后，分離植株的各個(gè)構(gòu)件并編號(hào)，其中水蓼的株高選用厘米尺進(jìn)行測(cè)定，水蓼的葉片鮮重、花穗鮮重以及莖鮮重用Sartorius BA210s型電子天平進(jìn)行測(cè)定，完成后將各構(gòu)件用袋子分裝，放置在干燥通風(fēng)處，待其風(fēng)干后分別用Sartorius BA210s型電子天平測(cè)定葉片、花穗、莖的生物量.

1.3 數(shù)據(jù)處理

選擇Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，其生長(zhǎng)分析的定量刻畫模型采用線性函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)4種函數(shù)中相關(guān)性最高的函數(shù)模型來表示［8］.

2 結(jié)果與分析

2.1 植株構(gòu)件結(jié)構(gòu)及數(shù)量特征

水蓼構(gòu)件結(jié)構(gòu)分為根、莖、葉片、花穗.為一年生草本，莖直立，多分枝，葉披針形或橢圓狀披針形，總狀花序呈穗狀，花稀疏.數(shù)量特征如表1所示.

從表1可以看出，30株水蓼各構(gòu)件的數(shù)量特征，平均值表示的是水蓼種群的整體水平，標(biāo)準(zhǔn)差表示水蓼種群樣本變異的絕對(duì)數(shù)量指標(biāo)，最大值和最小值體現(xiàn)出水蓼種群樣本的實(shí)際范疇.根據(jù)變異系數(shù)可知，株高、葉片個(gè)數(shù)屬于中等變異，花穗個(gè)數(shù)以及葉片、花穗、莖的干重和鮮重的變異系數(shù)均大于100%，屬于強(qiáng)變異.

表1 水蓼構(gòu)件的數(shù)量特征（n=30）

2.2 水蓼的葉片個(gè)數(shù)、花穗個(gè)數(shù)之間相關(guān)性分析

通過分析，水蓼葉片個(gè)數(shù)、花穗個(gè)數(shù)之間關(guān)系極其顯著，用冪函數(shù)來表示其相關(guān)程度最佳，如圖1和表2所示.

圖1 水蓼的葉片個(gè)數(shù)和花穗個(gè)數(shù)、花穗生物量的觀測(cè)值及擬合曲線

表2 水蓼生長(zhǎng)分析的函數(shù)方程（n=30）

圖1和表2揭示了水蓼的花穗個(gè)數(shù)與水蓼葉片個(gè)數(shù)之間呈高度正相關(guān)，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，而且水蓼的花穗個(gè)數(shù)隨著水蓼葉片個(gè)數(shù)的增加呈冪函數(shù)形式增長(zhǎng)，其決定系數(shù)R2是0.935 7，表明葉片個(gè)數(shù)與花穗個(gè)數(shù)之間的關(guān)系主要由遺傳因素決定，由環(huán)境因子和實(shí)驗(yàn)誤差所造成的影響較小.

2.3 水蓼的葉片個(gè)數(shù)及各構(gòu)件生物量之間相關(guān)性分析

通過分析，水蓼各構(gòu)件生物量及葉片個(gè)數(shù)之間有著極顯著的線性相關(guān)關(guān)系.如圖2所示.

圖2 水蓼葉片個(gè)數(shù)和葉片生物量、莖生物量的觀測(cè)值及擬合曲線

從圖1、圖2和表2可以看出，水蓼各構(gòu)件生物量及葉片個(gè)數(shù)之間呈高度正相關(guān)，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，并且水蓼的葉片生物量、花穗生物量、莖生物量隨著葉片個(gè)數(shù)的增加均呈線性函數(shù)形式增長(zhǎng).其決定系數(shù)R2分別為0.909 6、0.904 2、0.810 9，又表明水蓼葉片個(gè)數(shù)與各構(gòu)件生物量的關(guān)系主要由遺傳因素決定，由環(huán)境因子和實(shí)驗(yàn)誤差所造成的影響較小.

2.4 水蓼各構(gòu)件生物量及整株生物量之間相關(guān)性分析

通過分析，水蓼各構(gòu)件生物量及整株生物量之間有著極顯著的線性相關(guān)關(guān)系，如圖3所示.

從圖3、圖4和表2可以看出，水蓼的整株生物量與水蓼葉片生物量、花穗生物量、莖生物量之間呈高度正相關(guān)，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平，并且水蓼的葉片生物量、花穗生物量、莖生物量隨著整株生物量的增加均呈線性函數(shù)形式增長(zhǎng)，其決定系數(shù)R2分別為0.942 7、0.990 7、0.989 1，又表明水蓼各構(gòu)件生物量及整株生物量的關(guān)系主要由遺傳因素決定，由環(huán)境因子和實(shí)驗(yàn)誤差所造成的影響較小.

圖3 水蓼葉片生物量、花穗生物量和整株生物量的觀測(cè)值及擬合曲線

圖4 水蓼莖生物量和整株生物量及花穗生物量和葉片生物量的觀測(cè)值及擬合曲線

2.5 水蓼各構(gòu)件生物量之間相關(guān)性分析

通過分析，水蓼的葉片生物量、花穗生物量、莖生物量之間表示其相關(guān)程度最佳的既有線性函數(shù)也有冪函數(shù).如圖5所示.

圖5 水蓼莖生物量和葉片生物量、花穗生物量的觀測(cè)值及擬合曲線

從圖4、圖5和表2可以看出，其決定系數(shù)R2＞0.894 7，相關(guān)性達(dá)到極顯著水平.表明水蓼各構(gòu)件生物量之間的關(guān)系主要由遺傳因素決定，由環(huán)境因子和實(shí)驗(yàn)誤差所造成的影響較小.

3 討論

變異系數(shù)是表示離散程度的，是標(biāo)準(zhǔn)差和相應(yīng)平均數(shù)的比值.一般來說變異系數(shù)大于100%屬于強(qiáng)變異，介于10%和100%之間的屬于中等變異，小于10%的屬于弱變異［9］.

同速生長(zhǎng)型的生物體，其某兩種特征的相對(duì)生長(zhǎng)率相等，常以直線函數(shù)形式表現(xiàn)數(shù)量性狀間的關(guān)系，異速生長(zhǎng)型的生物體，其某兩種特征的相對(duì)生長(zhǎng)率不相等，常以曲線函數(shù)來表示［10-14］.水蓼在發(fā)育生長(zhǎng)期間，具有同速生長(zhǎng)和異速生長(zhǎng)兩種構(gòu)件形態(tài)變化模式.

葉片個(gè)數(shù)與花穗個(gè)數(shù)之間呈現(xiàn)異速生長(zhǎng)規(guī)律，冪函數(shù)是表現(xiàn)其相關(guān)程度最佳的函數(shù)模型，說明隨著葉片個(gè)數(shù)的增加水蓼花穗個(gè)數(shù)也隨著增加，但相對(duì)生長(zhǎng)率不相等；水蓼葉片個(gè)數(shù)及各構(gòu)件生物量之間均為線性函數(shù)的同速生長(zhǎng)規(guī)律，決定系數(shù)R2較大，說明水蓼生物量的增加很大程度取決于葉片數(shù)量的增加；水蓼各構(gòu)件生物量之間以及與整株生物量之間既有同速生長(zhǎng)規(guī)律又有異速生長(zhǎng)規(guī)律.

在研究植物各構(gòu)件的生長(zhǎng)分析中，R2表示擬合方程的決定系數(shù)，R2值的大小決定了相關(guān)的密切程度，可用來估計(jì)遺傳因素所占的比重，用1-R2估計(jì)外部環(huán)境影響水平的大小［15］.在本次研究中，決定系數(shù)R2為0.810 9到0.990 7之間.表明水蓼各構(gòu)件的發(fā)育生長(zhǎng)，主要由遺傳因素決定，由環(huán)境因子和實(shí)驗(yàn)誤差所造成的影響較小，同時(shí)也體現(xiàn)了水蓼種群具有一定程度的生態(tài)可塑性.