攀援植物爬山虎生长特性及其在高陡岩面植被恢复中的应用

论文摘要

攀援植物是一类不能直立，需要通过主茎缠绕或攀附器官攀附支持物生长的植物总称，这类植物是热带和亚热带森林中重要物种，分布广泛，是药材、食品原料和景观绿化植物重要来源；同时攀援植物也是杂草控制主要种类，其缠绕攀附的生长行为也危害其他植物的生长。研究攀援植物的生长特点和养分吸收规律，发现攀援植物生长的限制因子，将有助于合理掌握攀援植物在生态环境中的应用尺度。本文以典型的亚热带多年生落叶木本攀援植物爬山虎（Parthenocissustricuspidata（Sieb．et Zucc））为研究对象，对自然生长爬山虎的营养元素分布和季节变化规律，氮磷钾养分、支持物、光照、高温和水分等环境条件对攀援植物的生长的影响以及其在高陡岩面的植被恢复的应用等方面进行了研究，结果如下：1．自然生长爬山虎地上部养分分布不仅与器官有关，而且受器官所在部位及季节变化的影响；叶片的养分含量显著高于茎和叶柄；植株上部器官的养分含量低于中部和下部器官的养分含量；而在不同部位和不同器官的各类营养元素随季节变化有不同的变化趋势。爬山虎各器官的养分含量次序有明显不同，叶片营养元素的含量顺序是N＞Ca＞K＞Mg＞P＞Fe＞Mn＞B＞Zn＞Cu，叶柄的营养元素的含量顺序是N＞Ca＞K＞Mg＞P＞Fe＞B＞Mn＞Zn＞Cu，茎的营养元素的含量顺序是N＞Ca＞K＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞B＞Zn＞Cu。爬山虎植株各营养元素的转移率以N和K最高，达到75％以上；Mn的转移率最低，仅为10．6％。2．供氮水平的提高能增加爬山虎的生物量，爬山虎能够通过主茎和侧枝的生长形态的变化适应不同的氮素水平。植株茎、叶和根的氮含量和氮累积量也随着供氮水平的提高而增加，叶是整个植株的氮贮存的主要器官，叶的氮累积量达到整个植株的60％-70％；供氮水平的增加降低了爬山虎的氮利用率，提高了磷钾的利用率，并且磷的利用率高于氮钾的利用率。3．供磷水平增加，爬山虎主茎的生长速度和生物量显著提高，但供磷水平过高后(大于0．06 g．L-1)对爬山虎的生长影响不显著；低磷水平显著影响爬山虎的根构型的变化，导致其爬山虎根系生物量占总生物量的比例增大；爬山虎在0．03 g．L-1处理的总根长、根表面积、根系体积、根尖数和侧根数显著高于其他处理；随着供磷水平的增加，爬山虎根茎叶的磷含量和叶根氮含量有增加趋势，但降低了根茎叶的钾含量，而爬山虎的茎含氮量随供磷水平的增加先增加后减少；当供磷水平高于0．03 g．L-1，对爬山虎根茎叶的氮磷钾的含量的影响不显著，表明爬山虎适应低磷养分供应；随着供磷水平的增加，对爬山虎的磷养分利用率影响不显著，但能提高爬山虎钾的养分利用率，减少氮的养分利用率。4．供钾水平的增加，能增加爬山虎的生物量和主茎长度；过多的钾供应对生物量变化影响不显著，但调节各器官的生物量分配比例，主要表现为主茎生长受到抑制，增加叶在植株体内的生物量的分配比例；当供钾水平增加后，爬山虎植株体内的钾含量和钾累积量都显著增加；当供钾处理达到一定值后(0．18 g．L-1处理)，爬山虎的钾含量和钾累积量没有显著提高，这表明爬山虎是对钾易满足型植物；供钾水平增加对爬山虎根和茎的氮含量影响不显著，能提高爬山虎叶的氮含量；对爬山虎茎的磷含量影响不显著，但降低叶根的磷含量；当供钾处理达到一定值后(0．18 g．L-1处理)，爬山虎的根茎叶的氮磷钾含量没有显著变化。随着供钾水平的增加，各处理的爬山虎的氮利用率有降低趋势，磷养分利用率有升高趋势，但差异不显著；而钾的养分利用率随供钾水平的提高而显著减少。5．匍匐生长的爬山虎植株主要通过增大主茎生物量和主茎长度而适应生长环境，而垂直攀援生长的爬山虎植株表现出较强的分枝能力，可以通过分枝茎的伸展以扩展生长空间。随着支持物角度的增加，爬山虎植株的主茎长度、主茎直径有减小的趋势，而分枝和分枝总长有增加的趋势。6．适当遮荫有利于促进爬山虎的主茎纵向生长和分支的横向生长；但遮荫强度过大显著减少爬山虎生物量；遮荫强度不同影响爬山虎的各器官生物量分配，低遮荫条件有助于叶生物量积累，高遮荫导致爬山虎以茎生物量积累为主。7．随着40℃高温时间持续，爬山虎叶片的相对含水量和蛋白质含量显著降低，而CMS和MDA显著升高；抗氧化酶（SOD、CAT和POD）先升高后降低。而高温持续第2天后，爬山虎的净光合值快速下降。8．增加土壤水分能显著增加爬山虎的植株生物量，较高的土壤水分供应有助于爬山虎叶生物量分配，而较低的土壤水分有助于根生物量分配。土壤水分减少能使爬山虎叶片的气孔导度gs、蒸腾速率E和净光合值PN显著下降。土壤水分变化，对爬山虎根茎叶的磷和钾含量影响较小，但显著影响爬山虎氮的含量。在不同的土壤水分条件下，爬山虎叶片保持了低的钾含量(低于10 g．kg-1)，有助于限制叶片气孔开度，这可能是爬山虎这种茎细叶茂结构适应水分环境的重要机理。土壤水分增加，对爬山虎的磷和钾的养分利用率影响不显著，但显著影响爬山虎的氮的养分利用率。9．爬山虎在岩石坡面有较高的成活率和生长速度，可以作为先锋植物用于高陡岩面的植被恢复；将爬山虎结合岩面钻孔种植的方法可以作为高陡岩面植被恢复的技术之一，并优先在多雨地区和庇荫稳定的坡面使用。而使用压缩型生长基质（生态块）种植爬山虎有助于其在岩石坡面生长。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 攀援植物的研究概况
• 1.2.1 攀援植物的生长方式
• 1.2.2 攀援植物的分布和分类
• 1.2.3 攀援植物的生物学特性
• 1.2.4 攀缘植物的开发利用价值
• 1.3 爬山虎属植物的研究概况
• 1.3.1 爬山虎属植物的种质资源
• 1.3.2 爬山虎属植物应用
• 1.3.3 爬山虎属植物的研究现状
• 1.4 爬山虎属植物的研究意义
• 1.5 问题的提出及拟解决的问题
• 1.6 技术路线
• 2 自然生长的爬山虎植株养分分布和季节变化
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 采样地点
• 2.1.2 采样时间
• 2.1.3 采样方法
• 2.1.4 测定方法
• 2.1.5 数据分析
• 2.2 实验结果
• 2.2.1 大量元素在爬山虎地上部分的分布和季节变化
• 2.2.2 微量元素在爬山虎地上部分的分布和季节变化
• 2.2.3 不同营养元素在爬山虎地上部分的比例变化
• 2.2.5 爬山虎养分转移率
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 3 供氮水平对爬山虎生长的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 植物材料
• 3.1.2 试验设计
• 3.1.3 测定方法
• 3.1.4 数据分析
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 不同氮水平对爬山虎幼苗主茎生长动态的影响
• 3.2.2 不同氮水平对爬山虎幼苗侧枝生长的影响
• 3.2.3 不同氮水平对爬山虎生物量分配的影响
• 3.2.4 不同氮水平对爬山虎幼苗氮养分含量和分配的影响
• 3.2.5 不同氮水平对爬山虎幼苗磷养分含量和分配的影响
• 3.2.6 不同氮水平对爬山虎幼苗钾养分含量和分配的影响
• 3.2.7 不同氮水平对爬山虎的氮磷钾养分利用率的影响
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 4 不同供磷水平对爬山虎生长的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 植物材料
• 4.1.2 试验设计
• 4.1.3 测定方法
• 4.1.4 数据分析
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 不同磷水平对爬山虎幼苗主茎生长动态的影响
• 4.2.2 不同磷水平对爬山虎生物量分配的影响
• 4.2.3 不同磷水平对爬山虎根系形态的影响
• 4.2.4 不同磷水平对爬山虎幼苗氮养分含量和分配的影响
• 4.2.5 不同磷水平对爬山虎幼苗磷养分含量和分配的影响
• 4.2.6 不同磷水平对爬山虎幼苗钾养分含量和分配的影响
• 4.2.7 不同磷水平对爬山虎的氮磷钾养分利用率的影响
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 5 不同供钾水平对爬山虎生长的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 植物材料
• 5.1.2 试验设计
• 5.1.3 测定方法
• 5.1.4 数据分析
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 不同钾水平对爬山虎幼苗主茎生长动态的影响
• 5.2.2 不同钾水平对爬山虎生物量分配的影响
• 5.2.3 不同钾水平对爬山虎幼苗氮养分含量和分配的影响
• 5.2.4 不同钾水平对爬山虎幼苗磷养分含量和分配的影响
• 5.2.5 不同钾水平对爬山虎幼苗钾养分含量和分配的影响
• 5.2.6 不同钾水平对爬山虎的氮磷钾养分利用率的影响
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 6 支持物角度对爬山虎生长的影响
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试验设计
• 6.1.2 测定指标
• 6.1.3 数据分析
• 6.2 实验结果
• 6.2.1 不同支持物角度对植株主茎生长动态的影响
• 6.2.2 不同支持物角度对植株生长形态影响
• 6.2.3 不同支持物角度对植株生物量和生物量分配的影响
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 7 遮荫对爬山虎生长的影响
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 试验设计
• 7.1.2 测定指标
• 7.1.3 数据分析
• 7.2 实验结果
• 7.2.1 遮荫对爬山虎主茎生长动态的影响
• 7.2.2 遮荫对爬山虎生长形态的影响
• 7.2.3 遮荫对爬山虎分枝行为的影响
• 7.2.4 遮荫对爬山虎生物量分配的影响
• 7.3 讨论
• 7.4 小结
• 8 高温对爬山虎幼苗生理指标影响的研究
• 8.1 材料与方法
• 8.1.1 供试材料
• 8.1.2 试验设计
• 8.1.3 测定方法
• 8.1.4 数据分析
• 8.2 实验结果
• 8.2.1 高温对叶片相对含水量和热膜稳定性影响
• 8.2.2 高温对爬山虎叶片丙二醛、脯氨酸和可溶性蛋白的影响
• 8.2.3 高温对爬山虎叶片抗氧化酶活性的影响
• 8.2.4 高温对爬山虎叶片光合作用影响
• 8.3 讨论
• 8.4 小结
• 9 土壤水分含量对爬山虎生长的影响
• 9.1 材料与方法
• 9.1.1 试验设计
• 9.1.2 测定指标
• 9.1.3 数据分析
• 9.2 实验结果
• 9.2.1 土壤水分含量对爬山虎生长形态特征的影响
• 9.2.2 土壤水份含量对爬山虎生物量和生物量分配的影响
• 9.2.3 土壤水分含量对爬山虎光合生理指标的影响
• 9.2.4 土壤水分含量对爬山虎养分含量的影响
• 9.2.5 土壤水分含量对爬山虎养分利用率的影响
• 9.3 讨论
• 9.4 小结
• 10 爬山虎在高陡岩面植被恢复的应用研究
• 10.1 材料与方法
• 10.1.1 实验地点
• 10.1.2 试验设计
• 10.1.3 测定方法
• 10.1.4 数据分析
• 10.2 实验结果
• 10.2.1 雨后和高温夏季坡面孔洞的土壤含水量变化
• 10.2.2 高温夏季不同坡面的温度日变化动态
• 10.2.3 植物的成活率变化、生长效率和主茎生长动态
• 10.3 讨论
• 10.4 小结
• 11 爬山虎在高陡岩面种植方式的研究
• 11.1 材料与方法
• 11.1.1 实验地点和坡面设计
• 11.1.2 生态块设计
• 11.1.3 试验设计
• 11.1.4 测定方法
• 11.1.5 数据分析
• 11.2 实验结果
• 11.2.1 不同种植方法对爬山虎主茎生长、生长效率和覆盖面积的影响
• 11.2.3 不同种植方法对爬山虎生长影响的异速分析
• 11.3 讨论
• 11.4 小结
• 总结、创新点及展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果（论文和专利）