喀斯特地区铁线蕨属植物性状比较及高钙适应策略研究

Plant traits or trait syndromes can be considered as plant ecological adaptive strategies by influencing the growth, defense and other core functions. So, the function and ecological adaptive significance of traits have been the research focus for plant ecologists. The high calcium content in karst soil is one of the important environmental factors affecting plant traits and distribution, and hence increases the difficulties in controlling of karst rocky desertification. Most Adiantum species are important calcium indicative ferns. To the best of our knowledge, however, their traits comparison and high calcium adaptive strategies have not been studied. This project will focus on some common Adiantum species in karst area of Guangxi. Through field surveys and sample analysis, and control experiments, their traits will be compared. Moreover, their key adaptive traits and trait syndromes and strategies to high calcium will be analyzed by trait correlations, phenotypic plasticity, cost-benefit relationship, phenotypic selection analysis, and energy trade-off. The project not only can promote progress in the study of traits and ecological adaptabilities of ferns, and can provide useful plant materials and references for ecological reconstruction of karst rocky desertification.

植物性状或性状组合可通过影响生长、防御等核心功能反映植物的生态适应策略，因此植物性状的功能特征及生态适应意义是目前国内外研究的热点。喀斯特地区土壤的高钙含量是影响该地区植物性状及分布的重要环境因素之一，也是石漠化治理过程中主要的限制因子。铁线蕨属（Adiantum）大多数植物是蕨类植物中重要的钙指示植物，然而它们的性状比较研究及高钙适应策略鲜有报道。本项目以广西喀斯特地区常见铁线蕨属植物为研究对象，通过野外观测及控制实验相结合的方法进行植物性状的比较研究，并从性状间相关关系、表型可塑性与成本效益、表型选择与能量权衡等方面，分析不同铁线蕨属植物对高钙环境适应的关键性状或性状组合，探讨它们的高钙适应策略。本项目的实施，将推动植物性状在蕨类植物生态适应性研究中的进展，而且可为喀斯特石漠化的生态重建提供植物资源与参考依据。

铁线蕨属大多数植物喜生长于阴湿且高钙环境，但扇叶铁线蕨喜欢阳光充足的酸性红、黄壤。为阐明它们生长偏好的适应机制与策略，本项目选取广西桂林喀斯特地区常见的铁线蕨属植物为研究对象，通过野外调查与环境（土壤钙、水分与生长光强）控制实验，发现：1）扇叶铁线蕨在高生长光强下叶绿素（Chl）含量最低，其生物量与相对生长速率（RGR）随生长光强的增加而增加；铁线蕨的总叶面积（LA）、比叶面积（SLA）和叶面积比率（LAR）随生长光强的降低而增加，且生物量与RGR不受光强的显著影响；2）干旱胁迫显著降低了铁线蕨的总生物量与RGR，但对扇叶铁线蕨的总生物量与RGR无显著影响且增加了根生物量分配；3）在相同的生长光强或土壤水分条件下，扇叶铁线蕨的所有叶性状及RGR均低于铁线蕨；但在高光强且干旱条件下，扇叶铁线蕨与铁线蕨具有类似的RGR，但前者根生物量分配高、叶生物量分配低；4）扇叶铁线蕨在钙质土上生长，其根和叶Ca、Mg、Fe含量显著高于酸性土植株，但根和叶K含量、叶绿素含量（SPAD值）和RGR显著低于酸性土植株；5）条裂铁线蕨与假鞭叶铁线蕨在钙质土上生长，其叶Ca、Fe和Al均显著低于酸性土植株，而叶P和K、SPAD值及RGR显著高于酸性土植株；6）三种植物的叶Fe均接近或高于一般植物的Fe毒害临界值，假鞭叶铁线蕨的叶Al含量高于Al富集植物标准，而条裂铁线蕨在钙质土上较其它两种植物具有更高的根Ca但更低的叶Ca含量。以上结果表明，1）扇叶铁线蕨属于嫌钙且耐旱的植物，其在钙质土上生长不良可能归因于钙过量与缺钾；2）条裂铁线蕨与假鞭叶铁线蕨属于钙生植物，它们在钙质土上均能有效地吸收磷与钾，但前者属于低叶钙或拒钙型，后者属于铝富集耐钙型；3）三种铁线蕨属植物可能均属于Fe耐受或富集型植物。