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三叶木通种群特征及最大可持续产量的研究

谢娇

   三叶木通(Akebia trifoliata(Thunb.)Koidz)为木通科木通属落叶或半常绿的藤本植物,喜温暖气候及湿润、排水良好的土壤,多见于山坡疏林。在我国主要集中分布在长江流域及陕西南部(商洛、汉中地区居多)、甘肃东南部、山西晋南地区,同时在湖南、湖北、江西、河南等地均有分布。其藤茎、果实、种子均含有多种有效成分,具有很高的药用价值及营养价值。自从2002年关木通因肾损害被国家禁用以后,三叶木通的价值就进一步为人们所认识。本文基于对三叶木通主产地之一——陕西镇安县境内野生三叶木通居群的详细调查,分别从微形态学、种群生态学及数量生态学等方面进行了系统的研究,并建立了三叶木通的最大可持续产量模型。 利用环境扫描电镜,观察了野生三叶木通叶表面结构特征。结果表明:表皮细胞形状无规则;叶上表皮外切向面分布有明显的角质膜,加厚的角质膜表面覆盖有不同形态的蜡质,且在不同样品间有较大差异;叶下表面具三角状以及乳头状突起;气孔器为不规则型,只分布在叶下表面,散生且取向不规则。该研究为三叶木通的鉴别提供了微形态学依据。 通过方差分析、多重比较以及相关分析,研究了三叶木通8种叶片数量性状特征——叶长、叶宽、顶叶长、顶叶宽、叶柄长、叶长宽比、顶叶长宽比及柄叶比——在不同种群以及不同年龄植株间的差异,并探讨了叶片数量特征与年龄及环境因子之间的关系。研究结果表明:三叶木通的8个叶片数量性状特征在不同样地和不同年龄植株间均有极显著的差异(P<0.01),但不同的数量性状特征存在着不同的差异方式。其中,叶柄长的变异最大(30.8%),顶叶宽次之(27.4%),柄叶比的变异最小(13.0%),且它们均与坡向、直接辐射因子、总辐射因子、林冠下直接辐射、林冠下总辐射等环境因子呈负相关,说明叶柄长、顶叶宽与其他数量特征相比更易受环境因子的影响,而柄叶比较为稳定。叶长宽比、顶叶长宽比以及柄叶比这三个叶片数量性状特征代表了叶片形状,多重比较结果显示它们在不同年龄植株间差异较小,即三叶木通的叶形不会随着植株年龄的增长而改变。相关分析结果表明,这些数量性状特征均不同程度地受到外界环境因素以及自身植株生长状况的影响,而且与其他的叶片数量特征也密切相关。本研究以期为目前关于叶功能生态学研究,特别是为叶水平上(叶片和叶柄)较为深入的研究提供重要补充和理论参考资料。 应用聚类和PCA排序研究了三叶木通群落的特征及与环境之间的关系,并应用群落的排序值与环境因子进行多元回归分析。结果表明:聚类分析将所有样地划分为两大类;PCA排序结果较好的反映了环境梯度对不同群落分布的潜在影响;排序轴与环境因子进行多元回归,得到方程:Y_1=0.644+0.012X_2-0.005X_4(R~2=0.509,P>0.05),Y_2=1.557+0.01X_a-0.069X_2(R~2=0.797,P<0.01)。SPSS聚类和PCA分析结果一致,决定三叶木通群落分布格局的主要因子为海拔和坡度,不同植物沿着海拔和坡度有着规律性的分布。 利用Hemiview冠层分析系统测定了三叶木通的叶面积指数、冠型参数、叶倾角、林冠覆盖度以及光资源状况等数据,在分析其冠层特性的基础上进行了较系统地研究。结果表明:各样地所测冠层特性及光资源状况均无显著差异(P>0.05)。叶面积指数与覆盖度负相关(P<0.05),与叶倾角呈极显著正相关(P<0.01),而覆盖度与叶倾角负相关(P<0.01),间接辐射因子、直接辐射因子及总辐射因子均与冠层下总辐射正相关(P<0.01);冠层下漫辐射和直接辐射与总辐射均呈正相关(P<0.01),冠层下总辐射与叶面积指数无显著相关性(P>0.05),而与覆盖度呈极显著负相关(P<0.01);所得冠型参数与三叶木通生长特性相一致,叶面积指数随植物生长状况而变化。 编绘了三叶木通种群的特定时间生命表、存活曲线、死亡曲线以及年龄结构图,对三叶木通种群结构进行了较系统的分析。结果表明:陕西镇安的三叶木通种群为典型的增长型种群,存活曲线为DeeveyⅢ型。各龄级的生存率函数、积累死亡率函数、死亡密度函数及危险率函数表现出较明显的波动起伏,生存率单调下降,而积累死亡率单调上升,均为前期和后期幅度较大,且后期幅度大于前期,中期平缓。在整个生活史中,年龄级5a~8a时平均期望寿命最大,是三叶木通生理活动的旺盛期,25a时突然下降,开始了种群的生理衰退。 最后,以种群年龄结构的研究结果为基础,研究了三叶木通个体生长规律,利用逻辑斯谛方程的“三点法”拟合其增长方程,并绘制了逻辑斯谛增长曲线。同时,结合渔业及畜牧业的捕获经验,提出了更为合理有效的采收方案。研究结果表明:(1)三叶木通茎的含水量平均保持在50%左右,干重与鲜重呈极显著线性相关(P<0.01),(2)由拟合的逻辑斯谛方程得到三叶木通的理论最佳采收年龄为22a~23a,相应的理论采收胸径为1.23cm。该结果为三叶木通种群的可持续利用和不断更新提供了参考资料,为三叶木通野生资源的保护奠定了理论基础。 总而言之,本研究以陕西镇安县分布的野生三叶木通为研究对象,首先,具有很强的代表意义,并能以此为典范在其它三叶木通密集分布区域进行推广,以达到全国范围内三叶木通资源保护的目的;第二,三叶木通生物学特征的研究为其从形态学方面的鉴别及优良品种的选育提供了依据;第三,进行系统地种群更新机制及种群空间结构的研究,为人工栽培奠定理论依据;第四,以上述研究结果为基础,建立可持续利用的理论、模型以及方法,阐明其最大持续产量,以明确年允收量。我们在进行三叶木通药材的采收时,便能以此结果为参考,开展对三叶木通野生资源有效、合理地利用,并对其原生境进行保护,最终实现在开发中保护、在保护中开发的最终目的。……   
[关键词]:三叶木通;最大持续产量;多元分析;冠层结构;年龄结构
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:陕西师范大学2007年