气候变化对雌雄异株植物种群存活、繁衍和扩散能力的影响——以青杨天然种群为例

以青杨天然种群为雌雄异株木本植物的代表，采取野外实地调查、年轮特征分析和GIS模型模拟相结合的方式，从雌雄群体差异的角度深入研究我国气候变化对雌雄异株植物种群生存、繁衍和扩散能力的影响。主要探究雌雄群体的繁育系统、克隆特征、功能分化，以及群体年龄结构和分布格局对气候变化下的响应差异，掌握种群在性别组成、种群数量、分布格局和空间动态方面的变化规律，评估种群的存活、繁殖和扩散能力，并预测未来气候变化对该类植物种群的潜在影响。研究成果不仅可以弥补国内在雌雄异株植物种群对气候变化响应特点的研究盲区，而且还丰富了森林生态系统对气候变化的适应性和脆弱性研究的内容，也为当地林业资源的规划和管理提供一定理论参考。

本项目以青杨种群作为雌雄异株木本植物的代表，从雌雄群体差异的角度深入研究气候变化对雌雄异株植物种群生存、繁衍和扩散能力的影响，探究雌雄群体的繁育系统、功能分化，以及群体分布格局对气候变化的响应差异，掌握种群在性别组成、种群数量、分布格局和空间动态方面的变化规律，评估种群的存活、繁殖和扩散能力。通过研究我们发现：1）在过去30年中（1982–2011），雌雄植株在树轮生长方面还受到海拔影响。与低海拔地区相比，高海拔区域的植株具有比显著低的平均树轮宽度和树轮累积增长。雄株在高海拔区域具有比雌株更大的树轮宽度和累积增长量，而在低海拔区域二者间则无显著差异。在高海拔区域，雌株的树轮生长与上年10、11月的温度呈负相关，而雄株则与当年6月的温度呈负相关。在低海拔区域，雌株与当年1月和8月温度呈负相关，而雄株与当年1月和上年10月的温度呈负相关。同时，雌株树轮宽度与当年2、4月的降水呈正相关，而雄株则与当年1月的降水呈正相关。该结果证实了雌雄植株树轮生长对气候环境的敏感性将受到海拔的影响。2）青杨雌、雄花的形态特征、生物量分配以及植物激素含量均显著受到海拔影响。在海拔1700米的雌、雄株具有更大花柱或更多的花粉，在海拔1500米却具有更大的子房或最少的花粉，而在海拔1600米具有最小的子房或更多的花药数量。雄花的单花生物量在1700米或1600米显著高于雌株，但在1500米则显著低于雌株。在3个海拔上，雄花花药的生物量比例均显著高于雌花子房。青杨雌花中赤霉素（GA3）、玉米素核苷(ZR)、吲哚乙酸(IAA)和脱落酸(ABA)含量均显著高于雄花。IAA与雌花的大部分形态指标呈正相关。雄花的单花生物量与ABA和IAA呈正相关，而与ZR呈负相关。该结果证实了不同海拔青杨雌雄植株花形态的变化主要是通过不同内源激素来调控的。3）青杨雌雄植株在小枝和单叶水平上，叶片面积和叶柄重量或叶片重量之间存在显著的正相关关系，且雌雄间差异显著。异速生长关系存在于总叶面积和茎干重量间，而等速生长关系存在于叶片面积和叶柄重量或叶片重量间。在小枝水平上，雌株在单位面积的茎干质量上具有比雄株更大的总叶面积，而在单叶水平上，雌株在相同的叶柄重量时具有比雄株更大更薄的叶片。该结果证实了雌株在相同的单位支撑组织重量时具有比雄株更大的光合器官面积，雌株个体为了满足其特殊的生殖需求而在叶片上出现了功能适应。