羊草种群异质性结构及其生殖分配对旱后复水的响应机理研究

It is a principal character that reproductive allocation in clonal plant, Leymus chinensis, influenced by environmental factors results in "three low"（low heading rate, low seed setting rate, low germination rate）. Among environmental factors, water deficit is a main restrictive factor for reproductive allocation. In L. chinensis population heterogeneity structure under condition of water deficit is closely related to reproductive allocation. So far we have a poor understanding about its mechanism. Therefore, we will simulate naturally soil seasonally dry-wet alternation through post-drought rewatering experiment in Songnen grassland, and used the clonal plant L. chinensis as a model to study how post-drought rewatering influence population heterogeneity structure, its daughter shoot structure, then reproductive allocation. Under soil post-drought rewatering, it will clarify the change process in population heterogeneity structure, i.e., spatial structure, stage structure and size structure, as well as response mechanism of reproductive allocation, and will determine the relationship between current daughter shoot population structure and reproductive allocation in next growth season. Meanwhile, the change for the endogenous nutrient element and photosynthate is analyzed to explore its physiological mechanism of response to post-drought rewatering. We will base on key physiological and ecological process to optimize the technology of post-drought rewatering. It will provide scientific guidance for increasing L. chinensis productivity and seed yield.

生殖分配受环境因素制约而造成三低 (抽穗率低、结实率低、发芽率低) 是克隆植物-羊草 (Leymus chinesis) 的主要繁殖特性，水分亏缺是环境因素中影响生殖分配的主要限制因子。水分亏缺条件下羊草种群的异质性结构变化与生殖分配密切相关，迄今对其过程机理知之甚微。因此，本项目以松嫩草地为研究背景，通过人工控制旱后复水实验来模拟松嫩草地降雨引起的土壤干湿季节性变化，研究旱后复水对羊草种群异质性结构、子株种群结构及其生殖分配的影响，阐明旱后复水调控下，羊草种群异质性结构 (空间构型、大小结构和发育阶段组成) 的变化过程及其生殖分配的响应机理, 明确相应的子株种群的结构变化与翌年生殖分配的关系；同时分析羊草内源营养元素和光合物质的相应变化，以深入探讨旱后复水下羊草的生理响应机制。基于羊草种群结构和生殖分配的关键生理生态过程，优化羊草旱后复水技术，为提高羊草生产力和种子产量提供科学支持。

抽穗率低是克隆植物—羊草 (Leymus chinesis) 的主要繁殖特性，水分亏缺是环境因素中的主要限制因子。水分亏缺条件下羊草种群的异质性结构（即大小结构、空间结构、年龄结构、发育阶段组成）变化与抽穗密切相关，迄今对其过程机理知之甚微。因此，本研究以松嫩草地为研究背景，通过人工控制旱后复水实验来模拟松嫩草地降雨引起的土壤干湿季节性变化，研究旱后复水对羊草种群异质性结构、子株种群结构以及抽穗的影响。结果显示，羊草种群中1龄根茎株长势更高，发育较快，单株更重，但由于其前身根茎子株发育的起点低(有抽穗潜力的3-5片叶龄的子株数量少),造成其不如1龄以上根茎株抽穗的能力强；旱后全程复水致使种群异质性结构都是向有利于种群生长发育的方向发展，造成了种群密度更大，穗数更多；但早期和中期复水都未能增加植株穗数，表明两者的复水时间还没有达到阈值，该值应该存在于早期复水和全程复水间；全程，早期和中期复水条件下，与极端的干旱的晚期处理相比，母株产生了较多的根茎芽或子株，较少的分孽芽或子株（分蘖芽子株翌年更具有抽穗潜力），致使翌年的抽穗数量少。综合分析当年春季及翌年抽穗数量，全程复水的种子产量表现为“大小年”，早期和中期复水表现为“平小年”现象；旱后复水通过增加1龄根茎株的比例和数量，以及增加1龄根茎株产生的根茎芽、子株数量来使翌年的抽穗数量减少，从而控制有性繁殖。以上研究结果能为提高羊草生产力和种子产量及恢复受损草原生态系统提供重要的科学支持。