天目山野外实习小论文 天目山林下草本植物受光条件和生长情况调查 顾晨曦李思睿张赓 (复旦大学生命科学学院生物科学系 摘要:本文通过对西天目山自然保护区三种不同林下草本植物的观察分类,以及叶面积指 数(hai)和消光系数(k)的计算,得到以下的结论:不同林下的草本植物的叶面积指数和 消光系数不同;草本植物的种类和生长状况也有差异,银杏林hai值低,k值高,毛竹林反 之,植物生长茂盛,金钱松林lai高,k低。可见不同的林木对其林下草本植物的生长有较 大的影响 关键词:西天目山:草本植物:叶面积指数:消光系数:种类:生长状况 Abstract: This article get such conclusions below by the observation and classification of herbaceous plants under three different kinds of hurst in the nature protected area Western Tian Mu Mountain, and the calculation of the leaf area index (lai) and the extinction coefficient (k): herbaceous plants'lai and k are different as the variety of hurst; and the category and growth condition are also different, in the gingko and Jin Qian pine area the lai is low, the k is high, but the condition in the bamboo area is the opposite. So we can see that different kinds of hurst have great influence on herbaceous plants below Key words: Western Tian Mu Mountain; herbaceous plant; leaf area index; extinction coefficient category; growth condition 本文作者通过对国家级重点自然保护区天目山地区三处代表性林地中的草 本植物叶面积指数和消光系数的研究,讨论不同乔木对其林下植物受光条件及生 长情况的影响。 环境,材料和方法 1.1自然环境 此次实习和采点的地区天目山,是国家级重点自然保护区。它位于浙江,安 徽交界处的临安市西北部,面积4284公顷,经度范围:11992411-119928"21 经度范围 30°1830″-30°2455″, l19 20 海拔范围 苏省D 300m156m,具有典31 上海 型的中亚热带的森 安徽省 林生态系统和森林 景观。是进行生态学 浙江省 西天目山 研究和植物学研究 1505 的理想地点。西天目 杭州 州湾 山地理位置如图 3 比例尺1:3000 图1西天目山的地理位置
天目山野外实习小论文 天目山林下草本植物受光条件和生长情况调查 顾晨曦 李思睿 张赓 （复旦大学生命科学学院生物科学系） 摘要：本文通过对西天目山自然保护区三种不同林下草本植物的观察分类，以及叶面积指 数（lai）和消光系数（k）的计算，得到以下的结论：不同林下的草本植物的叶面积指数和 消光系数不同；草本植物的种类和生长状况也有差异，银杏林 lai 值低，k 值高，毛竹林反 之，植物生长茂盛，金钱松林 lai 高，k 低。可见不同的林木对其林下草本植物的生长有较 大的影响。 关键词：西天目山；草本植物；叶面积指数；消光系数；种类；生长状况 Abstract: This article get such conclusions below by the observation and classification of herbaceous plants under three different kinds of hurst in the nature protected area Western Tian Mu Mountain, and the calculation of the leaf area index (lai) and the extinction coefficient (k):herbaceous plants’lai and k are different as the variety of hurst; and the category and growth condition are also different, in the gingko and Jin Qian pine area the lai is low, the k is high, but the condition in the bamboo area is the opposite. So we can see that different kinds of hurst have great influence on herbaceous plants below. Key words: Western Tian Mu Mountain; herbaceous plant; leaf area index; extinction coefficient; category; growth condition 本文作者通过对国家级重点自然保护区天目山地区三处代表性林地中的草 本植物叶面积指数和消光系数的研究，讨论不同乔木对其林下植物受光条件及生 长情况的影响。 一 .环境，.材料和方法 1.1 自然环境 此次实习和采点的地区天目山，是国家级重点自然保护区。它位于浙江，安 徽交界处的临安市西北部，面积 4284 公顷，经度范围：119°24′11″-119°28 ′21″， 经度范围： 30°18′30″-30°24′55″， 海拔范围 300m-1556m，具有典 型的中亚热带的森 林生态系统和森林 景观。是进行生态学 研究和植物学研究 的理想地点。西天目 山地理位置如图 1. 1
根据保护区自然条件及此 次研究不同林下草本植物叶面 积指数和消光系数的试验设 想,在西天目山标志性景点禅 源寺外,天目山旅游公司外, 度假村外选取了三块有代表性 的样点取样,分别是:金钱松 林,银杏林,毛竹林,以这三 种树林表征针叶林,阔叶林及 竹林等不同树林林下草本植物 叶面指数及消光系数的特点 (右图为所选毛竹林一部分) 12研究材料 数字光通量计TES-1332A,样方框架,卷尺,准绳,枝剪 13研究方法 样方的选取采用了随机取样的方法,三个样点内按9m间隔拉样线,样线上 每隔3m设立30cm×30cm样方,每个样点设置5个样方,共设置了15个样方 如图2所示,每个样方被框架分成了9个10cmx10cm的方格,取其中阴影部分 的五个方格是此次试验中叶总面积和光通量的数据来源 测定叶面积指数(LAI)的测定方法是,将样方中上述 五个方格中的草本植物的叶片全部剪下,装袋带回实验室, 利用叶面积公式:叶面积=叶长(cm)×叶宽(cm)×校正 系数(K),算出叶片的总面积,计为S(cm2)。其中,叶 长和叶宽分别取叶片的最长和最宽处,不同植物叶片的校 正系数通过复旦大学网上数据库查得,部分查不到的植物, 用叶形相似的植物的校正系数代替。计算各个样方取样的 图2 叶片总叶面积的目的,是用来计算叶面积指数。叶面积指 数是指单位面积上的叶面积,计算叶面积指数的公式为: LAI=S/取样面积 (此处对一块样方来说,取样面积为五个小方格的面积和,即500cm2) 将叶面积指数算出之后,可以进一步样方植物的消光系数: I=Io·ek'LAl 式中,I草本植物层下地面处辐射强度;Io草本植物层顶端,约30cm处辐射 强度;k—该群落的消光系数;LAI在I水平上的叶面积指数 实地取样时测定了每块样方中五个阴影格中间点的上下表面的光通量作为 辐射强度的数值(因每块样地取样面积相同,故此值可代替式中的Ⅰ及Io)然后 将每块样方中五个方格的数值取平均作为此块样方中草本植物的消光系数。将五 个样方地的数据汇总,得出不同林下草本植物层30cm高处消光系数的趋势 研究结果
根据保护区自然条件及此 次研究不同林下草本植物叶面 积指数和消光系数的试验设 想，在西天目山标志性景点禅 源寺外，天目山旅游公司外， 度假村外选取了三块有代表性 的样点取样，分别是：金钱松 林，银杏林，毛竹林，以这三 种树林表征针叶林，阔叶林及 竹林等不同树林林下草本植物 叶面指数及消光系数的特点。 （右图为所选毛竹林一部分） 1.2 研究材料 数字光通量计 TES-1332A,样方框架，卷尺，准绳，枝剪 1.3 研究方法 样方的选取采用了随机取样的方法，三个样点内按 9m 间隔拉样线，样线上 每隔 3m 设立 30cm×30cm 样方，每个样点设置 5 个样方.，共设置了 15 个样方。 如图 2 所示，每个样方被框架分成了 9 个 10cm×10cm 的方格，取其中阴影部分 的五个方格是此次试验中叶总面积和光通量的数据来源。 测定叶面积指数（LAI）的测定方法是，将样方中上述 五个方格中的草本植物的叶片全部剪下，装袋带回实验室， 利用叶面积公式：叶面积=叶长（cm）×叶宽（cm）×校正 系数（K），算出叶片的总面积，计为 S（cm2 ）。其中，叶 长和叶宽分别取叶片的最长和最宽处，不同植物叶片的校 正系数通过复旦大学网上数据库查得，部分查不到的植物， 用叶形相似的植物的校正系数代替。计算各个样方取样的 图 2 叶片总叶面积的目的，是用来计算叶面积指数。叶面积指 数是指单位面积上的叶面积，计算叶面积指数的公式为： LAI=S/取样面积 （此处对一块样方来说，取样面积为五个小方格的面积和，即 500cm2 ） 将叶面积指数算出之后，可以进一步样方植物的消光系数： I=I0·e-k·LAI 式中，I—草本植物层下地面处辐射强度；I0—草本植物层顶端，约 30cm 处辐射 强度；k—该群落的消光系数；LAI—在 I 水平上的叶面积指数。 实地取样时测定了每块样方中五个阴影格中间点的上下表面的光通量作为 辐射强度的数值（因每块样地取样面积相同，故此值可代替式中的 I 及 I0）然后 将每块样方中五个方格的数值取平均作为此块样方中草本植物的消光系数。将五 个样方地的数据汇总，得出不同林下草本植物层 30cm 高处消光系数的趋势。 二 .研究结果 2
21叶面积指数(LAI) 各样方地的叶面积指数计入下表当中:(LAI=S/500cm2S单位:cm2) 银杏林 毛竹林 金钱松林 植物种类叶面积植物种类叶面积植物种类叶面积 样方1 样方1 样方1 阔叶麦冬248.50金星厥484.00 南瓜 1444.80 中华小芹14.0叶山麦冬481.30绞股蓝131.95 常春藤121.00牛膝34.08栾树(幼苗)14.14 常春藤 8.40 总计(S)513.50总计(S)1321.78总计(S)1590.89 LAI LAI 2.64 LAI 3.18 样方2 样方2 样方2 麦冬412.34金星厥1416.00 络石 67.11 络石 95.00 野生大豆216.00 常春藤 61.46 鸭脚芹 85.00 鸭趾草158.00 阔叶麦冬28. 牛膝 170.00 总计(s)540.91总计()1624.00总计(S)1361.00 LAI 1.08 LAI 3.25 LAI 2.72 样方3 样方3 样方3 透骨草168.00金星厥598.50龙牙草1634.00 常春藤14400阔叶山麦冬851.28水杨梅属 中华水芹134.00 大豆 105.00 络石 39.60 麦冬 18.15 苎麻 17.50 金星厥 4.00 总计(s)485.60总计()1349.78总计(S)1958.65 0.97 LAI 2.90 LAI 3.92 样方4 样方4 样方4 中华水芹520.00阔叶山麦冬1634.29 马蓼 1684.80 常春藤60 金星厥 102.79 麦冬 冠盖绣球87.36野生大豆_285.20 112.40 总计(S)580.30总计(S)182444总计(S)2579.28 LAI 1.16 LAI 3.65 LAI 5.16 样方5 样方5 样方5 金星厥372.24鱼腥草1264.00 牛膝 1517.39 鸭趾草295.79阔叶山麦冬224.00野生大豆1060.10 麦冬 110.00金星厥 104.00 络石 56.55 络石 18络石 75.20 中华水芹58.0 鸭脚芹 常春藤 24.00 常春藤
2.1 叶面积指数（LAI） 各样方地的叶面积指数计入下表当中：（LAI=S/500cm2 S 单位：cm2 ） 银杏林 毛竹林 金钱松林 植物种类 叶面积 植物种类 叶面积 植物种类 叶面积 样方 1 样方 1 样方 1 阔叶麦冬 248.50 金星厥 484.00 南瓜 1444.80 中华小芹 144.00 阔叶山麦冬 481.30 绞股蓝 131.95 常春藤 121.00 牛膝 348.08 栾树(幼苗) 14.14 常春藤 8.40 总计（S） 513.50 总计（S） 1321.78 总计（S） 1590.89 LAI 1.03 LAI 2.64 LAI 3.18 样方 2 样方 2 样方 2 麦冬 412.34 金星厥 1416.00 苎麻 817.00 络石 67.11 络石 95.00 野生大豆 216.00 常春藤 61.46 鸭脚芹 85.00 鸭趾草 158.00 阔叶麦冬 28.00 牛膝 170.00 总计（S） 540.91 总计（S） 1624.00 总计（S） 1361.00 LAI 1.08 LAI 3.25 LAI 2.72 样方 3 样方 3 样方 3 透骨草 168.00 金星厥 598.50 龙牙草 1634.00 常春藤 144.00 阔叶山麦冬 851.28 水杨梅属 180.00 中华水芹 134.00 大豆 105.00 络石 39.60 麦冬 18.15 苎麻 17.50 金星厥 4.00 总计（S） 485.60 总计（S） 1349.78 总计（S） 1958.65 LAI 0.97 LAI 2.90 LAI 3.92 样方 4 样方 4 样方 4 中华水芹 520.00 阔叶山麦冬 1634.29 马蓼 1684.80 常春藤 60.30 金星厥 102.79 麦冬 496.88 冠盖绣球 87.36 野生大豆 285.20 苎麻 112.40 总计（S） 580.30 总计（S） 1824.44 总计（S） 2579.28 LAI 1.16 LAI 3.65 LAI 5.16 样方 5 样方 5 样方 5 金星厥 372.24 鱼腥草 1264.00 牛膝 1517.39 鸭趾草 295.79 阔叶山麦冬 224.00 野生大豆 1060.10 麦冬 110.00 金星厥 104.00 络石 56.55 络石 72.18 络石 75.20 中华水芹 58.00 鸭脚芹 33.60 常春藤 24.00 常春藤 15.20 3
麦冬 14.00 总计(S)932.21总计(S)1730.00总计(S)2634.04 LAI LAI 22草本植物层消光系数(k) 各样方的叶面积指数已由上表得出,用前述公式和方法 (I=I0·ekAl)算出各样方内草本植物层30cm的消光系数 匚。银杏林毛竹林金钱松林 样方1 样方1 样方1 1990 463 10540 1870 899 455 510578 1765 184 1257 458 2080 325 475 K 0.23 K 样方2 样方 样 方2 1359 475 7640 743 1715 800 270 7400 1719 1117 484 6490 2790 7430 1559 4800 k 0.58 K 0.25 0.44 样方3 样方3 样方3 1473 915 1916 935 514 1288 293 3830 2760 2050 1059 315 3910 1720 722 303 252 3790 1330 064 K 022 K 0.20 样方4 1556 4990 1476 1034 4880 1388 1051 526 339 4570 1634 996 298 1015 1503 1313 315 4140 k 0.74 K 0.15 K 0.22 样方5 样方5 样方5 2500 1099 1113 271
麦冬 14.00 总计（S） 932.21 总计（S） 1730.00 总计（S） 2634.04 LAI 1.86 LAI 3.46 LAI 5.26 2.2 草本植物层消光系数（k） 各样方的叶面积指数已由上表得出，用前述公式和方法 （I=I0·e-k·LAI）算出各样方内草本植物层 30cm 的消光系数。 银杏林 毛竹林 金钱松林 I0 I I0 I I0 I 样方 1 样方 1 样方 1 1990 537 463 173 10540 1700 1870 899 455 305 8510 5780 1765 711 505 302 11260 9340 1845 1257 458 263 8580 3040 2080 325 475 231 18030 1020 k 0.92 K 0.23 K 0.31 样方 2 样方 2 样方 2 1359 750 475 139 7640 743 1715 800 413 270 7400 1424 1719 1117 484 164 6490 2790 1572 863 463 232 7430 1040 1559 693 438 213 7100 4800 k 0.58 K 0.25 K 0.44 样方 3 样方 3 样方 3 1473 915 350 79 3520 1007 1916 935 322 155 3570 514 1960 1288 293 121 3830 2760 2050 1059 315 220 3910 3020 1720 722 303 252 3790 1330 k 0.64 K 0.22 K 0.20 样方 4 样方 4 样方 4 1556 1052 567 320 4990 1425 1476 1034 502 241 4880 1509 1388 1051 526 339 4570 1634 1536 996 397 298 4620 1015 1503 1313 315 142 4140 1538 k 0.74 K 0.15 K 0.22 样方 5 样方 5 样方 5 2500 1099 279 65 2690 1113 2510 798 271 53 3350 911 4
2860 640 297 153 90 2560 274 7080 1216 2480 1050 1110 k 0.42 0.32 0.23 三讨论 从数据中可以发现:银杏林lai值低, 即银杏林的下层灌木和草本植物相对稀 疏;毛竹林居中;金钱松林lai值最髙 草本植物尤为茂盛。银杏林的lai值低很 大程度是由于其林下大多为一些叶面积 较小的植物,例如麦冬,常春藤等。再者, 银杏有抑制作物生长的作用,所以lai偏 低,也可能有这方面因素。我们所选的毛 竹林的位置一般不会受人打扰,这有利于 林下草本植物的生长。但竹林本身的生长 性质决定了在这一大片以毛竹占绝对优势的地区,其他草本植物的生长是受到抑 制的。我们所选的这片林中金钱松密度与之前所选林中的银杏、毛竹相比略小, 有更多阳光照射到下层,这从光通量值就可以看出。林下植物可以接受更多阳光, 适合阔叶植物生长,所以lai值较高 消光系数会有多方面因素组成,其中,植物种类不同所造成的影响最大。 从实验实际情况看,植物种类的差异并不大,而银杏林下草本植物层的消光系数 明显大于另两片林中的。个人认为取样地 点不同和取样时天气状况所造成的影响 较大。在银杏林取样是7月11日上午,晴 在毛竹林取样是7月12日上午,阴转晴; 在金钱松林取样是7月12日下午,晴。 地点在前文已有说明,只是要补充:银杏 林是在一斜坡上,后靠一块山壁,比较阴 湿,这样的环境容易削弱光通量。而金钱 松林相比就干燥多了。 综上,上层乔木对下层草本植物还是 有影响的,而这两者又共同影响林中光通 (在测光通量时,有时会遇到有直射 光。这时,光通量会大幅上升,这种数据 不具有代表性,我们在实际处理中予以剔 除。) (右边三图分别是银杏林,毛竹林和 金钱松林的取样) 致谢: 通过同组同学们的共同努力,天目山小论文终于完成了,此时此刻我们的心
2860 640 297 153 2380 900 3170 2560 274 98 7080 1216 2480 1050 289 100 2570 1110 k 0.42 K 0.32 K 0.23 三 讨论 从数据中可以发现：银杏林 lai 值低， 即银杏林的下层灌木和草本植物相对稀 疏；毛竹林居中；金钱松林 lai 值最高， 草本植物尤为茂盛。银杏林的 lai 值低很 大程度是由于其林下大多为一些叶面积 较小的植物，例如麦冬，常春藤等。再者， 银杏有抑制作物生长的作用，所以 lai 偏 低，也可能有这方面因素。我们所选的毛 竹林的位置一般不会受人打扰，这有利于 林下草本植物的生长。但竹林本身的生长 性质决定了在这一大片以毛竹占绝对优势的地区，其他草本植物的生长是受到抑 制的。我们所选的这片林中金钱松密度与之前所选林中的银杏、毛竹相比略小， 有更多阳光照射到下层，这从光通量值就可以看出。林下植物可以接受更多阳光， 适合阔叶植物生长，所以 lai 值较高。 消光系数会有多方面因素组成，其中，植物种类不同所造成的影响最大。 从实验实际情况看，植物种类的差异并不大，而银杏林下草本植物层的消光系数 明显大于另两片林中的。个人认为取样地 点不同和取样时天气状况所造成的影响 较大。在银杏林取样是 7 月 11 日上午，晴； 在毛竹林取样是 7 月 12 日上午，阴转晴； 在金钱松林取样是 7 月 12 日下午，晴。 地点在前文已有说明，只是要补充：银杏 林是在一斜坡上，后靠一块山壁，比较阴 湿，这样的环境容易削弱光通量。而金钱 松林相比就干燥多了。 综上，上层乔木对下层草本植物还是 有影响的，而这两者又共同影响林中光通 量。 （在测光通量时，有时会遇到有直射 光。这时，光通量会大幅上升，这种数据 不具有代表性，我们在实际处理中予以剔 除。） （右边三图分别是银杏林，毛竹林和 金钱松林的取样） 致谢： 通过同组同学们的共同努力，天目山小论文终于完成了，此时此刻我们的心 5
情无比的激动。 首先我们要感谢不辞辛苦带领我们完成实习任务的各位老师们,您们不光在 专业知识上给予我们无私的帮助,在做人方面也为我们树立了榜样,这些珍贵的 财富我们会受用一生的。 其次要感谢在天目山朝夕相处的各位同学,在这短短的七天时间里,大家相 互扶持,照顾,结下了深厚的友谊,每个人都充分感受到03生科这个大集体的 温暖。 最后,要感谢带给我们梦幻般一周的天目山,你的美,你的真,你的纯,都 让我们无比赞叹,你再一次唤醒了我们对于生物的热爱,对于保护自然的责任, 我们会再来看你的! 參考文献 王丽丽,1990,不同密度杉木林内辐射与叶面积垂直分布对生长的影响,林业科学研究 胡显华等,1991,一种测定植物叶面积方法的研究,吉林农业大学学报,vo1.16,117-120 杜占池等,2001,内蒙古典型草原地区5类植物群落叶面积指数的比较研究,中国草地, Vo.23,No.5
情无比的激动。 首先我们要感谢不辞辛苦带领我们完成实习任务的各位老师们，您们不光在 专业知识上给予我们无私的帮助，在做人方面也为我们树立了榜样，这些珍贵的 财富我们会受用一生的。 其次要感谢在天目山朝夕相处的各位同学，在这短短的七天时间里，大家相 互扶持，照顾，结下了深厚的友谊，每个人都充分感受到 03 生科这个大集体的 温暖。 最后，要感谢带给我们梦幻般一周的天目山，你的美，你的真，你的纯，都 让我们无比赞叹，你再一次唤醒了我们对于生物的热爱，对于保护自然的责任， 我们会再来看你的！ 参 考 文 献 王丽丽，1990，不同密度杉木林内辐射与叶面积垂直分布对生长的影响，林业科学研究 Vol.3，N0.6 胡显华等，1991，一种测定植物叶面积方法的研究，吉林农业大学学报，Vol.16,117-120 杜占池等，2001，内蒙古典型草原地区 5 类植物群落叶面积指数的比较研究，中国草地， Vol.23, No.5 6
天目山部分藤本植物韧性初探 李嘉睿,朱司宇,李钟翰,张一帆 (复旦大学生命科学学院,上海200433) 摘要:藤本植物的茎与乔木、灌木等脆硬的茎有很大差别,它一般比较柔韧,故能够在比较大的范围内 弯曲和承受较大的横向的外力。不同的藤本植物其韧性不尽相同,这是由其独特的结构特点决定的,又受 到其他因素的影响。研究藤本藤本植物的茎的这一物理性质与其结构特点的联系,在生物学和仿生学上都 有非常重要的意义。我们利用天目山丰富的植物资源条件,采集了8个科的11种藤本植物的样本,在尽量 保持其生活状态的短时间内,对其韧性进行了定量测定,在有限的实验条件和时间下,获得了尽可能精确 的数据。再通过制作该样本的茎的横切片,观察其结构,对其结构与韧性的联系做了初步的分析,同时对 影响韧性的其他因素也进行了讨论 关镜词:藤本植物:茎:韧性:结构 茎是植物提地上部分联系根和叶的营养器官,其主要功能是输导作用和支持作用。根据茎的 生长方向和木质化程度,可以把茎分成直立茎、攀援茎、缠绕茎、匍匐茎。具有攀援茎和缠 绕茎的植物,叫做藤本植物。藤本植物有木本的,如葡萄和紫藤,也有草本的,如豆类和瓜 类 自然界中,在进化上比较高级的各种植物的茎与环境相适应,形成了自己独特的结构 有的高大粗壮,有的纤细柔嫩。但它都在以自己的方式,在千变万化的环境中支撑起自己的 片生存的空间。植物的茎一般成柱状,故其承受轴向拉力的能力,比其承受横向拉力的能 力(在本文中,将它简称为韧性)强的多,所以它们更易被折断,而不易被拉断。在自然界 中,植物的茎经常要承受横向外力的作用,所以其韧性对维持其个体的生存十分重要。在狂 风暴雨中,一些直立植物的茎折断了,而一些藤本植物的茎虽然被弯曲,却安然无恙。这其 中部分原因,就是藤本植物一般比较柔韧。但是不同植物的韧性具有很大差异,这是由它们 的结构不同引起的,当然同一株植物的韧性也会受到直径大小,生活状态,年龄的影响。所 以我们在天目山有利的自然资源条件下,采集了一些藤本植物作为样本,对其茎的韧性进行 测定了。为了在有限的时间和实验条件下扩大测定范围,我们选取8个科的11种藤本植物 进行了关于韧性的定量测定。在实验条件限制、无精密仪器的条件下,在实验设计上尽量利 用现有条件减小误差,获得了样本植物单位直径的横向最大承受力,并在不同种间进行了比 较。我们发现不同样本的韧性存在显著差异,并结合其茎的横切片,对其原因进行初步的探 1材料及方法 1.1材料 植物:报春花科一一过路黄夹竹桃科一—络石 五加科—一中华常春藤 豆科一—野大豆 薯蓣科一一薯蓣 毛茛科一一大花威灵仙 葡萄科一一爬山虎、乌蔹莓 葫芦科—一栝楼、王瓜、南赤爬 (植物样本图和切片图见附录) 工具:直尺、细线、沙石、天平、剪刀、塑料袋 1.2方法
天目山部分藤本植物韧性初探 李嘉睿，朱司宇，李钟翰，张一帆 （复旦大学 生命科学学院，上海 200433） 摘 要：藤本植物的茎与乔木、灌木等脆硬的茎有很大差别，它一般比较柔韧，故能够在比较大的范围内 弯曲和承受较大的横向的外力。不同的藤本植物其韧性不尽相同，这是由其独特的结构特点决定的，又受 到其他因素的影响。研究藤本藤本植物的茎的这一物理性质与其结构特点的联系，在生物学和仿生学上都 有非常重要的意义。我们利用天目山丰富的植物资源条件，采集了 8 个科的 11 种藤本植物的样本，在尽量 保持其生活状态的短时间内，对其韧性进行了定量测定，在有限的实验条件和时间下，获得了尽可能精确 的数据。再通过制作该样本的茎的横切片，观察其结构，对其结构与韧性的联系做了初步的分析，同时对 影响韧性的其他因素也进行了讨论。 关键词：藤本植物；茎； 韧性；结构 茎是植物提地上部分联系根和叶的营养器官，其主要功能是输导作用和支持作用。根据茎的 生长方向和木质化程度，可以把茎分成直立茎、攀援茎、缠绕茎、匍匐茎。具有攀援茎和缠 绕茎的植物，叫做藤本植物。藤本植物有木本的，如葡萄和紫藤，也有草本的，如豆类和瓜 类[1]。 自然界中，在进化上比较高级的各种植物的茎与环境相适应，形成了自己独特的结构， 有的高大粗壮，有的纤细柔嫩。但它都在以自己的方式，在千变万化的环境中支撑起自己的 一片生存的空间。植物的茎一般成柱状，故其承受轴向拉力的能力，比其承受横向拉力的能 力（在本文中，将它简称为韧性）强的多，所以它们更易被折断，而不易被拉断。在自然界 中，植物的茎经常要承受横向外力的作用，所以其韧性对维持其个体的生存十分重要。在狂 风暴雨中，一些直立植物的茎折断了，而一些藤本植物的茎虽然被弯曲，却安然无恙。这其 中部分原因，就是藤本植物一般比较柔韧。但是不同植物的韧性具有很大差异，这是由它们 的结构不同引起的，当然同一株植物的韧性也会受到直径大小，生活状态，年龄的影响。所 以我们在天目山有利的自然资源条件下，采集了一些藤本植物作为样本，对其茎的韧性进行 测定了。为了在有限的时间和实验条件下扩大测定范围，我们选取 8 个科的 11 种藤本植物 进行了关于韧性的定量测定。在实验条件限制、无精密仪器的条件下，在实验设计上尽量利 用现有条件减小误差，获得了样本植物单位直径的横向最大承受力，并在不同种间进行了比 较。我们发现不同样本的韧性存在显著差异，并结合其茎的横切片，对其原因进行初步的探 讨。 1 材料及方法 1.1 材料： 植物：报春花科——过路黄 夹竹桃科——络石 五加科——中华常春藤 豆科——野大豆 薯蓣科——薯蓣 毛茛科——大花威灵仙 葡萄科——爬山虎、乌蔹莓 葫芦科——栝楼、王瓜、南赤瓟 （植物样本图和切片图见附录） 工具：直尺、细线、沙石、天平、剪刀、塑料袋 1.2 方法：
1、采集植物:首先,为了尽量减小同种植物在不同生长环境下产生的个体差异所带来 的影响,我们在采集植物时准确详细地记录了每种植物的采集位置,从而在之后的采集 中保障了植物材料生境的稳定性:其次,为了防止植物因放置过久而失水并影响实验结 果,我们在先是将各植物的采集位置尽量集中化,再少量多批采集,力求能够迅速完成 每批植物的韧性实验。 2、截取不同直径的茎段56段:每个茎段长20cm。由于茎段上分布着众多茎结,这些 结的韧性与茎干并不一致,为个保证实验结果的准确和实验条件的一致,我们在截取茎 段时避免结出现在中点处一一即我们做韧性实验时选取的负重点。 3、测直径:由于所采的植物茎的横截面近似圆形,因此认为其横截面直径与周长符合 公式L=πD。以此公式,我们采用先测量周长再计算直径的间接测量法。我们先是将细 线缠绕茎段5圈,各圈间紧密相连,如此以直尺一次测量5倍周长,并重复一次,从而 减小随机误差。 4、韧性实验:以吊坠指示重力方向,以此调整茎段呈水平并两端固定,将塑料袋套头 (为保证实验条件一致,因而始终用同一套头)置于茎段中点处,呈悬挂状态。均匀缓 慢注入细沙至茎段断裂,测量塑料袋及沙的重量。同种植物的茎段我们先进行一次预实 验以判断能使茎段断裂的大概重量,而在正式实验中以预实验为参照,避免茎段因长时 间牵拉而损伤。 5、切片制作:为了能够从其本质分析韧性差异的来源,我们于返程前一日再在相同地 点采样,并用含少量水的密封瓶保存以防止植物失水。回校后则立即截取各种物茎段的 横截面做成切片并以照片形式保存下来。 2数据处理: 2.1表一,基础实验数据表: 测验次数 植物 报春花科 2202.25/0482.3002.30/0.272.38/250/0.502.50/247/0.562.18/220/0452.172.15/0.19 过路黄 葡萄科 4554.50m1223.19/3.18/0.942.50/245/0.55295297/0.71430/420∥1.10 乌蔹莓 夹竹桃科 3.35/3.3816.10265/2.63/250J289/294/420300303/4332.19/220/243 葫芦科 栝楼 358346/1723806385/151353/347/892.97295/076|360372/118 五加科 中华常春藤|3.803.78/2.55L415412/2.303.30/338/2.05320/3.18/157325/3.30/82 葫芦科 279/280/1.203.35/325m1342.58/2.50/0.742.59260069280/290/1,20 王瓜 1.83/180/0.721.75/90/061225/230/084190/195/0.70209/212/093 野大豆 野大豆 80/1.79/0.71 1.95/0.812.33230/1491.83/1.881002002.10/1.16
1、采集植物：首先，为了尽量减小同种植物在不同生长环境下产生的个体差异所带来 的影响，我们在采集植物时准确详细地记录了每种植物的采集位置，从而在之后的采集 中保障了植物材料生境的稳定性；其次，为了防止植物因放置过久而失水并影响实验结 果，我们在先是将各植物的采集位置尽量集中化，再少量多批采集，力求能够迅速完成 每批植物的韧性实验。 2、截取不同直径的茎段 5~6 段：每个茎段长 20cm。由于茎段上分布着众多茎结，这些 结的韧性与茎干并不一致，为个保证实验结果的准确和实验条件的一致，我们在截取茎 段时避免结出现在中点处——即我们做韧性实验时选取的负重点。 3、测直径：由于所采的植物茎的横截面近似圆形，因此认为其横截面直径与周长符合 公式 L=πD。以此公式，我们采用先测量周长再计算直径的间接测量法。我们先是将细 线缠绕茎段 5 圈，各圈间紧密相连，如此以直尺一次测量 5 倍周长，并重复一次，从而 减小随机误差。 4、韧性实验：以吊坠指示重力方向，以此调整茎段呈水平并两端固定，将塑料袋套头 （为保证实验条件一致，因而始终用同一套头）置于茎段中点处，呈悬挂状态。均匀缓 慢注入细沙至茎段断裂，测量塑料袋及沙的重量。同种植物的茎段我们先进行一次预实 验以判断能使茎段断裂的大概重量，而在正式实验中以预实验为参照，避免茎段因长时 间牵拉而损伤。 5、切片制作：为了能够从其本质分析韧性差异的来源，我们于返程前一日再在相同地 点采样，并用含少量水的密封瓶保存以防止植物失水。回校后则立即截取各种物茎段的 横截面做成切片并以照片形式保存下来。+ 2 数据处理： 2.1 表一，基础实验数据表： 测验次数 植物 1 2 3 4 5 6 报春花科 过路黄 2.20/2.25//0.48 2.30/2.30//0.27 2.38/2.50//0.50 2.50/2.47//0.56 2.18/2.20//0.45 2.17/2.15//0.19 葡萄科 乌蔹莓 4.55/4.50//1.22 3.19/3.18//0.94 2.50/2.45//0.55 2.95/2.97//0.71 4.30/4.20//1.10 夹竹桃科 络石 3.35/3.38//6.10 2.65/2.63//2.50J 2.89/2.94//4.20 3.00/3.03//4.33 2.19/2.20//2.43 葫芦科 栝楼 3.58/3.46//1.72 3.80/3.85//1.51 3.53/3.47//1.89 2.97/2.95//0.76 3.60/3.72//1.18 五加科 中华常春藤 3.80/3.78//2.55L 4.15/4.12//2.30 3.30/3.38//2.05 3.20/3.18//1.57 3.25/3.30//1.82 葫芦科 王瓜 2.79/2.80//1.20 3.35/3.25//1.34 2.58/2.50//0.74 2.59/2.60//0.69 2.80/2.90//1.20 豆科 野大豆 1.83/1.80//0.72 1.75/1.90//0.61 2.25/2.30//0.84 1.90/1.95//0.70 2.09/2.12//0.93 野大豆 1.80/1.79//0.71 2.05/1.95//0.81 2.33/2.30//1.49 1.83/1.88//1.00 2.00/2.10//1.16
葫芦科 南赤爬 505503/2440318550555460458265480472/31654540342 葫芦科 3.10/3.0914427927m1.202.39240/0.753.103.12/1.103.30/3.35/196 薯蓣科 306/3.08/0.502.70/268/0662.20/2.15/0.712502300.85262/268/0.75345/3200.75 毛茛科 419/4.30/211280/2761.323.82/3.70/324450440/1963.30/328/1.55406/402/1.80 大花威灵仙 Note:1)x/xx//xxx中,前两位数字表示2次重复测验所得到的绕藤五周后的绳子的长度,也就是代表5轮周长的长度 最后一位代表在藤断裂时所得到的临界重量 2)实验中选择了6段不同直径的植物藤茎进行试验。 22表二,数据初步处理 植物 直径直径( Diameter/S值cv.(9)(kg) average 临界重量单位直 (1) 径承受平均值 力 1400.143 E-031.58 报春花科0.1520.1590.1565.00-033.21 0.50 4.08 过路黄 0.1590.157 0.158 40E-030.89 0.56 0.1390.140 0.1401.00E-03 0.71 0.45 0.2900.286 0.2882.83E-030.98 1.22 4.24 葡萄科 0.1582.24E-031.42 乌蔹莓 0.1880.189 0.188 00E-030.53 0.71 3. 0.2740.267 0.2715.00E-03 1.85 1.10 4.0 0.2130.215 0.2141.35E-030.63 6.10 28.48 夹竹桃科0.1840.1870. 25E-031.21 22.63 络石 0.1910.1930.192 35E-030.70 4.33 0.139 0.140 0.1404.50E-040.32 0.2280.220 0.224 40E-032.411.727.68 葫芦科 0.2420.245 0.2442.25E-030.92 1.51 6.20 6.86 栝楼 0.2250.221 0.2232.70E-031.21 1.89 8.48 0.2290.237 0.233 0.2420.241 0.2419.00E040.37 10.57 五加科 0.2100.215 0.2133.60E-031.69 中华常春藤0.2040.202 0.2039.00E-040.44 1.57 7.73 0.2082.25E-031.08 0.178 0.178 4. 0E- 04 1.20 6.74 0.213 0.210 03 2.14 1.34 6.38 葫芦科 0.1640.159 0.162 3.60E-03 2.23 0.74 4.58 0.1780.1850.1814.50032.48 61 0.1650.166 0.1654.50E-040.27
葫芦科 南赤瓟 5.05/5.03//2.24 4.00/3.38//1.18 5.50/5.50//2.75 4.60/4.58//2.65 4.80/4.72//3.16 5.45/5.40//3.42 葫芦科 爬山虎 3.10/3.09//1.44 2.79/2.77//1.20 2.39/2.40//0.75 3.10/3.12//1.10 3.30/3.35//1.96 薯蓣科 薯蓣 3.06/3.08//0.50 2.70/2.68//0.66 2.20/2.15//0.71 2.50/2.30//0.85 2.62/2.68//0.75 3.45/3.20//0.75 毛茛科 大花威灵仙 4.19/4.30//2.11 2.80/2.76//1.32 3.82/3.70//3.24 4.50/4.40//1.96 3.30/3.28//1.55 4.06/4.02//1.80 Note: 1) xx/xx//xxx 中，前两位数字表示 2 次重复测验所得到的绕藤五周后的绳子的长度，也就是代表 5 轮周长的长度。 最后一位代表在藤断裂时所得到的临界重量。 2) 实验中选择了 6 段不同直径的植物藤茎进行试验。 2.2 表二，数据初步处理 植物 直径 (1) 直径(2) Average Diameter S 值 C.V.(%) 临界重量 （kg） 单位直 径承受 力 平均值 报春花科 过路黄 0.140 0.143 0.142 2.24E-03 1.58 0.48 3.38 4.08 0.152 0.159 0.156 5.00E-03 3.21 0.50 3.21 0.159 0.157 0.158 1.40E-03 0.89 0.56 3.54 0.139 0.140 0.140 1.00E-03 0.71 0.45 6.59 葡萄科 乌蔹莓 0.290 0.286 0.288 2.83E-03 0.98 1.22 4.24 3.89 0.159 0.156 0.158 2.24E-03 1.42 0.55 3.49 0.188 0.189 0.188 1.00E-03 0.53 0.71 3.77 0.274 0.267 0.271 5.00E-03 1.85 1.10 4.07 夹竹桃科 络石 0.213 0.215 0.214 1.35E-03 0.63 6.10 28.48 22.76 0.184 0.187 0.186 2.25E-03 1.21 4.20 22.63 0.191 0.193 0.192 1.35E-03 0.70 4.33 22.56 0.139 0.140 0.140 4.50E-04 0.32 2.43 17.39 葫芦科 栝楼 0.228 0.220 0.224 5.40E-03 2.41 1.72 7.68 6.86 0.242 0.245 0.244 2.25E-03 0.92 1.51 6.20 0.225 0.221 0.223 2.70E-03 1.21 1.89 8.48 0.229 0.237 0.233 5.40E-03 2.32 1.18 5.06 五加科 中华常春藤 0.242 0.241 0.241 9.00E-04 0.37 2.55 10.57 9.17 0.210 0.215 0.213 3.60E-03 1.69 2.05 9.64 0.204 0.202 0.203 9.00E-04 0.44 1.57 7.73 0.207 0.210 0.208 2.25E-03 1.08 1.82 8.73 葫芦科 王瓜 0.178 0.178 0.178 4.50E-04 0.25 1.20 6.74 5.98 0.213 0.207 0.210 4.50E-03 2.14 1.34 6.38 0.164 0.159 0.162 3.60E-03 2.23 0.74 4.58 0.178 0.185 0.181 4.50E-03 2.48 1.20 6.61 0.165 0.166 0.165 4.50E-04 0.27 0.69 4.18
0.1170.115 0.1161.35-031.17 0.71 6.14 0.1110.121 0.1166.75E-035.81 0.61 0.1430.146 5E-031.55 豆科 6.06 2.25E-03 1.84 野大豆 0.133 0.135 0.1341.35E-031.01 0.93 6.94 0.1150.114 0.1144.50E-040.39 0.71 0.1310.124 0.1274.50E-03 0.321 0.320 0.3219.00E-040.28 2.24 葫芦科0.3500.3500.3500.00+000.00 7.85 南赤爬 0.2930.292 0.2929.00E040.31 0.3470.344 0.3452.25E-030.65 3.42 葫芦科 0.1780.176 0.1779.00E-040.51 1.20 7.23 爬山虎 0.197 0.199 0.1989.00E-040.45 1.10 「0.2100.2130.2122.25E-031.0 0.140 0.137 0.1382.25E-031.63 0.71 5.13 薯蓣属 0.1539.00E-035.89 4.67 薯蓣 0.1670.171 0.1692.70E-031.60 0.75 0.2200.204 0.2121.13E-025.32 0.75 0.2670.274 0.2704.95E-031.83 0.1780.176 0.177 80E-031.02 7.46 毛茛科 大花威灵仙 0.2100.209 0.2099.00E-040.43 0.2580.256 0.2571.80E-030.70 23表三,方差分析:单因素方差分析 SUMMARY 组 观测数求和 平均 方差 过路黄 6.338764.0846892.024904 乌蔹莓 15.560153.8900370.108345 络石 91.0561722.7640420.51961 栝楼 27.416536.8541332.321162 中华常春藤 36.66999 1.481171 王瓜 424.312636.0781571.025328 野大豆 42.421666.0602370.290029 南赤爬 33.80678.4516741.668367 爬山虎 28.90411172260272.376502 薯蓣 18.679694.6699230.775816 [大花威灵仙536.583757.3167510.131978
豆科 野大豆 0.117 0.115 0.116 1.35E-03 1.17 0.71 6.14 6.06 0.111 0.143 0.121 0.146 0.116 0.145 6.75E-03 2.25E-03 5.81 1.55 0.61 0.84 5.25 5.80 0.121 0.124 0.123 2.25E-03 1.84 0.70 5.71 0.133 0.135 0.134 1.35E-03 1.01 0.93 6.94 0.115 0.114 0.114 4.50E-04 0.39 0.71 6.21 0.131 0.124 0.127 4.50E-03 3.54 0.81 6.36 葫芦科 南赤瓟 0.321 0.320 0.321 9.00E-04 0.28 2.24 6.98 8.45 0.350 0.350 0.350 0.00E+00 0.00 2.75 7.85 0.293 0.292 0.292 9.00E-04 0.31 2.65 9.07 0.347 0.344 0.345 2.25E-03 0.65 3.42 9.90 葫芦科 爬山虎 0.197 0.197 0.197 4.50E-04 0.23 1.44 7.31 7.23 0.178 0.176 0.177 9.00E-04 0.51 1.20 6.78 0.197 0.199 0.198 9.00E-04 0.45 1.10 5.56 0.210 0.213 0.212 2.25E-03 1.06 1.96 9.26 薯蓣属 薯蓣 0.140 0.137 0.138 2.25E-03 1.63 0.71 5.13 4.67 0.159 0.146 0.153 9.00E-03 5.89 0.85 5.56 0.167 0.171 0.169 2.70E-03 1.60 0.75 4.45 0.220 0.204 0.212 1.13E-02 5.32 0.75 3.54 毛茛科 大花威灵仙 0.267 0.274 0.270 4.95E-03 1.83 2.11 7.81 7.32 0.178 0.176 0.177 1.80E-03 1.02 1.32 7.46 0.286 0.280 0.283 4.50E-03 1.59 1.96 6.92 0.210 0.209 0.209 9.00E-04 0.43 1.55 7.40 0.258 0.256 0.257 1.80E-03 0.70 1.80 7.00 2.3 表三，方差分析：单因素方差分析 SUMMARY 组 观测数 求和 平均 方差 过路黄 4 16.33876 4.084689 2.024904 乌蔹莓 4 15.56015 3.890037 0.108345 络石 4 91.05617 22.76404 20.51961 栝楼 4 27.41653 6.854133 2.321162 中华常春藤 4 36.66999 1.481171 王瓜 4 24.31263 6.078157 1.025328 野大豆 7 42.42166 6.060237 0.290029 南赤瓟 4 33.8067 8.451674 1.668367 爬山虎 4 28.90411 7.226027 2.376502 薯蓣 4 18.67969 4.669923 0.775816 大花威灵仙 5 36.58375 7.316751 0.131978
