土壤增温对中亚热带杉木幼苗不同季节生理生化特征的影响

发布时间：2020-05-12 15:50

【摘要】：大量化石燃料的燃烧和土地利用方式的改变,导致大气温度升高。植被是联结大气、水分和土壤等要素的自然纽带,属于变温类型,气候与植被相互作用的过程是陆地生态过程中重要的环节。亚热带是温带与热带的过渡区,位置特殊,该地区森林生产力对温度变化或许会更为敏感。而且气候变化及个体发育可能存在季节性差异,进而影响有机体的化学元素、计量和抗氧化作用。因此,研究不同季节增温对中亚热带植物生理生态的影响显得尤为必要。本研究样地位于福建三明森林生态系统与全球变化研究站——三明陈大林业国有林场观测点,实验设置对照(CT)和增温(W)两个处理,每个处理5个重复,共10个样方,以电缆方式增温。于2016年12月和2017年7月取样,测定土壤理化性质,叶片的碳、氮、磷、钾、钙和镁含量,探究杉木养分利用情况;另外测定杉木生长情况、光合作用、过氧化物含量、抗氧化酶活性以及内源激素等指标,探索不同季节增温对杉木生理生态的影响,以揭示全球变暖大背景下杉木的生长策略。本文主要结论如下:1)增温后土壤总有机碳、总氮、总磷、钾、钙、镁含量均呈下降趋势,短期增温可能造成土壤肥力下降。土壤有效氮主要以铵态氮形式存在,增温后NO3-/NH4+显著下降,土壤δ15N也没有上升,证明该研究区域处于氮限制状态。2)本研究树种为处于快速生长阶段的杉木幼苗,增温后叶片氮、磷含量降低,说明短期增温不利于植物养分累积。增温提高杉木叶片N/P以及δ15N值,冬季叶片N/P和δ15N值均高于夏季,但叶片N/P均小于14,说明目前杉木生长处于氮限制状态,增温可以缓解氮限制,且非生长季增温缓解作用大于生长季。3)增温增加叶片活性氧簇(ROS)含量,非生长季主要通过增加脯氨酸(Pro)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活力来清除活性氧类物质,而生长季则是通过增加可溶性蛋白浓度、GSH含量以及过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和GSH-Px活力来应对胁迫。增温降低总抗氧化(T-AOC)活力,夏季T-AOC活力整体低于冬季,这与MDA含量相对应,即增温对杉木生理状态造成损伤,其中夏季胁迫更为明显。增温对生长素的合成无促进作用。4)增温后,杉木叶片净光合速率(Asat)显著下降,暗呼吸速率(Rarea)无显著变化,呼吸速率与光合速率的比值(Rarea/Asat)呈上升趋势,且7月显著高于5月和10月,叶片非结构性碳水化合物含量(NSC)表现出相对应的变化趋势,该结果表明增温不利于杉木积累有机物质。设定温度25 ℃下,增温处理杉木潜在最大净光合速率(Amax25)显著下降,叶片氮含量以及NSC含量对叶片光合能力的变化均发挥重要作用,而暗呼吸速率无显著变化(Rarea25),杉木呼吸速率对温度产生适应性,叶片NSC含量发挥重要作用。
【图文】：

监控（Ｚｈａｎｇ邋ｅｔａｌ．，２０１６）。将每个小区平均分为ｌｍｘｌｍ的次小区，，于２０１３年１１月逡逑将当地苗圃选择的幼苗随机移植到每个次小区中心，并保证杉木幼苗位于两条电缆逡逑之间。实验过程中，不同处理的土壤的温度和含水率在不同月份的变化见图２－１。逡逑３５逡逑ｇ３0ｈＡ＞邋—ＣＴ—Ｗ￣￣逦＾逡逑ｓ邋１２５邋－逡逑Ｓ！２０－逡逑１，５－逡逑１０邋逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦｜逦！逦逡逑ｇ邋（Ｂ）逡逑ｉｉ：逡逑月份Ｍｏｎｔｈ逡逑图２－１不同处理土壤温度和含水率的变化（图Ａ，邋土壤温度；图Ｂ，土壤含水率）逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｓｏｉｌ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｍｏｉｓｔｕｒｅ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｕｎｄｅｒ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ邋（Ｆｉｇ邋Ａ，邋ｓｏｉｌ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；邋Ｆｉｇ逡逑Ｂ，邋ｓｏｉｌ邋ｍｏｉｓｔｕｒｅ）逡逑注：图中ＣＴ代表对照处理，Ｗ代表增温处理，下同。逡逑Ｎｏｔｅｓ：邋Ｔｈｅｒｅ邋ａｒｅ邋ｔｗｏ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ：邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋（ＣＴ）邋ａｎｄ邋ｗａｒｍｉｎｇ邋（Ｗ）．邋Ｔｈｅ邋ｓａｍｅ邋ｂｅｌｏｗ．逡逑２．２．３样品采集与处理逡逑植物样品的采集与处理：分别于２０１６年１２月非生长季和２０１７年７月生长季，逡逑选择连续三天晴天的时间，在树冠部位剪切东南西北四个方位和上中下不同部位的逡逑一年生成熟叶（高三平等

增温对土壤碳、氮稳定同位素自然丰度值影响显著。增温处理下的ＳＩ３Ｃ值相比逡逑于对照处理（－２７．３０％。）显著增加了邋０．２７９６。，ＳＩ５Ｎ值相比较于对照（２．１４％。）显著减少了逡逑０．１３％。（图３－２）。从图３－３可以看出，土壤Ｓ１３Ｃ与土壤温度成显著正相关关系，与含逡逑水率成显著负相关关系。土壤Ｓ１５Ｎ与土壤温度无相关关系，但是土壤Ｓ１５Ｎ与含水逡逑率成显著正相关关系（图３－３）。逡逑⑷逦（Ｂ）２．４Ｆ￣￣「ｄ邋Ｗ．逡逑Ｉ邋｜逦１１邋Ｉ逡逑－３０＇￣￣＾＾＾＾ｗ￣￣逡逑处理邋Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ逦处理邋Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ逡逑图３－２不同处理土壤碳氮同位素自然丰度值的变化（图Ａ，碳稳定同位素；图Ｂ，氮稳定同位素）逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｓｏｉｌ邋５１３Ｃ邋ａｎｄ邋５，５Ｎ邋ａｍｏｎｇ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ邋（Ｆｉｇ．邋Ａ，邋５，３Ｃ；邋Ｆｉｇ．邋Ｂ，邋５，５Ｎ．）逡逑－１７－逡逑
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S791.27

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本文编号：2660459