荒漠植物白刺对模拟增雨的生理生态响应及适应策略

发布时间：2017-04-28 22:04

  本文关键词：荒漠植物白刺对模拟增雨的生理生态响应及适应策略，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：据IPCC预测,未来中高纬度地区极端降水事件发生频率将会增加,我国西北干旱区降水将出现增加的趋势。降水作为荒漠生态系统结构和功能的主要驱动因子,是干旱区植物主要生理生态过程的重要限制因素。近年来,在荒漠植物对模拟增雨的响应方面已开展了一些研究,但是系统地分析荒漠植物的生理生态特性对模拟增雨的响应及其对环境变化的适应策略方面的研究还很少。本文以分布于乌兰布和沙漠东缘的典型荒漠植物白刺为研究对象,设置不同的增雨梯度(分别增加年均降水量的25%、50%、75%和100%),从2008年至2014年对自然生长的白刺沙包进行连续的人工模拟增雨,研究白刺光合生产能力、生理特性、叶片性状、植物生长及生物量分配对人工模拟增雨的响应,揭示白刺光合作用对模拟增雨响应的生理机制,并从生理生态角度探讨白刺对模拟增雨的响应机制和长期的适应策略。本研究得到以下主要结果和结论:(1)人工模拟增雨后,白刺光合能力在不同时间尺度上都表现出积极的响应。增雨使叶片进行物质积累和生理代谢的持续能力增强,对光合产物的累积和转化能力提高。促使白刺光合作用提高的增雨量存在阈值,增雨达到75%以上,白刺光合生产能力显著提高。白刺为了维持较高的光合生产能力,通过维持较高的蒸腾速率为光合作用提供原料,甚至以降低水分利用效率为代价。(2)人工模拟增雨后,白刺光合生理特性受到显著影响。增雨使白刺叶片叶肉细胞的光合活性、叶片Ru BP羧化酶和光合碳循环酶活性增强,使叶片对弱光的吸收、转化和利用能力增强,对强光和高CO2的利用范围增加。增雨有利于白刺叶片PSⅡ反应中心活性的提高,使叶片能够把所捕获的光能以更高速度和效率转化为生物化学能,为光合碳同化过程提供更充足的能量。同时,增雨可以缓解强光或高温对叶片的抑制作用,能够增强光系统反应中心的稳定性。(3)人工模拟增雨后,白刺叶片的水分状况得到明显改善,比叶面积(SLA)和叶氮含量(Nmass)等叶性状随着增雨量的增加呈升高的趋势。增雨促进了白刺的生理代谢和水分循环,使叶片单位质量的叶面积增加,使光合酶的活性及数量来提高,并最终表现出较高的光合生产能力。叶片性状对光合能力产生影响的大小顺序为:叶片RWCSINma ssSLA。(4)人工模拟增雨后,白刺叶片的δ13C随着增雨量的增加而降低,说明增雨使白刺的水分利用效率降低。白刺水分利用效率具有明显的季节变化,在生长季前期较高,之后开始下降,在生长季末期达到最低。增雨对叶片的δ15N有显著影响,增雨量越大,δ15N越高,说明增雨使氮在植物体内输入、转化和输出的速度加快,有利于光合作用的进行和光合产物的积累。(5)人工模拟增雨后,白刺生殖枝和营养枝的生长量明显增加,地上生物量的累积和光合产物向叶片的分配比例提高。增雨使白刺群落盖度增加,用于光合作用的有效面积也增加,以使其在群落中能够捕获更多的光能并吸收更多的CO2。增雨后白刺将生物量干重相对多地分配到地上部分的同时,将更多的光合产物分配到叶片部分。白刺对降水的增加具有一定的适应能力。(6)在未来气候变化、降水增加的背景下,白刺将通过调整自身的形态结构和生理机能来适应环境条件的变化,从而有效利用环境资源并逐渐适应新的水分条件。具体包括:1)通过增加叶片PSⅡ反应中心的活性及电子传递速率,增加对光能的吸收、转化和利用效率;2)通过增加Ru BP羧化酶和光合碳循环酶的数量和活性以及对环境资源的获取能力和利用范围,来增加叶片尺度上碳同化速率,并最终促进光合产物的积累和转化;3)通过调整枝叶生长、植被盖度等形态特征来增加群落尺度上的光合有效面积,以便在群落中能够捕获更多的光能和吸收更多的CO2;4)通过增加叶片的水分代谢和生理水平来加快物质和能量周转速度以适应新的水分条件。
【关键词】：模拟增雨 荒漠植物 白刺 生理生态特性 适应策略
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q945.79
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 第一章 绪论18-34
• 1.1 研究背景和意义18-20
• 1.2 国内外研究现状20-30
• 1.2.1 水分对植物光合作用的影响21-23
• 1.2.2 水分对植物荧光特性的影响23-25
• 1.2.3 水分对植物叶片性状的影响25-26
• 1.2.4 水分对植物叶片稳定碳同位素组成(δ13C)的影响26-27
• 1.2.5 水分对植物生长和生物量分配的影响27-29
• 1.2.6 存在的问题29-30
• 1.3 拟解决的关键科学问题30
• 1.4 主要研究内容30-32
• 1.5 技术路线32-34
• 第二章 研究区概况与研究方法34-44
• 2.1 研究区概况34-35
• 2.1.1 地理位置34
• 2.1.2 气候特征34
• 2.1.3 土壤和植被特征34-35
• 2.2 实验设计和研究方法35-44
• 2.2.1 样地布设和实验处理35-37
• 2.2.2 气体交换参数的测定37-38
• 2.2.3 光响应曲线测定及特征参数计算38-39
• 2.2.4 CO_2响应曲线测定及特征参数计算39-40
• 2.2.5 叶绿素荧光测定及参数计算40
• 2.2.6 叶片性状测定及计算40-42
• 2.2.7 生长和生物量分配测量及计算42-43
• 2.2.8 数据处理与分析43-44
• 第三章 白刺气体交换参数对人工模拟增雨的响应44-64
• 3.1 日尺度上气体交换参数对模拟增雨的响应44-48
• 3.1.1 不同增雨条件下净光合速率的日动态44-45
• 3.1.2 不同增雨条件下蒸腾速率的日动态45-47
• 3.1.3 不同增雨条件下水分利用效率的日动态47-48
• 3.2 月尺度上气体交换参数对模拟增雨的响应48-56
• 3.2.1 测量期间自然降水分布48-49
• 3.2.2 不同增雨条件下净光合速率的月变化49-52
• 3.2.3 不同增雨条件下蒸腾速率的月变化52-55
• 3.2.4 不同增雨条件下水分利用效率的变化55-56
• 3.3 年尺度上气体交换参数对模拟增雨的响应56-57
• 3.4 讨论57-62
• 3.4.1 气体交换参数对模拟增雨的响应57-59
• 3.4.2 气体交换参数对模拟增雨的响应受增雨量影响59-61
• 3.4.3 气体交换参数对模拟增雨的响应受增雨年限的影响61-62
• 3.5 小结62-64
• 第四章 白刺光合生理特性对人工模拟增雨的响应64-76
• 4.1 光响应曲线特征参数对模拟增雨的响应64-66
• 4.2 CO_2响应曲线特征参数对模拟增雨的响应66-68
• 4.3 叶绿素荧光参数对模拟增雨的响应68-71
• 4.4 讨论71-74
• 4.4.1 响应曲线特征参数对模拟增雨的响应71-73
• 4.4.2 叶绿素荧光参数对模拟增雨的响应73-74
• 4.5 小结74-76
• 第五章 白刺叶片性状对人工模拟增雨的响应76-92
• 5.1 叶片水分特征对模拟增雨的响应76-79
• 5.1.1 不同增雨条件下叶片的相对含水量76-77
• 5.1.2 不同增雨条件下叶片的组织密度77-78
• 5.1.3 不同增雨条件下叶片的肉质化程度78-79
• 5.2 叶片比叶面积对模拟增雨的响应79-81
• 5.3 叶片养分及其形态对模拟增雨的响应81-87
• 5.3.1 不同增雨条件下叶片的碳含量81-82
• 5.3.2 不同增雨条件下叶片的δ13C含量82-84
• 5.3.3 不同增雨条件下叶片的氮含量84-86
• 5.3.4 不同增雨条件下叶片的δ15N含量86-87
• 5.4 讨论87-91
• 5.4.1 叶片水分特征对模拟增雨的响应88
• 5.4.2 叶片结构性状对模拟增雨的响应88-90
• 5.4.3 叶片碳氮同位素丰度对模拟增雨的响应90-91
• 5.5 小结91-92
• 第六章 白刺生长及生物量分配对人工模拟增雨的响应92-112
• 6.1 枝条生长对模拟增雨的响应92-105
• 6.1.1 不同增雨条件下白刺枝条的形态特征92-94
• 6.1.2 不同增雨条件下白刺枝条的生长特征94-103
• 6.1.3 不同增雨条件下白刺枝条的分配特征103-105
• 6.2 灌丛生长对模拟增雨的响应105-106
• 6.3 地上生物量对模拟增雨的响应106-107
• 6.4 讨论107-110
• 6.4.1 枝条和灌丛生长对模拟增雨的响应107-109
• 6.4.2 地上生物量及其分配对模拟增雨的响应109-110
• 6.5 小结110-112
• 第七章 白刺对模拟增雨的响应机制和适应策略112-122
• 7.1 光合能力与光合生理特性间关系112-114
• 7.2 光合能力与叶片性状间关系114-116
• 7.3 光合能力与地上生物量及其分配间关系116-117
• 7.4 讨论117-120
• 7.4.1 光合能力对模拟增雨产生积极响应的生理机制117-118
• 7.4.2 叶片性状在白刺适应增雨过程中发挥的作用118-119
• 7.4.3 光合能力提高与物质积累之间的关系119-120
• 7.5 小结120-122
• 第八章 结论与展望122-127
• 8.1 结论122-125
• 8.2 展望125-127
• 参考文献127-142
• 在读期间的学术研究142-143
• 致谢143-145
• 中文详细摘要145-147

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 叶子飘;于强;;光合作用光响应模型的比较[J];植物生态学报;2008年06期

2 白雪;程军回;郑淑霞;詹书侠;白永飞;;典型草原建群种羊草对氮磷添加的生理生态响应[J];植物生态学报;2014年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 李永华;白刺叶片性状对人工增水的响应[D];中国林业科学研究院;2010年

  本文关键词：荒漠植物白刺对模拟增雨的生理生态响应及适应策略，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：333626