丝栗栲、苦槠和青冈幼苗叶片气体交换和功能性状对增温和施氮的响应

摘要

随着经济全球化的不断发展，气候变暖和氮沉降随之加剧，并已成为21世纪人类面临的重要环境问题。亚热带常绿阔叶林作为主要森林群落其对大气环境变化起着至关重要的调控作用。因此，本文以中亚热带常绿阔叶林主要优势树种丝栗栲（Castanopsisfargesii）、苦槠（Castanopsis sclerophylla）和青冈（Cyclobalanopsis glauca）幼苗为研究对象，通过MSR-2420红外辐射增温装置和人工氮输入，设置增温和不同施氮梯度(CK，0kgN·hm-2·a-1;N1，60kgN·hm-2·a-1;N2，120kgN·hm-2·a-1)实验，研究增温(W)和施氮(N1和N2)及其交互作用(WN1和WN2)对丝栗栲、苦槠和青冈叶片光合生理指标和叶片功能性状的影响，可为预测未来全球气候变暖和氮沉降加剧背景下亚热带常绿阅叶林植物生理生态和叶功能性状变化提供叶片水平科学依据。主要结果如下: (1)增温导致增温区平均空气温度增加了1.22℃，平均空气相对湿度降低7.07％，5 cm和20 cm处平均土壤温度分别增加了1.05℃和0.65℃，平均土壤体积含水量分别降低了7.02％和5.52％。说明增温有利于空气温度和土壤温度的增加，空气相对湿度和土壤体积含水量的减小。 (2)增温对0～10 cm，10～30 cm以及30～50 cm土层的pH值以及土壤有机碳和全氮含量无显著影响，而施氮(N1和N2)以及增温和施氮的交互作用(WN1和WN2)均使得各个土层的土壤有机碳和全氮含量显著增加，而pH值则显著降低，土壤明显酸化。 (3)增温基本对丝栗栲、苦槠以及丝栗栲叶片的最大净光合速率(Amax)、表观量子效率(AQE)、叶肉细胞导度(gm)、最大电子传递速率(Jmax)、最大羧化速率(Vcmax)、磷酸丙糖利用率(TPU)以及CO2表观羧化效率(CCE)无显著影响。在低氮(N1)条件下，与对照相比，这三种植物叶片的Ama、AQE、gm、Jmax、 Vcmax、TPU和CCE基本均显著增加。在高氮(N2)条件下，与对照相比，不同植物表现不同，丝栗栲叶片的gm、Jmax、Vcmax、TPU和CCE不同程度的减小，而其Amax和AQE有所增加;苦槠和青冈叶片则是所有的气体交换指标均显著增加，且对于苦槠N2效应大于N1。在增温和施氮的共同作用(WN1和WN2)下，与对照相比，三种植物叶片气体交换指标的响应结果基本和单独施氮保持一致，且对于青冈WN2效应大于WN1。 (4)增温导致丝栗栲、苦槠和青冈叶片的光化学淬灭(qP)、非光化学淬灭(NPQ)以及电子传递速率(ETR)值均有减小的趋势，且丝栗栲和苦槠叶片的最大光化学效率（Fv/Fm）值降低，而青冈则增加。单独施氮(N1和N2)以及增温和施氮的交互作用(WN1和WN2)均能促使三种植物叶片的Fv/Fm、qP以及ETR值的增加，NPQ值的减小，且对于Fv/Fm值，N1效应大于N2。 (5)增温导致丝栗栲、苦槠和青冈叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、可溶性蛋白和可溶性糖含量总体呈现减小趋势，而叶绿素a/b和淀粉含量则表现为不同程度的增加。施氮(N1和N2)引起了丝栗栲、苦槠和青冈叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量的显著增加及其可溶性糖和淀粉含量的显著降低。丝栗栲和苦槠叶片的可溶性蛋白含量随氮输入量的增加而增加，而青冈则呈现出降低趋势。丝栗栲、苦槠和青冈幼苗叶片生理指标对增温和施氮交互作用(WN1和WN2)的响应规律与单独施氮条件下时基本一致，但不同树种之间存在差异。 (6)增温导致丝栗栲、苦槠和青冈幼苗叶片比叶面积(SLA)和单位质量叶氮含量(Nmass)降低，干物质含量(LDMC)增加。施氮(N1和N2)引起丝栗栲、苦槠和青冈幼苗叶片Nmass、单位面积叶氮含量（Narea）和LDMC增加，SLA降低。三种植物SLA、Nmass、Narea和LDMC对增温和施氮交互作用(WN1和WN2)的响应趋势不同。增温和施氮交互作用对丝栗栲叶片SLA的影响程度大于单独增温和单独施氮，对苦槠叶片SLA的影响与单独施氮基本一致，而对青冈叶片SLA则没有明显影响。三种植物叶片Nmass对增温和施氮交互作用与单独施氮的响应基本一致。苦槠叶片Narea对增温和施氮交互作用与单独施氮的响应相似，丝栗栲表现为交互作用大于单独施氮，并且WN2大于WN1，青冈则是交互作用小于单独施氮，并且WN2大于WN1。增温和施氮交互作用均导致三种植物叶片的干物质含量(LDMC)增加。 (7)无论是单独增温、单独施氮还是两者的交互作用，均导致三种植物叶片的光合氮素利用率(PNUE)值显著减小，且对于单独施氮，N2效应大于N1。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 国内外研究现状

1．2 研究目标和主要研究内容

1．2．1 研究目标

1．2．2 主要研究内容

1．3 研究技术路线

1．4 项目来源和经费支持

第二章 材料和方法

2．1 研究区自然概况

2．2 样地设置

2．3 研究材料

2．4 研究方法

2．4．1 环境因子的测定

2．4．2 植物光合生理指标的测定

2．4．3 植物叶片功能性状和光合氮素利用率的测定

2．5 数据处理

第三章 空气／土壤温湿度和土壤理化性质对增温和施氮的响应

3．1 结果与分析

3．1．1 对空气和土壤温湿度的影响

3．1．2 对土壤pH值的影响

3．1．3 对土壤有机碳(C)、全氮(N)以及C／N的影响

3．2 讨论

3．2．1 空气／土壤温湿度对增温和施氮的响应

3．2．2 土壤理化性质对增温和施氮的响应

第四章 植物叶片气体交换和叶绿素荧光参数对增温和施氮的响应

4．1 结果与分析

4．1．1 对植物气体交换的影响

4．1．2 对叶绿素荧光参数的影响

4．2 讨论

4．2．1 三种植物叶片气体交换参数对增温和施氮的响应

4．2．2 三种植物叶片叶绿素含量对增温和施氮的响应

4．2．3 三种植物叶片最大光化学效率Fv／Fm对增温和施氮的响应

4．2．4 三种植物叶片荧光动力学曲线对增温和施氮的响应

第五章 植物光合代谢产物对增温和施氮的响应

5．1 结果与分析

5．1．1 对叶片可溶性糖含量的影响

5．1．2 对叶片可溶性蛋白含量的影响

5．1．3 对叶片淀粉含量的影响

5．2 讨论

第六章 植物叶片功能性状和光合氮素利用率对增温和施氮的响应

6．1 结果与分析

6．1．1 对比叶面积SLA的影响

6．1．2 对叶片干物质含量LDMC的影响

6．1．3 对叶片单位质量叶氮含量Nmass的影响

6．1．4 对叶片单位面积叶氮含量Narea的影响

6．1．5 对植物叶片光合氮素利用率(PNUE)的影响

6．2 讨论

6．2．1 三种植物叶片功能性状对增温和施氮的响应

6．2．2 三种植物叶片光合氮素利用率(PNUE)对增温和施氮的响应

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

7．2．1 长期开展大量实验研究

7．2．2 科学地拓宽研究范围

7．2．3 综合考虑各种影响因素

参考文献

在读期间学术研究

致谢