半干旱区沙地植被动态变化及其对气候变化的响应

摘要

本论文对内蒙古奈曼旗不同类型沙地植被的组成、结构和动态变化及其对气候变化的光合响应机制等开展了实验观测研究。以奈曼旗退耕地沙打旺(Astragalus adsurgens)和赖草(Leymus secalinus)，退牧地黄蒿(Artemisia scoparia)，半固定沙地小叶锦鸡儿(Caraganamicrophylia)和差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)为研究对象，利用LI-6400型便携式光合仪对不同生长季节植物光合作用日变化、光响应和CO2响应等光合特征进行了观测研究，测定了实验地点的土壤含水量，调查了不同类型沙地植被的组成结构和生长动态，通过对实验观察数据的分析和讨论，得到如下研究结果： 一、不同类型沙地植被动态变化 1.不同类型沙地植被组成与结构 实验观测结果表明，退耕地植被共有8科17属19种植物，以藜科、豆科和禾本科植物为主，主要植物种有沙打旺和赖草等。退牧地植被共有6科12属12种植物，以禾本科、藜科植物为主，主要植物种有黄蒿等。半固定沙地植被共有6科11属11种植物，以豆科和菊科植物为主，主要植物种有小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿等。 通过对植被生活型谱的分析可知，退耕地和退牧地以一年生植物为主，半固定沙地以一年生植物、地面芽植物和地上芽植物为主。 2.不同类型沙地植被生长动态变化 退耕地和退牧地植被以一年生草本植物为主，在5-9月生长季节，植被密度逐渐降低，植物生长高度和植被覆盖度7-8月最高。半固定沙地以一年生草本植物和灌木植物为主，植被密度随着生长季节逐渐降低，植物生长高度和植被覆盖度在8-9月最大。 3.不同类型沙地植被植物多样性及其动态变化 不同类型沙地植被的植物多样性随季节发生变化。6-8月，退耕地、退牧地和半固定沙地植物多样性指数最高，与奈曼旗6-8月降水较多，以及植物生长发育规律密切相关。5月，半固定沙地植物多样性最低；9月，退耕地和退牧地植物多样性最低，与植被中一年生植物的萌发及其生长发育过程密切相关。 二、不同类型沙地植被光合特征 1.不同类型沙地植被光合作用日变化 通过比较退耕地沙打旺和赖草、退牧地黄蒿、半固定沙地小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿的光合速率日变化过程及其季节变化可知，三种类型沙地植物光合速率日变化基本上表现为双峰曲线，最大值一般发生在8:00-10:00，最小值一般发生在14:00-16:00。分析影响植物光合作用日变化的环境因素可知，光照是影响植物光合速率最主要的环境因素。此外，植物光合作用日变化还受植物气孔限制与非气孔限制的影响。 根据植物主要生长季节(6-8月)的光合速率变化可知，8月三种沙地植被光合速率均最高。该结果与植物本身处于旺盛生长期以及自然环境中适宜的温度和较充足的水分条件密切相关。8月植物光合速率从大到小依次为：沙打旺>差巴嘎蒿>赖草>小叶锦鸡儿>黄蒿。 2.不同类型沙地植被光合作用光响应和CO2响应 比较退耕地沙打旺和赖草、退牧地黄蒿、半固定沙地小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿的光合作用光响应和CO2响应特征可知，饱和光照强度下植物的光合速率明显小于饱和CO2浓度条件，说明CO2浓度升高对植物光合作用的促进作用显著大于光照强度。 此外，三种沙地植被光合作用的光响应和CO2响应存在季节差异。 三、不同类型沙地植被对气候变化的响应 (一)不同类型沙地植被对温度升高的响应 1.温度升高条件下植物光合速率日变化 在增温条件下，退耕地沙打旺和赖草、退牧地黄蒿和半固定沙地小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿的光合速率日变化和自然环境下变化趋势相同。在6-8月植物的主要生长季节中，增温条件下，沙打旺和黄蒿的光合速率小于自然环境；而6月和8月赖草光合速率大于自然环境，7月小于自然环境；6月和7月小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿光合速率大于自然环境，8月小于自然环境。由此可知，不同植物种在不同生长季节对温度升高的光合响应不同。 2.温度升高条件下植物光合作用光响应和CO2响应 在植物生长最旺盛的7月，增温条件下植物光合作用的光响应中，退耕地沙打旺、赖草、半固定沙地小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿的最大净光合速率均小于自然环境；而退牧地黄蒿大于自然环境。增温条件下植物光合作用的CO2响应中，沙打旺和差巴嘎蒿最大净光合速率小于自然环境；而赖草、黄蒿和小叶锦鸡儿大于自然环境。 温度升高时，在饱和光照和CO2浓度条件下，CO2浓度升高对植物光合作用的促进作用明显大于光照强度的影响。 (二)不同类型沙地植被对CO2浓度升高的响应 1.CO2浓度倍增条件下植物日变化 在CO2浓度倍增条件下，退耕地沙打旺和赖草、退牧地黄蒿、半固定沙地小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿光合速率日变化与自然环境下变化趋势相同，植物光合速率均明显大于自然环境。 2.CO2浓度倍增条件下植物光合作用光响应 在CO2浓度倍增条件下植物光合作用光响应中，退耕地沙打旺和赖草、退牧地黄蒿和半固定沙地小叶锦鸡儿和差巴嘎蒿光响应的最大净光合速率均大于自然环境。由此可知，CO2浓度倍增对沙地植物光合作用光响应有明显的促进作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 研究目的和意义

第二章 国内外研究现状

第一节沙地植被研究

一、沙地植物多样性研究

二、沙地植物生活型研究

三、沙地植被动态研究

第二节沙地植物光合生理研究

一、沙地植被光合特征研究

二、 植物对CO2浓度升高的响应及适应机制研究

三、植物对温度升高的响应及适应机制研究

第三章 研究区自然概况

第一节地理位置

第二节地形地貌

第三节气候特征

第四节水文特征

第五节土壤特征

第六节植被特征

第四章 研究方法

第一节实验材料

第二节实验方法

一、 沙地植被组成和结构调查

二、 沙地植被生长状况调查

三、沙地环境水分条件变化

四、沙地植物光合作用测定

第三节数据计算分析方法

一、数据处理软件

二、植物多样性计算

第五章 研究结果和讨论

第一节环境条件变化

一、降水量变化

二、气温月变化

三、土壤含水量

第二节植被群落组成与结构

一、植被种类组成

二、不同类型沙地植被的植物多样性

三、 不同类型沙地植被的植物生活型

第三节植被生长动态变化

一、退耕地植被生长的动态变化

二、退牧地植被生长的动态变化

三、半固定沙地植被生长的动态变化

第四节不同类型沙地植物的光合特征

一、退耕地植物光合特征

二、退牧地植物的光合特征

三、半固定沙地植物光合特征

第五节不同类型沙地植物对气候变化的响应

一、不同类型沙地植物对温度升高的响应

二、不同类型沙地植物对CO2浓度升高的响应

第六章 初步结论

第一节不同类型沙地植被动态变化

一、不同类型沙地植被组成与结构

二、不同类型沙地植被生长动态变化

三、不同类型沙地植被植物多样性及其动态变化

第二节不同类型沙地植物光合特征

一、退耕地植物的光合特征

二、退牧地植物的光合特征

三、半固定沙地植物的光合特征

第三节不同类型沙地植物对气候变化的响应

一、 不同类型沙地植物对温度升高的响应

二、 不同类型沙地植物对CO2浓度升高的响应

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢