红树植物秋茄和无瓣海桑苗木对模拟增温和海平面上升的生理生态响应

摘要

红树林是位于热带亚热带海岸潮间带的木本植物群落。其同时受到气候变暖和海平面上升的双重影响，是应对全球变化的敏感区域。我国乡土红树植物秋茄(Kandelia obovata)是北半球最耐寒的红树植物;多分布于中高潮，具有较强的抗淹水能力。从孟加拉国引种的无瓣海桑(Sonneratia apetala)具有较耐低温、高适应性和生长迅速等特点;并具有一定的淹水适应能力。
　　本研究运用人工增温-潮汐淹水装置，模拟未来100年平均气温升高2℃、海平面上升后潮汐淹水时间的变化（每个潮水周期淹水时间由2h延长至6 h）。探讨气温增加和海平面上升条件下，秋茄和无瓣海桑苗木的生长生理响应。得到以下主要结论:
　　1.秋茄和无瓣海桑对增温的敏感性均与季节显著相关。夏季增温抑制叶片光合作用，而冬季增温促进叶片光合作用;夏季的相对生长速率显著高于冬季。夏季增温处理的无瓣海桑的株高增量和叶片净光合速率显著高于秋茄;无瓣海桑比秋茄具有更快的相对生长速率。
　　2.秋茄和无瓣海桑对增温的响应均与植株年龄显著相关，但变化格局相反。增温对秋茄幼苗阶段（＜1年）的生长产生抑制;随着苗龄增加，增温对生长的抑制作用逐渐消失;在处理的第3年增温对基径增长的促进作用。对于无瓣海桑而言，增温对1年龄幼苗生长有显著促进作用;但在处理的第2年，增温反而抑制无瓣海桑的生长和生物量。
　　3.增温改变秋茄的物候期，使落花时间提前、落花量增加。
　　4.淹水时间增加对秋茄和无瓣海桑生长的影响在幼苗阶段（＜1年）更为突出。1年龄秋茄幼苗通过茎的纵向生长来减缓淹水对茎秆和叶片的胁迫;随着植株的增高，淹水时间增加对叶片生物量和净光合速率均没有显著影响。
　　5.增温与淹水时间增加对两种红树植物生长和光合速率的交互作用显著。增温和淹水2h促进秋茄根系的生长和叶片光合能力。对于无瓣海桑而言，在冬季，淹水时间延长和增温的协同作用促进无瓣海桑基径的生长;而夏季的增温且长时淹水显著抑制基径的生长。
　　因此，未来全球变暖的条件下，秋茄的分布区将有可能北移;低纬度地区的夏季高温将抑制幼苗的生长，从而不利于其种群的发展。对于热带起源的无瓣海桑而言，增温对其幼苗生长有促进作用，且夏季增温对其生长的抑制作用低于秋茄;推测未来全球变暖将有利于其向高纬度地区扩散、且在低纬度地区仍可正常生长。由于海平面上升和增温的协同作用，未来低纬度的高潮带不适合秋茄幼苗生长;由于无瓣海桑对增温与海平面上升的交互作用的响应存在季节差异，推测其在潮间带的分布区域存在不确定性。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 温度对红树林分布的影响

1．1．1 低温与红树林分布

1．1．2 气候变暖与红树林分布

1．2 温度对红树植物生长、生理特性的影响

1．2．1 低温与红树植物生长、生理变化

1．2．2 高温与红树植物生长、生理变化

1．3 海平面上升对红树林分布的影响

1．4 海平面上升对红树植物生长、生理特性的影响

1．5 本研究的科学问题

1．5．1 本研究的两种红树植物

1．5．2 无瓣海桑生物入侵性研究的意义

1．5．3 全球变化背景下红树林的研究方法

1．5．4 科学问题

第二章 材料与方法

2．1 实验时间及地点

2．2 实验设计

2．2．1 温度因子控制

2．2．2 淹水时间控制

2．2．3 实验物种选择

2．2．4 培养基质

2．3 测定指标及方法

2．3．1 生长指标测定

2．3．2 生物量测定

2．3．3 异速生长方程建立

2．3．4 凋落物收集

2．3．5 叶片特性测定

2．3．6 叶片光合特性测定

2．3．7 叶绿素荧光特性测定

2．3．8 成熟叶片可溶性糖含量测定

2．4 数据处理

2．5 技术路线图

第三章 结果与分析

3．1 植株生长对增温-海平面上升的响应

3．1．1 基径的生长对增温-海平面上升的响应

3．1．2 株高的生长对增温-海平面上升的响应

3．1．3 秋茄苗木叶片数目变化对增温-海平面上升的响应

3．2 生物量对增温-海平面上升的响应

3．2．1 增温-海平面上升处理下两物种的异速生长方程

3．2．2 苗木相对生长速率(RGR)变化

3．2．3 植株总生物量的变化

3．2．4 植株生物量分配的响应

3．2．5 植株根系生物量的变化

3．3 模拟增温-海平面上升对植株凋落物的影响

3．3．1 植株凋落物的变化

3．3．2 秋茄植株落叶和落花数目

3．4 植株叶片特性对增温-海平面上升的响应

3．4．1 植株比叶面积(SLA)和总叶面积的变化

3．4．2 植株叶片厚度的变化

3．4．3 植株叶片可溶性还原糖含量的变化

3．5 植株叶片光合特性对增温-海平面上升的响应

3．5．1 植株成熟叶片净光合速率(A)

3．5．2 植株成熟叶片气孔导度(gs)

3．5．3 植株成熟叶片胞间二氧化碳浓度(Ci)

3．5．4 植株成熟叶片蒸腾速率(E)

3．5．5 植株成熟叶片瞬时水分利用效率(WUEi)

3．5．6 植株成熟叶片气孔限制值(Ls)

3．5．7植株成熟叶片最大光化学效率(Fv／Fm)

3．6 模拟增温-海平面上升过程中各测定指标之间的相互关系

第四章 讨论

4．1 秋茄和无瓣海桑对增温效应的响应

4．1．1 乡土红树植物秋茄对增温效应的响应

4．1．2 外来种无瓣海桑对增温效应的响应

4．1．3 两种物种对增温效应响应的差异

4．2 秋茄与无瓣海桑对增温与海平面上升交互作用的响应

4．2．1 乡土红树植物秋茄对增温与海平面上升交互作用的响应

4．2．2 外来种无瓣海桑对增温与海平面上升交互作用的响应

4．3 未来全球变暖与海平面上升情景下秋茄与无瓣海桑的分布

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢