三江平原小叶章湿地植物功能性状对氮沉降和CO2浓度升高的响应研究

摘要

氮沉降和CO2浓度升高是全球变化的两个重要因子，随着氮沉降的加剧和CO2浓度升高，一方面氮沉降使土壤有效氮增加，另一方面 CO2浓度升高增加了植物的光合底物，对植物及其生态过程将产生重要的影响。本文以三江平原小叶章（Deyeuxia angustifolia）湿地为研究对象，采用野外原位控制实验，模拟氮沉降（不施氮、4g N m-2·a-1和8g N m-2·a-1）和CO2浓度升高（背景CO2浓度、550 ppm、700 ppm），探讨湿地植物功能性状、性状间关联性及其与主要功能的响应特征。通过本研究，可为探讨物种对全球变化的响应与适应机制提供一定的理论依据，为研究全球变化对湿地生态系统功能的影响提供新思路。获得主要结论如下：
　　（1）小叶章湿地植物形态性状对氮沉降和CO2浓度升高的响应规律，氮沉降显著增加了小叶章叶鞘长度和根长，CO2浓度升高显著增加小叶章根长和根粗。氮沉降、CO2浓度升高及二者交互效应对小叶章其他形态性状无显著作用。根长、根粗等根形态性状对氮沉降和 CO2浓度升高的反映最敏感，其次是叶形态性状，茎的反映敏感性最差。由此可暗示未来随氮沉降加剧和 CO2浓度升高，小叶章将改变自身的形态性状，如个体高度增加，基径减小，叶片面积增加等，先适应环境变化，改变自身的投资策略，进而对环境进行影响反馈。
　　（2）湿地植物化学性状对氮沉降和CO2浓度升高的响应规律，CO2浓度升高显著增加小叶章叶片P含量、叶鞘C含量、根N含量、P含量，降低叶片C/P、根 C/N、根 C/P和根 N/P；氮沉降和 CO2浓度二者交互作用显著降低了小叶章茎C/P、根N/P、增加了茎N含量和根P含量；氮沉降和CO2浓度升高增加了根P素的分配比值，降低了茎P素分配比值，根N素分配比值在CO2浓度水平上，随氮沉降的增加而增加，在氮沉降水平上，随 CO2浓度的升高呈现减少趋势，茎的分配比值随氮沉降的增加呈降低趋势，叶片和叶鞘的N元素分配比值随CO2浓度升高和氮沉降的增加呈增加趋势；氮沉降和CO2浓度升高条件下茎C/N与叶片N含量的相关性最高。
　　（3）湿地植物生理性状对氮沉降和CO2浓度升高的响应规律，CO2浓度升高显著降低了小叶章叶片净光合速率，CO2浓度升高显著降低了小叶章气孔导度、蒸腾速率，氮沉降增加了小叶章气孔导度、蒸腾速率。在不同氮条件下，CO2升高对水分利用效率影响有所差异。氮沉降降低了小叶章叶片水分利用效率。氮沉降和CO2浓度二者交互作用显著增加了胞间 CO2浓度。氮沉降和 CO2浓度升高条件下蒸腾速率与水分利用效率的相关性最高。
　　（4）湿地植物单株构件生物量对氮沉降和CO2浓度升高的响应规律，氮沉降显著增加了小叶章的单株叶片、茎的生物量，而 CO2浓度升高显著增加了单株根系生物量，CO2浓度升高和氮沉降交互显著增加了小叶章单株叶片生物量，对单株叶鞘、根生物量影响不显著。随着氮沉降水平增加，叶片的生物量分配比例也随之增加，降低了根系的生物量分配比例。小叶章单株茎生物量与单株叶生物量呈极显著正相关关系。
　　（5）CO2浓度升高显著增加小叶章种群和群落的盖度、密度和地下生物量，种群的盖度、密度和地下生物量在群落中的比重各自呈增加趋势；氮沉降、CO2浓度及二者交互作用显著影响小叶章种群地上生物量，表现为正效应，种群地上生物量在群落的比重均呈增加趋势。
　　（6）在CO2浓度升高和氮沉降条件下，小叶章根粗和根磷含量和茎氮含量之间密切相关。蒸腾速率与叶氮含量和叶面积密切相关。小叶章个体茎生物量主要与茎氮含量显著相关，个体叶片生物量与根粗显著相关，而种群地上生物量主要与蒸腾速率和根磷含量有关。
　　CO2浓度升高倾向于通过地下部根系发生作用，显著增加小叶章根粗和根磷含量，表明 CO2通过增加根粗促进根系对磷素的吸收。但是，CO2对地上部茎氮含量影响不显著。
　　氮沉降倾向于通过地上部茎和叶发生作用，增加地上部茎和叶氮含量，从而增加个体和种群生物量，但是，氮的作用程度与碳素供应水平有关。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景与选题意义

1.2国内外植物功能性状研究进展概述

1.3 国内外氮沉降和CO2浓度升高对植物功能性状的研究进展

1.4 国内外氮沉降和CO2浓度升高对植物群落和种群特征的研究进展

1.5 研究思路与创新点

第2章 材料与方法

2.1 研究区概况

2.2 研究方法

2.3 数据分析及处理方法

第3章 氮沉降和CO2浓度升高条件下小叶章形态性状的响应规律

3.1小叶章叶形态性状的响应规律

3.2 小叶章茎形态性状的响应规律

3.3 小叶章根形态性状的响应规律

3.4 小叶章形态性状关联性的响应特征

3.5 本章小结与讨论

第4章 氮沉降和CO2浓度升高条件下小叶章化学性状的响应规律

4.1 小叶章叶化学性状的响应规律

4.2 小叶章茎化学性状的响应规律

4.3 小叶章根化学性状的响应规律

4.4 小叶章C素、N素、P素在根、茎和叶分配的响应规律

4.5小叶章化学性状关联性的响应特征

4.6 本章小结与讨论

第5章 氮沉降和CO2浓度升高条件下小叶章生理性状的响应规律

5.1 小叶章净光合速率的响应规律

5.2 小叶章气孔导度的响应规律

5.3 小叶章胞间CO2浓度的响应规律

5.4 小叶章蒸腾速率的响应规律

5.5 小叶章水分利用效率的响应规律

5.6 小叶章生理性状关联性的响应特征

5.7 本章小结与讨论

第6章 氮沉降和CO2浓度升高条件下小叶章单株生物量分配的响应规律

6.1 小叶章单株叶片生物量的响应规律

6.2 小叶章单株茎生物量的响应规律

6.3 小叶章单株叶鞘生物量的响应规律

6.4 小叶章单株根系生物量的响应规律

6.5 小叶章单株生物量分配格局的响应规律

6.6 小叶章单株构件生物量相关性分析

6.7 本章小结与讨论

第7章 氮沉降和CO2浓度升高条件下小叶章种群综合性状在群落中的作用的响应规律

7.1 小叶章种群结构特征在群落中的作用的响应规律

7.2 小叶章种群功能特征在群落中的作用的响应规律

7.3 本章小结与讨论

第8章 氮沉降和CO2浓度升高条件下小叶章功能性状与主要功能关系

8.1 小叶章不同功能性状主成分分析

8.2小叶章功能性状与元素吸收和光合生理功能的关系

8.3小叶章功能性状与生物生产功能的关系

8.4小叶章功能性状对CO2浓度升高和氮沉降的响应

8.5 本章小结与讨论

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢