亚热带39种植物的叶碳效率对环境因子的响应研究

摘要

植物的光合、呼吸是最基本的生理生态特征,植物通过光合作用积累碳化合物,通过呼吸释放C02,因此植物的光合和呼吸很大程度上决定了全球的碳循环。R/P是植物光合速率和呼吸速率的比例,是用以研究不同环境下植物碳平衡的重要指标因子。本研究主要选择了39种亚热带植物,其中有21种木本植物,18种草本植物,在生长温度25℃和没有氮和水限制的条件下进行净光合速率(Pn)和呼吸速率(R)的测量,并进一步改变光照条件、温度条件、土壤氮浓度、土壤水分四个环境因子,研究其中15种植物的光合、呼吸和R/P对不同环境因子的响应情况。主要研究结果如下： (1)在39种植物中,Pn的值分布在5-25μmol m-2s-1,R的值分布在1-5μmol m-2s-1,R/P的数值分布在0.1-0.3。39种植物的R/P的平均值为0.19,木本和草本两个功能群的R/P平均值分别为0.20和0.18。木本和草本之间的R/P的值没有显著差异,但在功能群内部的各个物种之间却存在了显著差异。这说明,草本植物的叶的碳有效性与木本植物整体上无差别,但这两个功能群内部差异很大,木本与草本功能群的划分对于叶碳有效性来说没有意义。 (2)39种植物的R/P随光照强度增加而减小,随着光强的增加,植物能更多的进行光合作用合成千物质,净碳获得能力增加.当光强超过1200μmol m-2s-1,木本植物出现光抑制现象,草本植物中车前(Plantago virginica)、蓟(Cirsium japonicum)、吉祥草(Reineckia carnea)三种植物有光抑制现象,光合能力受到限制,呼吸消耗不变,净碳累积量只占到光合吸收的40％。 (3)在低水的环境下,杭州石荠苧(Mosla hangchowensis)的R/P对不同氮水平响应不明显(P<0.05),净碳累积量占光合总吸收的40％。小鱼仙草(Mosla dianthera)随着氮浓度的增加,净碳截取能力增加。小花荠苧(Mosla cavaleriei)不适合低水的环境,死亡率超过80％。在饱和水分的环境下,杭州石荠苧和小花荠苧R/P随氮浓度变化不显著,小鱼仙草R/P在低氮下显著高于饱和氮和高氮水平(P<0.05),饱和水分和土壤高氮浓度更有利于三种石荠苧属植物的净碳累积。淹水环境下情况与饱和水分没有显著差异,低水对植物的胁迫性更大。 (4)木本植物和草本植物R/P随着水分供给的增加而显著下降(P<0.05),草本植物的R/P在低水环境下显著低于充足水分和淹水的处理,在充足水分和淹水的两个处理间没有显著差异(P<0.05)。这说明,低水不适合植物的干物质积累,在饱和水分和淹水环境下,植物的净碳获得能力高于低水环境。 (5)木本植物和草本植物的R/P值随着温度的增加变化不大,20℃,25℃,30℃三个温度处理间无显著差异(P<0.05)。三个温度间,植物的呼吸消耗光合积累的比例不变,但木本植物由于光合能力低于草本植物,净碳积累量也低于草本植物。 (6)当将我们得到的数据置于全球尺度下,和其他在相同测量条件下的文献数据进行比较,结果发现我们的数值(0.19)介于生长在干旱温暖的地区的植物(0.23)和生长在寒冷地区的植物(0.07),在温度较低的区域R/P较低,降雨量的变化对R/P影响不大。随着温度和干旱程度的增加,植物的呼吸消耗的比例逐渐增加,净碳获得能力逐渐下降。当植物处于极端环境,两个功能群之间出现显著差异。

目录

文摘

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致谢

1引言

1.1全球碳循环研究的发展趋势和研究热点

1.2 CUE和R／P的意义及其研究现状

1.3植物光合、呼吸对生态因子的响应的研究进展

1.3.1植物光合、呼吸对光照强度响应的研究进展

1.3.2植物光合、呼吸对土壤氮浓度响应的研究现状

1.3.3植物光合、呼吸对土壤水分响应的研究现状

1.3.4植物光合、呼吸对温度变化响应的研究现状

1.4本文的立题依据和意义

1.5本文研究内容和技术路线

1.5.1研究内容

1.5.2技术路线

2材料与方法

2.1实验地点和物种

2.2实验梯度处理

2.3实验测定方法

2.4文献数据采集

2.5数据处理分析

3 39种植物的Pn、R、R／P种间和功能群间差异

3.1亚热带39种植物之间Pn、R、R／P的种间差别

3.2亚热带39种植物之间Pn、R、R／P的功能群间差别

3.3讨论

4植物叶片Pn、R、R／P对环境因子的响应

4.1植物叶片气体交换对光照强度的响应

4.1.1 Pn对光照的响应

4.1.2 R／P对光照的响应

4.1.3讨论

4.2石荠芋属植物叶片Pn、R、R／P对土壤氮和水含量的响应

4.2.1低水条件下叶片Pn、R、R／P对土壤氮浓度的响应

4.2.2饱和水分下叶片Pn、R、R／P对土壤氮浓度的响应

4.2.3淹水条件下叶片Pn、R、R／P对土壤氮浓度的响应

4.2.4讨论

4.3植物叶片气体交换对水含量和温度的响应

4.3.1木本和草本植物Pn、R、R／P对不同水分的响应

4.3.2木本和草本植物Pn、R，R／P对温度的响应

4.4全球尺度不同降雨和气温区域R／P的范式

5叶片R／P与整株CUE的关系及其对环境因子的响应

5.1叶片R／P与整株CUE的公式换算

5.2 CUE对环境因子的响应

6结论与本文创新点

6.1结论

6.2本研究创新点

参考文献

作者简历