贝加尔针茅草原羊草光合特征对氮沉降的响应

以贝加尔针茅草甸草原优势种羊草(Leymus chinensis)为研究对象,通过设置氮沉降量分别为0 kg·hm~(-2)(CK)、30 kg·hm~(-2)(N30)、50 kg·hm~(-2)(N50)、100 kg·hm~(-2)(N100)、150 kg·hm~(-2)(N150)的5个处理进行连续6 a(2010—2015年)模拟氮沉降的野外控制试验,测定羊草光合特性和叶片功能特性对氮沉降的响应。结果表明:N30、N50、N100、N150处理羊草的光饱和点(LSP)分别比CK处理低40.32%、19.73%、38.18%、37.75%,差异达显著水平(P0.05)。N30、N50、N100、N150处理羊草的最大净光合速率(P_(nmax))分别比CK处理低22.51%、48.56%、27.43、50.72%,差异达显著水平(P0.05)。N30、N50、N100、N150处理羊草叶片N含量(N_(mass))、叶片P含量(P_(mass))和建成成本(CC_(mass))均显著高于CK。N30、N50、N100和N150光和能量利用效率(PEUE)和光合氮利用效率(PNUE)均显著低于CK。5种氮素处理羊草P_(nmax)与PNUE、PEUE呈极显著正相关,叶片N_(mass)与比叶面积(SLA)、P_(mass)、CC_(mass)呈极显著正相关,CC_(mass)与SLA之间呈极显著正相关。综合研究表明,氮沉降持续增加会降低羊草的PEUE和PNUE,提高叶片CC_(mass)和叶片N/P比值。     

退化喀斯特森林群落常见植物叶片光合作用变异特征

植物的光合生理特征既与自身遗传特性有关,也受外部环境条件的影响。为探讨退化喀斯特森林不同演替群落植物叶片光合参数的变异特征及其对环境变化的响应,以陈旗小流域内退化喀斯特森林群落中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等气体交换参数进行了测定分析。结果表明,(1)研究区常见植物叶片的Pn(μmol·m~(-2)·s-1)、Tr(mmol·m~(-2)·s-1)、Gs(mol·m~(-2)·s-1)和Ci(μmol·mol~(-1))的平均值分别为9.95、2.71、0.22和269.88,水分利用效率(WUE,μmol·mmol~(-1))、羧化速率(CE,mol·m~(-2)·s-1)和气孔限制值(Ls)的平均值分别为5.04、37.57和0.33。(2)Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、CE和WUE在不同演替阶段植物群落间均有显著差异(P0.05),其中,Pn、Gs、Ci以藤刺灌丛中的最大,Tr、CE、Ls以灌木林中的最大,而WUE则以乔木林中的最高。Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、CE和WUE在乔木林群落外的同一演替阶段植物群落中均较稳定。(3)研究区常见植物叶片的Pn、Tr、Gs、CE以竹叶花椒最大,Ls、WUE以小叶鼠李(Rhamnusparvifolia)最大,Ci以小果蔷薇(Rosacymosa)最大。Pn、Tr、Gs和CE在不同种间均有显著差异(P0.05)。除小叶鼠李、小果蔷薇的Tr和WUE、火棘的Gs以外,其余植物叶片的Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、CE和WUE在物种内均较稳定。(4)植物叶片Pn、CE在藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林、乔木林中,Tr、Gs在藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林中,Ci、Ls在藤刺灌丛、乔灌过渡林、乔木林中的种间差异均较显著(P0.05),而WUE仅在藤刺灌丛中的种间差异显著(P0.05)。(5)Pn与Tr、Gs、CE,Tr与Gs、CE,Gs与Ci、CE,Ls与WUE之间均具有显著正相关关系(P0.05),WUE与Tr、Ci、Pn,Ls与Gs之间均具有著负相关关系(P0.01),表明它们之间存在着一定的平行和依赖关系。(6)研究区常见植物叶片的Pn、Tr、Gs、Ci、Ls和CE受植物种和群落类型的交互影响均极显著(P0.01),其中,Pn、Tr、Gs、CE的变异受生境条件的影响更大。     

氮添加和干旱对呼伦贝尔草原5种植物性状的影响

植物功能性状能够反映植物对环境变化的响应,但是很少有研究同时考虑多个气候变化因子交互对植物功能性状的影响。基于氮添加(0 g·m~(-2)·a~(-1)和10 g·m~(-2)·a~(-1))和干旱(减少66%生长季(5—8月)降水量)模拟实验,测量了呼伦贝尔草原5种优势植物的叶片形态学特征、叶片化学计量学特征以及植被高度等多个指标,探讨了呼伦贝尔草原植物对于土壤养分和水分变化的响应。结果表明,(1)干旱能够促进氮添加对土壤可利用氮特别是硝态氮含量的提升。(2)氮添加显著增加叶片N含量,降低叶片P含量,增加叶片氮磷比;干旱降低叶片N含量和叶片P含量,对叶片氮磷比影响不显著;植物叶片N、P含量受氮添加和干旱交互作用的显著影响,并在氮添加情况下施加干旱能够进一步增加P素对植物生长的限制作用。(3)氮添加处理下植物倾向于采取资源获取型策略,增加高度和比叶面积(SLA),降低叶片干物质含量(LDMC);干旱处理下植物倾向于资源保守型利用策略,降低高度和SLA,增加LDMC和叶片C含量;而植物高度、SLA、LDMC和叶片C含量不受氮添加和干旱交互作用的显著影响。研究表明,草地生态系统氮、水循环之间存在偶联关系,两者共同影响了植物养分吸收,决定植物叶片化学计量特征;而氮添加对植物资源利用策略影响更多的受到土壤水分调节。该研究强调在未来的气候变化研究中,需要同时考虑多个气候变化因子及其交互作用对植物功能性状的影响,并且需要考虑不同维度的功能性状的响应,才能更全面更准确地评估并预测生态系统功能的变化。     

典型石漠化生态系统演替过程优势植物种叶片功能性状特征及影响因素

为了明确喀斯特石漠化生态系统不同演替阶段优势种的叶片功能性状特征及其影响因素,探讨石漠化梯度上优势种的适应策略,在中国南方喀斯特2个典型石漠化地区(贵州关岭-贞丰花江、毕节撒拉溪),以不同等级石漠化地区植物优势种为研究对象,运用单因素方差分析、主成分分析、相关性分析和冗余分析,对优势种叶片功能性状以及与环境因子的关系进行分析。结果表明,随着石漠化的加剧,比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)呈先增后降的趋势,变化范围分别为101.89—195.68cm~2·g~(-1)、0.40—0.32g·g~(-1)、6.44—12.82μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.36—0.95mol·m~(-2)·s~(-1)和2.49—4.99μmol·mmol~(-1),而叶厚度(LT)、叶面积(LA)呈降低趋势,变化范围分别为0.35—0.18 mm和3 57.41—15.90 cm~2。环境因子中,pH(6.24—7.13)和岩石裸露率(PER)随着石漠化的加剧逐渐升高,而SWC(46.90%—29.10%)呈逐渐下降的趋势,TN、AN和AK呈现先升高后降低的趋势;TP、AP和光和有效辐射(PAR)呈先降低后升高的趋势。主成分分析显示无石漠化地区优势种具有较高的LT和LDMC,较低的SLA,而强度石漠化地区优势种具有较高的Pn、SLA,较低的LMDC。相关性分析显示SLA与Pn、Gs和WUE呈显著正相关,与LT呈显著负相关,WUE与Tr呈显著负相关;TN与AN和TP呈显著正相关,与AP呈显著负相关,PER与SWC呈极显著负相关(r=-0.62,P=0.001),与PAR呈极显著正相关。结合RDA分析,环境因子对优势种叶片功能性状和光合的影响大小为PERSWCpHTKTN,表明PER是最大影响因子,随着石漠化的演替,SWC、pH和土壤养分随之发生变化,SWC、pH、TK和TN是石漠化梯度上优势种功能性状变化的主导因素。综上,石漠化生态系统正向演替伴随着植物生境条件的改善,但优势种适应策略由演替早期的开拓型适应策略转变为演替后期的保守型适应策略。     

高寒草甸不同演替阶段优势种叶片光合性状研究

围封年限不同导致形成以不同优势种植物建立的群落样带。按照植被的演替序列(围封1、3、5、15、30 a),在甘南高寒草甸选择不同演替阶段的优势植物:刺儿菜(Cirsium setosum)、披碱草(Elymus nutans)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、沙蒿(Artemisia desertorum)和金露梅(Potentilla fruticosa),对其叶片光合性状进行了测定,探究植物叶片光合性状与环境因子之间的关系,旨在确定演替过程中控制植物光合性状变化的主要环境因子,为进一步促进高寒草甸草地恢复年限的设定及草地资源的可持续利用提供科学依据。结果表明,随着植被演替的进行,群落形成了以草本→半灌木→灌木为主的演替序列。表层(0～20 cm)土壤含水量(SWC)随演替进行呈增大趋势,变化范围为0.323～0.390 g·g~(-1);土壤温度(t_s)和光照强度(I_l)在前期最大(23.974℃;90.382 lx),后期最小(20.310℃;65.220 lx)。各演替阶段优势种光合特征值在时间尺度上除相对叶绿素外均存在明显差异,草本群落优势种(刺儿菜、披碱草、紫花苜蓿)净光合速率(Pn)高于灌丛群落优势种(金露梅),瞬时水分利用效率(WUEi)与Pn变化规律相似。蒸腾速率(T_r)与稳定碳同位素(δ13C)呈缓慢降低趋势,分别降低2.128 mmol·m~(-2)·s~(-1)、4.359‰。各演替群落优势种叶片气孔导度(Gs)随演替的进行逐步升高,最大值为0.155mol·m~(-2)·s~(-1);叶片含水量呈先升高后降低趋势,演替15年最大(5.207g·g~(-1));而相对叶绿素(SPAD)呈先降低后稳定趋势。在植被演替进程中,LWC、G_s与SWC呈正相关,δ~(13)C、T_r、P_n、WUE_i、SPAD与SWC呈负相关,t_s、I_l与SPAD、T_r、P_n、WUE_i、δ~(13)C呈正相关,与LWC、G_s呈负相关。环境因子对植物叶光合性状的影响大小为I_lSWCt_s,这表明光照度是该区演替发生及影响光合性状的主要因子。综合分析表明,群落演替是物种扩散和环境综合作用的过程,该围封地由物质获得能力强的群落向物质保持能力强的群落过渡,围封5～15 a群落环境最优。     

琅岐岛4种优势植物叶功能性状及其影响因子

深入理解海岛植物叶功能性状及其影响因子,有利于发现植物适应海岛生境规律和制定滨海盐碱地森林生态系统恢复和保护策略.以福建省福州琅岐岛的台湾相思(Acacia confusa Merr.)、柠檬桉(Eucalyptus citriodora Hook.f.)、朴树(Celtis sinensis Pers.)、高山榕(Ficus altissima)4种优势植物为研究对象,通过测定植物不同朝向叶片的叶厚度(LT)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶体积(LV)、叶组织密度(LD)、相对水分亏缺(RWD)等叶功能性状以及地形、土壤等环境因子指标,探讨叶功能性状及其与环境因子的关系.结果显示:(1)4种植物的叶功能性状种间差异明显.台湾相思的LT最大,其LDMC、LD、RWD最小;柠檬桉的LDMC最大;朴树的LD、RWD最大;高山榕的LA、LV最大,LT最小.但4种植物的SLA无显著差异.(2)4种植物的SLA与LDMC、LD均呈极显著负相关(P 0.01);LDMC与LD呈极显著正相关(P 0.01).(3)主成分分析显示,7个叶功能性状指标中,LA、LT和SLA可作为反映海岛4种优势植物适应生境的重要指标.(4)树冠朝向对4种植物的种内影响不显著.(5)4种优势植物的叶功能性状主要受坡度、海拔、土壤电导率、土壤含水量等环境因子的影响.本研究表明福州琅岐岛的植物可以通过各功能性状以及与环境因子间的相互作用弥补生境的不足,较好地适应琅岐岛恶劣的生存环境,结果可也为滨海盐碱地森林生态系统恢复和保护提供理论依据.(图3表2参38)     

外源NO和水杨酸对盐胁迫下番茄幼苗光合机构的保护作用

以番茄品种‘秦丰保冠’为试材,在水培条件下研究单独和复配施用一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)、水杨酸(SA)对100 mmol/L NaCl胁迫下番茄幼苗叶片气体交换、叶绿素荧光、CO_2响应曲线、光合色素含量和叶黄素循环的影响.结果显示:(1)单独或复配外施SNP、SA均能使受Na Cl胁迫处理的番茄幼苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、天线转化效率(F_v′/F_m′)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和叶绿素荧光衰减率(Rfd)不同程度升高,胞间CO2浓度(C_i)、初始荧光(Fo)和PSⅡ非光化学荧光猝灭系数(NPQ)显著降低,其中以SNP和SA复配处理的综合效果最好.(2)NaCl胁迫下,番茄幼苗叶片CO2羧化效率(CE)、Ru BP最大再生速率(J_(max))、RuBisCO及其活化酶活性和最大羧化速率(V_(c max))的下降均能在单独或复配施用SNP、SA的处理下得到有效缓解,并以SNP和SA复配处理更佳.(3)SNP、SA单独或复配处理均能有效抑制NaCl胁迫下番茄幼苗叶片光合色素(Chl a、Chl b和Car)含量、Chl a/b值和叶黄素循环库(V+A+Z)的下降及叶黄素循环脱环氧化程度(A+Z)/(V+A+Z)的升高,且以SA和SNP复配处理效果最明显.本研究表明,NaCl胁迫下依赖叶黄素循环的天线热耗散不是外源NO、SA单独或复配处理保护番茄幼苗叶片光合机构的生理机制,对PSⅡ及其初级电子受体醌(QA)下游电子传递通畅性的保护,以及对CO_2同化活性的改善才是外源NO、SA提高番茄幼苗叶片光合功能、增强其耐盐能力的主要原因,其中NO和SA复配处理时具有协同增效作用.     

林冠氮添加和灌草去除对杉木生理生态特征的影响

氮素对植物的生长发育十分重要,但持续、过量的氮沉降将可能对植物乃至生态系统产生深远影响。去除林下灌草是常用的林业管理措施,然而氮添加与去除灌草交互对植物生理生态特征的影响还具有很大不确定性。以中亚热带杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,通过林冠氮添加(25kg·hm~(-2)·a~(-1))和林下灌草去除,设置对照(CK)、灌草去除(UR)、氮添加(N)和氮添加加灌草去除(UR×N)处理。以正常生长、无病虫害的标准木为样本,通过测定杉木叶片饱和光强净光合速率(A_(sat))、气孔导度(G_s)、叶绿素相对含量、全氮、全磷及非结构性碳水化合物含量以及δ~(13)C来探讨氮添加及灌草去除对杉木生理生态特征的影响。结果表明,经过两年处理,林冠氮添加、灌草去除及其交互处理对杉木叶片的光合参数、叶片养分(氮、磷)、非结构性碳水化合物含量等各项指标均未有显著影响。N处理使杉木叶片的光合氮利用效率(PNUE)和光合磷利用效率(PPUE)较CK处理分别下降了30.1%、28.9%,而N×UR处理可以使PNUE和PPUE分别较N处理上升17.1%和13.6%。N处理使杉木叶片瞬时水分利用效率提高了15.9%。林冠氮添加、灌草去除及其交互处理对杉木人工林的影响可能是一个缓慢而长期的过程,短时间内(2年)不会对杉木生理生态特征产生显著的影响,但在实际的杉木人工林经营过程中,可以通过适当的氮添加,提高杉木人工林的抗旱性。研究结果可为全球变化背景下的杉木人工林的可持续经营措施的选择提供理论依据。     

吉兰泰盐湖周边荒漠植物养分、叶片功能性状及适应策略研究

为分析叶片功能性状与养分质量分数的相关关系,探究荒漠植物通过叶片功能性状、养分特征表现出的对环境胁迫的适应策略,以阿拉善盟吉兰泰盐湖区固定沙地生长的荒漠植物为研究对象,对植物叶片的水分与功能性状指标、养分元素质量分数进行测定,运用单因素方差分析、相关性分析等方法对叶片功能性状、养分质量分数以及二者的关系进行分析。结果表明,(1)荒漠植物通过较高的干物质质量分数(LDMC,0.125—0.329 g·g~(-1))、较低的比叶面积(SLA,1.071—23.291 m2·kg~(-1))和叶片含水量(LWC,53.271%—87.102%)来抵御荒漠环境的胁迫,可将这3个指标结合作为荒漠植物筛选的主要性状指标。(2)通过与其他相关研究结果对比,得出荒漠植物叶片通过高水平的N、K、Mg、Na质量分数进行调节,提高植物对水分的利用效率,保证正常生理功能。不同种植物生长受N、P限制的表现不同。(3)荒漠植物通过较高的叶片N、P质量分数来满足植物生长对养分的需要,比叶面积与N质量分数呈正相关,比叶面积高的植物生长速率高,易取得竞争优势;N、P、Na质量分数与叶片干物质质量分数呈极显著负相关,而与叶片含水量呈正相关;Ca、Mg、Na的质量分数与叶片相对含水量和叶片厚度均呈显著正相关关系,Ca、Mg、Na作为植物叶片细胞稳定性及渗透压调节元素在发挥作用。     

香樟幼龄林不同叶龄叶片的光合特征和单萜释放规律

通过调查亚热带地区重要树种香樟(Cinnamomum camphora)叶片生长发育中幼龄、成熟和老龄3个阶段的光合生理与植物挥发性有机化合物(Plant biogenic volatile organic compounds,BVOCs)单萜释放规律,研究光合光电子输运、CO2固定对单萜释放的影响和调控规律.光合生理特征参数调查采用非直角双曲线模型和Farquhar模型,单萜释放特征参数调查采用Guenther BVOCs排放模型.结果显示:(1)香樟叶片释放的单萜以蒈烯和罗勒烯为主.在本研究的基础状态下(温度25℃,光照强度800μmol m~(-2) s~(-1)和CO_2浓度400×10~(-6)),净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和胞间CO_2浓度(C_i)大小规律为成熟叶幼龄叶衰老叶,总单萜释放速率(E)为幼龄叶衰老叶成熟叶.(2)叶片3个叶龄阶段的单萜-光响应曲线变化趋势与光合的光响应曲线类似,但受CO2浓度的影响不明显.成熟叶具有最高的初始量子效率(α)、最大净光合速率(P_(nmax))、Rubiscom酶最大羧化速率(V_(cmax))、光下呼吸速率(R_p)和光饱和点(LSP),但是幼龄叶的光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)和响应曲线的曲角系数(θ)最大.衰老叶具有最高的最大电子传递速率(J_(max))和最低V_(cmax),因此其Jmax/Vcmax比率为3个阶段最高,意味着衰老叶光能利用率最低,强光下光能过剩,这很可能也是常绿植物冬天利用过剩光能保持一定温度越冬的一个调控机制.(3)幼龄叶的最大单萜排放速率(E_(max))最大,其次为衰老叶,成熟叶最小.在3个阶段中,成熟叶的表观量子效率(β)和真实量子效率(βT)均是最大,幼龄叶的β最小,但βT却仅次于成熟叶.综上所述,香樟叶片单萜的释放受叶片叶龄不同影响显著,具有显著的光依赖特性,对CO_2浓度的响应不明显;香樟叶片单萜释放水平很可能受自身生长过程中能量和碳源供应的调控,也受不同生长季节环境因子变化的影响,结果可为区域性BVOCs释放模型提供有益的参数借鉴.     

不同CO_2浓度升高水平对水稻光合特性的影响

CO_2浓度升高是全球气候变化的主要原因之一,同时CO_2是植物光合作用的原料,对植物的生长发育具有重要影响。研究水稻对不同CO_2浓度升高水平的响应,对于指导农业生产以及确保粮食安全具有重要意义。通过田间开顶箱试验,运用CO_2浓度自动调控系统研究不同CO_2浓度升高对水稻光合特性的影响。CO_2浓度设置3个水平:以背景大气CO_2浓度为对照(CK),在CK基础上分别增加40μmol·mol~(-1)(T_1)和200μmol·mol~(-1)(T_2)CO_2。利用Li-6400便携式光合作用测量系统,在关键生育时期测定净光合速率(Pn)、胞间CO_2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)等光合参数,并根据指数方程模型拟合最大净光合速率(Pn_(sat))、羧化效率(CE)、呼吸速率(R_p)和CO_2饱和点(CCP);使用元素分析仪测定叶片全氮含量。结果表明:在较低水平的CO_2浓度水平下,CK、T_1和T_2处理的Pn呈近似直线上升,随着CO_2浓度的升高Pn缓慢升高,当达到CO_2饱和点后趋于稳定。光合仪设定CO_2浓度为600μmol·mol~(-1)时,T_2在3个生育时期(拔节期、抽穗期和乳熟期)的Pn均较CK显著降低,降幅分别为44.0%(P0.01)、43.4%(P0.01)和49.1%(P0.01);设定CO_2浓度为800μmol·mol~(-1)时,T2在3个生育时期的Pn较CK分别降低了4.9%(P=0.506)、12.7%(P=0.167)和16.6%(P=0.220);设定CO_2浓度为1 000μmol·mol~(-1)时,乳熟期T_2处理的Pn较T1显著降低,降幅为21.5%(P0.05),表明水稻经过长时间的高CO_2浓度处理产生了光合下调。乳熟期T_2的Pn_(sat)和CE较T_1显著降低,降幅分别为21.3%(P0.05)和29.1%(P0.05)。此外,总光合速率和叶片氮含量存在极显著正比例函数关系(P0.01),总光合速率随叶片氮含量的升高而升高。对照、T_1和T_2处理的WUE均随着光合仪设定CO_2浓度梯度的升高而增大;在同一设定CO_2浓度水平下,3种处理的WUE均无显著性差异。     

南亚热带森林优势树种氮、磷可利用性与菌根侵染率的关系

氮(N)和磷(P)是植物生长所必需的大量元素,其供应是否充足对植物生长发育具有重要影响。菌根真菌侵染有助于植物对N、P等营养元素的吸收利用,而以往研究大多集中于草地、农田生态系统中,并多以控制实验或者室内盆栽实验为主。选择南亚热带森林演替前期与演替中期的共有优势树种马尾松(Pinus massoniana)以及演替中期与演替顶级阶段的共有优势树种木荷(Schima superba)与锥栗(Castanopsis chinensis)为研究对象,测定其菌根侵染率、根际土酸性磷酸酶活性(acid phosphatase activity,APA)、根际土以及叶片元素含量,探讨不同演替阶段森林共有优势树种N、P可利用性与菌根真菌侵染率之间的关系。结果表明:(1)马尾松菌根侵染率由演替前期的48.18%显著增加到演替中期的65.7%;木荷以及锥栗菌根侵染率分别由演替中期的57.7%、50.79%增加到演替顶级的64.03%、53.18%;(2)共有优势树种菌根侵染率与叶片磷含量呈显著负相关关系,马尾松菌根侵染率与根际土铵态氮含量呈显著正相关关系;(3)共有优势树种根际土APA、叶片N:P均随着演替的进行而升高,木荷和锥栗根际土APA分别由演替中期的8.8、9.38μmol·g~(-1)·h~(-1)显著增加到演替顶级的16.96、15.55μmol·g~(-1).h~(-1);共有优势树种根际土APA与有效磷含量存在显著负相关关系,而与根际土C:P、N:P以及叶片N:P间存在极显著正相关关系。可见,随着南亚热带森林演替的进行,磷限制的增强将使得不同演替阶段森林共有优势树种菌根侵染率升高,菌根真菌的侵染能够缓解不同演替阶段森林共有优势树种所受的磷限制。     

银丝竹3种颜色叶片光合特性研究

以1年生银丝竹(Bambusa multiplex cv.Silverstrip)盆栽苗为试验材料,测定并比较了银丝竹的全绿叶(Green Leaf,GL)、花叶(Striped Leaf,SL)和全白叶(White Leaf,WL)3种叶色的光合色素含量、光合-光响应曲线、气体交换参数、CO_2响应曲线,研究其3种不同颜色叶片与光合特性的关系,旨在了解银丝竹的光合生产力,为其种植管理提供理论基础和参考依据。结果表明,(1)银丝竹3种颜色叶片的叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)、叶绿素a+b(Chl a+b)、叶绿素a/b(Chl a/b)以及叶绿素a+b/类胡萝卜素(Chl a+b/Car)6种光合色素含量均表现为全绿叶花叶全白叶,其中,Chl a、Chl b、Car、Chl a+b存在显著差异(P0.05),而Chl a/b以及Chl a+b/Car的差异不显著(P0.05)。(2)GL的初始量子效率(α)和最大净光合速率(Pn_(max))显著高于SL(P0.05),两者的暗呼吸速率(R_d)差异不显著(P0.05),SL的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)均高于GL,但差异不显著(P0.05);GL的初始羧化效率(CE)、光合能力(A_(max))、CO_2饱和点(CSP)和光呼吸(R_p)均高于SL,而SL具有较高的CO_2补偿点(CCP)。(3)银丝竹不同颜色叶片的气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)都随着光合有效辐射(PAR)的增大而增加,表现为GLSLWL;胞间CO_2浓度(Ci)的变化趋势与之相反,表现为GLSLWL。无论是从光响应曲线还是CO_2响应曲线上看,全绿叶都具有更高的光合能力,这跟全绿叶叶绿素含量较高有关。研究发现花叶利用强光的能力比全绿叶片高,故在人工温室育苗中可通过提高光强培育更多的银丝竹花叶品种。     

热带次生林两种林下植物叶片生理特性对氮磷添加的响应

为探究热带次生林林下植物叶片对长期氮(N)、磷(P)添加的响应,阐明热带森林植物对土壤低磷环境适应的生理生态机制,基于华南热带次生林长达9年的氮、磷添加实验,测定两种分布较广的林下乡土树种大青(Clerodendrum cyrtophyllum)和紫玉盘(Uvaria microcarpa)的叶片基本属性、叶绿素含量及氮磷元素含量等指标.结果显示:(1)两种植物叶片的基本属性及光合色素存在显著的种间差异(P 0.05);氮和磷添加提高了大青叶片的比叶面积(35%-38%),对两个树种叶片的叶长、叶宽、叶面积等无显著影响;(2)氮添加显著影响两种植物叶片叶绿素a和总叶绿素含量(P=0.036和P=0.043),而磷添加对光合色素含量无显著影响;(3)对照处理下,大青和紫玉盘叶片的N:P分别为28.71与21.75,大于16,表明两个树种仍受到较强的磷限制;磷添加显著提高了两种植物叶片的磷含量,并降低N:P值;(4)相关性分析表明叶片基本属性、光合色素与氮磷元素含量三者之间的相关性关系较弱.综上,热带森林植物叶片氮和磷元素含量对氮磷添加的响应较敏感,叶绿素a和总叶绿素对氮添加的响应较敏感,而其他属性对氮磷添加的响应较小;因此,在热带森林土壤磷长期缺乏的情况下,植物叶片的生理功能对环境变化具有较好的适应性,其蕴含的生物学机制仍需要进一步的探讨.(图3表2参31)     

孑遗植物四合木(Tetraena mongolica)迁地保护中的光合作用日变化特征与生理生态适应性

为了进一步廓清迁地保护条件下孑遗植物四合木(Tetraena mongolica)的光合生理生态适应性,在分析了瞬时光合效率的基础上,应用LI-6400光合作用测定系统测定了迁地保护试验区的四合木以及原生境伴生种白刺(Nitraria tangutorum)的光合作用日变化,并测定了其生长量。结果表明:四合木实生苗的生长南北冠幅大小依次为乌海四合木核心区实生苗(26.48cm×27.26 cm)鄂尔多斯实生苗(21.27 cm×21.75 cm)阿拉善实生苗(19.25 cm×18.27 cm)。在原生境地乌海四合木核心区种植的实生苗与阿拉善实生苗之间的生长量存在显著差异(P≤0.01),与鄂尔多斯实生苗之间的生长量存在显著差异(P≤0.05)。迁地保护条件下四合木生实生苗植株叶片光合速率Pn日变化均呈"双峰"曲线。不同试验区四合木光合作用日变化(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)均表现出明显的分异。迁地保护四合木条件下原生境地栽培的四合木实生苗的光合速率鄂尔多斯栽培的四合木实生苗的光合速率阿拉善栽培的四合木实生苗。鉴此可以作进一步推论,孑遗濒危植物四合木从原生境地西鄂尔多斯核心区(乌海)东移进行迁地保护具有更高的生理生态适应性和生境适宜性。但完成"从种子到种子"进而实现"保存性和代表性",最终实现四合木迁地保护的"保持性和防止性",保持其遗传多样性和遗传稳定性,最终成功实现四合木的迁地保护仍有待作进一步探索和深入研究。     

区域尺度上麻栎叶片性状对环境因子的响应规律

叶片性状反映了植物对环境的适应能力及其自我调控能力。区域尺度上单一物种叶片功能和形态性状的变化规律尚存在争议。以25个麻栎(Quercus acutissima)天然林种群为对象,采用野外调查和室内实验相结合的方法,分析了区域尺度上比叶面积(SLA),单位叶重的氮质量分数(Nmass)、磷质量分数(Pmass)、叶氮磷比(N∶P),单位叶面积的氮质量分数(N_(area))、磷质量分数(Parea)等功能性状和叶片面积(LA)、周长(LP)、叶长度(LL)、叶宽度(LW)、叶片长宽比(L∶W)等形态性状的变化。结果表明,(1)麻栎叶片面积变化范围为28.53~59.41 cm~2;周长为31.21~47.54 cm;叶长为11.72~17.25cm;叶宽为3.41~5.46 cm;叶长宽比为2.79~3.75;比叶面积为77.38~152.71 cm~2·g~(-1);Nmass为17.90~26.20 mg·g~(-1);Pmass为0.68~1.61mg·g~(-1);N_(area)为1.42~2.63 mg·cm~(-2);Parea为0.07~0.13 mg·cm~(-2);N∶P为14.01~28.80。(2)随着海拔的增加,麻栎比叶面积、Nmass及叶宽均呈先下降后上升的二次曲线变化趋势(P0.05),而N_(area)则呈先上升后下降的二次曲线变化趋势(P0.05)。(3)麻栎叶片面积和长度随等效纬度的增加均呈先上升后下降的二次曲线变化趋势(P0.05)。(4)麻栎叶片面积、长度及宽度随年均温度的升高均呈先上升后下降的二次曲线变化趋势(P0.05)。(5)随着年均降水量的增加,麻栎叶长度呈先上升后下降的趋势(P0.05),而叶片面积与其呈显著正相关(P0.05)。叶片功能性状主要受海拔引起的水热变化的影响,而叶片形态性状则主要受到海拔、纬度及气象因子综合作用的影响。研究结果有助于揭示区域尺度上植物叶性状的变化规律及其环境机制,为预测植物性状在未来环境下的变化及适应奠定基础。     

不同尺度下艾比湖典型植物群落功能多样性和系统发育多样性研究

运用功能多样性和系统发育多样性综合探讨群落构建机制是近年来生态学的研究热点。以艾比湖流域干旱荒漠生态系统为研究对象,结合环境因子,分析不同尺度下系统发育和功能性状结构的变化趋势,进而揭示艾比湖流域干旱荒漠区植物群落构建机制。结果表明,(1)叶片宽度、叶片厚度和叶片干物质含量具有显著的系统发育信号(P0.05),其它功能性状未检测到明显的系统发育信号。(2)不同尺度下系统发育结构均趋向于发散,表明竞争排斥作用在植物分布占优势地位,而功能结构均趋向于聚集,生境过滤作用占据主导。(3)净亲缘关系指数(NRI)、谱系丰富度(PD)和功能丰富度(FRic)在5 m×5 m尺度显著不同于其他尺度。标准化的群落平均配对性状距离(trait SES(MPD))在所有尺度下统计差异均不显著,最近性状距离(trait SES(MNTD))和最近亲缘关系指数(NTI)在5 m×5 m尺度和50 m×50 m尺度差异显著。植物群落整体受生态位作用影响更强,且在大尺度上(50 m×50 m)环境过滤在群落构建中起主导作用。(4)含盐量对系统发育指数和功能性状指数均有显著影响(P0.05),土壤有机质和硝态氮含量均对功能性状指数有显著影响,而铵态氮含量对系统发育指数有显著影响。土壤含盐量以及氮含量作为主要的环境筛影响着艾比湖流域植物群落构建过程。     

贡嘎山海螺沟冰川退缩迹地土壤微生物生物量碳氮

在全球气候持续变暖的影响下,贡嘎山海螺沟冰川加快退缩形成裸露独特的土壤环境,这些裸露地随着时间演替发育形成不同的生态系统.为了解海螺沟冰川土壤发育及土壤质量情况,采用熏蒸浸提法测定冰川演替迹地土壤微生物生物量碳氮含量,并研究其与土壤氮素各指标之间的关系.结果表明:(1)土壤铵态氮(P=0.000)、硝态氮(P=0.006)、全氮(P=0.000)和微生物生物量碳氮(P=0.000,P=0.000)含量随海螺沟冰川演替年限有显著变化,这种显著变化可能是由于冰川演替不同年限土壤枯枝凋落物养分返还、有机物质分解率及温度和水分等因子的差异造成的;(2)贡嘎山海螺沟冰川演替迹地中土壤铵态氮的含量为4.78-145.53 mg kg-1,硝态氮为1.23-46.08 mg kg-1,全氮含量为284.38-1 980.56 mg kg-1,土壤微生物生物量碳的含量为2.76-1 230.57 mg kg-1,土壤微生物生物量氮的含量为0.16-245.30 mg kg-1;(3)土壤微生物生物量碳氮比的变化范围是0.36-22.99,且大多数值都小于6,说明在贡嘎山海螺沟冰川演替迹地土壤微生物群落结构中细菌占优势;(4)土壤氮素(除全氮外)各指标均与微生物生物量碳氮显著正相关(P<0.01).综上,贡嘎山海螺沟冰川不同演替迹地土壤质量较好,本研究可为海螺沟冰川不同演替年限冰川退缩迹地土壤质量评价提供基础数据支持.     

马尾松和木荷幼苗主要功能性状对氮磷和石灰添加的响应

植物功能性状能够反映植物个体对环境的响应和适应.为探究氮沉降对亚热带优势乔木树种功能性状的影响并寻求缓解过量氮沉降影响的措施,选择马尾松(Pinus massoniana)和木荷(Schima superba)幼苗为研究对象,设置了6个实验处理对照、加氮(20 g m~(-2)a~(-1))、加碳酸钙(100 g m~(-2)a~(-1))、加氮和加碳酸钙、加磷(10 g m~(-2)a~(-1))、加氮和加磷.结果显示:(1)氮添加显著增加木荷的根茎叶生物量,分别增加了319.83%、67.79%和66.14%;但对马尾松生物量的影响不显著.(2)氮添加显著增加木荷的总叶面积(增加了96.13%),但显著降低木荷的根系分叉数(降低了34.26%);马尾松叶片和根系功能性状对氮添加的响应不显著.(3)高氮添加背景下,碳酸钙添加显著降低了木荷的根叶生物量、总叶面积和比根长,分别降低了63.39%、30.56%、44.67%和80.81%;也显著降低了马尾松的比根长、比根面积和根分叉数,分别降低了54.11%、43.12%和59.39%;但对马尾松生物量无显著影响.(4)同时添加氮磷显著增加了木荷的根茎叶生物量,分别增加了96.41%、14.30%和34.65%;但对马尾松的生物量及根系功能性状无显著影响.本研究表明木荷对氮沉降的敏感程度较马尾松高,氮沉降可能通过改变物种的叶片和根系功能性状影响木荷的生长;高氮沉降背景下,碳酸钙添加可能抑制木荷和马尾松幼苗的生长,但磷添加可进一步促进木荷的生长.(图3表2参37)     

干旱胁迫对巨桉幼树生长及光合特性的影响

采用盆栽和持续干旱的方法,研究了干旱胁迫(以2 d为1个处理期,随干旱处理时间延长分别记为D_2,D_4,D_6,D_8,D_(10),D_(12),D_(14),正常浇水记为D_0)对巨桉(Eucalyptus grandis)幼树生长及光合特性的影响。结果表明:(1)在干旱胁迫6 d以内,尽管巨桉幼树地径和株高增量降低,但与D_0差异不明显;随着胁迫时间的增加(8~16 d),地径和株高增量显著降低(P0.05);(2)随着胁迫时间的增加,叶绿素a含量显著降低(P0.05),叶绿素a/b比值总体呈先升高后降低的趋势,叶绿素b和类胡萝卜素含量除D_2与D_0差异不显著外,其余各干旱处理均显著小于D0(P0.05);(3)随着胁迫时间的增加,巨桉幼树叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)均呈明显降低趋势,胞间CO_2浓度(Ci)呈先降低后升高的趋势;(4)随着胁迫时间的增加,表观量子效率(YAQ)、Ru BP羧化速率(EC)、光饱和点(Lsp)与CO_2饱和点(C_(sp))均呈下降趋势,光补偿点(L_(cp))、CO_2补偿点(C_(cp))呈上升趋势,最大净光合速率(P_(n,max))呈下降趋势。综上所述,随着干旱程度的加重,巨桉幼树叶片光合色素含量减少,气孔部分关闭,光合器官在一定程度上遭到破坏,对光与CO_2的利用能力降低,光合速率下降,最终使巨桉幼树的生长受到限制。