本文關(guān)鍵詞：荒漠植物白刺對(duì)模擬增雨的生理生態(tài)響應(yīng)及適應(yīng)策略，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：據(jù)IPCC預(yù)測(cè),未來中高緯度地區(qū)極端降水事件發(fā)生頻率將會(huì)增加,我國(guó)西北干旱區(qū)降水將出現(xiàn)增加的趨勢(shì)。降水作為荒漠生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的主要驅(qū)動(dòng)因子,是干旱區(qū)植物主要生理生態(tài)過程的重要限制因素。近年來,在荒漠植物對(duì)模擬增雨的響應(yīng)方面已開展了一些研究,但是系統(tǒng)地分析荒漠植物的生理生態(tài)特性對(duì)模擬增雨的響應(yīng)及其對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)策略方面的研究還很少。本文以分布于烏蘭布和沙漠東緣的典型荒漠植物白刺為研究對(duì)象,設(shè)置不同的增雨梯度(分別增加年均降水量的25%、50%、75%和100%),從2008年至2014年對(duì)自然生長(zhǎng)的白刺沙包進(jìn)行連續(xù)的人工模擬增雨,研究白刺光合生產(chǎn)能力、生理特性、葉片性狀、植物生長(zhǎng)及生物量分配對(duì)人工模擬增雨的響應(yīng),揭示白刺光合作用對(duì)模擬增雨響應(yīng)的生理機(jī)制,并從生理生態(tài)角度探討白刺對(duì)模擬增雨的響應(yīng)機(jī)制和長(zhǎng)期的適應(yīng)策略。本研究得到以下主要結(jié)果和結(jié)論:(1)人工模擬增雨后,白刺光合能力在不同時(shí)間尺度上都表現(xiàn)出積極的響應(yīng)。增雨使葉片進(jìn)行物質(zhì)積累和生理代謝的持續(xù)能力增強(qiáng),對(duì)光合產(chǎn)物的累積和轉(zhuǎn)化能力提高。促使白刺光合作用提高的增雨量存在閾值,增雨達(dá)到75%以上,白刺光合生產(chǎn)能力顯著提高。白刺為了維持較高的光合生產(chǎn)能力,通過維持較高的蒸騰速率為光合作用提供原料,甚至以降低水分利用效率為代價(jià)。(2)人工模擬增雨后,白刺光合生理特性受到顯著影響。增雨使白刺葉片葉肉細(xì)胞的光合活性、葉片Ru BP羧化酶和光合碳循環(huán)酶活性增強(qiáng),使葉片對(duì)弱光的吸收、轉(zhuǎn)化和利用能力增強(qiáng),對(duì)強(qiáng)光和高CO2的利用范圍增加。增雨有利于白刺葉片PSⅡ反應(yīng)中心活性的提高,使葉片能夠把所捕獲的光能以更高速度和效率轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)能,為光合碳同化過程提供更充足的能量。同時(shí),增雨可以緩解強(qiáng)光或高溫對(duì)葉片的抑制作用,能夠增強(qiáng)光系統(tǒng)反應(yīng)中心的穩(wěn)定性。(3)人工模擬增雨后,白刺葉片的水分狀況得到明顯改善,比葉面積(SLA)和葉氮含量(Nmass)等葉性狀隨著增雨量的增加呈升高的趨勢(shì)。增雨促進(jìn)了白刺的生理代謝和水分循環(huán),使葉片單位質(zhì)量的葉面積增加,使光合酶的活性及數(shù)量來提高,并最終表現(xiàn)出較高的光合生產(chǎn)能力。葉片性狀對(duì)光合能力產(chǎn)生影響的大小順序?yàn)?葉片RWCSINma ssSLA。(4)人工模擬增雨后,白刺葉片的δ13C隨著增雨量的增加而降低,說明增雨使白刺的水分利用效率降低。白刺水分利用效率具有明顯的季節(jié)變化,在生長(zhǎng)季前期較高,之后開始下降,在生長(zhǎng)季末期達(dá)到最低。增雨對(duì)葉片的δ15N有顯著影響,增雨量越大,δ15N越高,說明增雨使氮在植物體內(nèi)輸入、轉(zhuǎn)化和輸出的速度加快,有利于光合作用的進(jìn)行和光合產(chǎn)物的積累。(5)人工模擬增雨后,白刺生殖枝和營(yíng)養(yǎng)枝的生長(zhǎng)量明顯增加,地上生物量的累積和光合產(chǎn)物向葉片的分配比例提高。增雨使白刺群落蓋度增加,用于光合作用的有效面積也增加,以使其在群落中能夠捕獲更多的光能并吸收更多的CO2。增雨后白刺將生物量干重相對(duì)多地分配到地上部分的同時(shí),將更多的光合產(chǎn)物分配到葉片部分。白刺對(duì)降水的增加具有一定的適應(yīng)能力。(6)在未來氣候變化、降水增加的背景下,白刺將通過調(diào)整自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理機(jī)能來適應(yīng)環(huán)境條件的變化,從而有效利用環(huán)境資源并逐漸適應(yīng)新的水分條件。具體包括:1)通過增加葉片PSⅡ反應(yīng)中心的活性及電子傳遞速率,增加對(duì)光能的吸收、轉(zhuǎn)化和利用效率;2)通過增加Ru BP羧化酶和光合碳循環(huán)酶的數(shù)量和活性以及對(duì)環(huán)境資源的獲取能力和利用范圍,來增加葉片尺度上碳同化速率,并最終促進(jìn)光合產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)化;3)通過調(diào)整枝葉生長(zhǎng)、植被蓋度等形態(tài)特征來增加群落尺度上的光合有效面積,以便在群落中能夠捕獲更多的光能和吸收更多的CO2;4)通過增加葉片的水分代謝和生理水平來加快物質(zhì)和能量周轉(zhuǎn)速度以適應(yīng)新的水分條件。
【關(guān)鍵詞】：模擬增雨 荒漠植物 白刺 生理生態(tài)特性 適應(yīng)策略
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q945.79
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-18
• 第一章 緒論18-34
• 1.1 研究背景和意義18-20
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-30
• 1.2.1 水分對(duì)植物光合作用的影響21-23
• 1.2.2 水分對(duì)植物熒光特性的影響23-25
• 1.2.3 水分對(duì)植物葉片性狀的影響25-26
• 1.2.4 水分對(duì)植物葉片穩(wěn)定碳同位素組成(δ13C)的影響26-27
• 1.2.5 水分對(duì)植物生長(zhǎng)和生物量分配的影響27-29
• 1.2.6 存在的問題29-30
• 1.3 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問題30
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容30-32
• 1.5 技術(shù)路線32-34
• 第二章 研究區(qū)概況與研究方法34-44
• 2.1 研究區(qū)概況34-35
• 2.1.1 地理位置34
• 2.1.2 氣候特征34
• 2.1.3 土壤和植被特征34-35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和研究方法35-44
• 2.2.1 樣地布設(shè)和實(shí)驗(yàn)處理35-37
• 2.2.2 氣體交換參數(shù)的測(cè)定37-38
• 2.2.3 光響應(yīng)曲線測(cè)定及特征參數(shù)計(jì)算38-39
• 2.2.4 CO_2響應(yīng)曲線測(cè)定及特征參數(shù)計(jì)算39-40
• 2.2.5 葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定及參數(shù)計(jì)算40
• 2.2.6 葉片性狀測(cè)定及計(jì)算40-42
• 2.2.7 生長(zhǎng)和生物量分配測(cè)量及計(jì)算42-43
• 2.2.8 數(shù)據(jù)處理與分析43-44
• 第三章 白刺氣體交換參數(shù)對(duì)人工模擬增雨的響應(yīng)44-64
• 3.1 日尺度上氣體交換參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)44-48
• 3.1.1 不同增雨條件下凈光合速率的日動(dòng)態(tài)44-45
• 3.1.2 不同增雨條件下蒸騰速率的日動(dòng)態(tài)45-47
• 3.1.3 不同增雨條件下水分利用效率的日動(dòng)態(tài)47-48
• 3.2 月尺度上氣體交換參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)48-56
• 3.2.1 測(cè)量期間自然降水分布48-49
• 3.2.2 不同增雨條件下凈光合速率的月變化49-52
• 3.2.3 不同增雨條件下蒸騰速率的月變化52-55
• 3.2.4 不同增雨條件下水分利用效率的變化55-56
• 3.3 年尺度上氣體交換參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)56-57
• 3.4 討論57-62
• 3.4.1 氣體交換參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)57-59
• 3.4.2 氣體交換參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)受增雨量影響59-61
• 3.4.3 氣體交換參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)受增雨年限的影響61-62
• 3.5 小結(jié)62-64
• 第四章 白刺光合生理特性對(duì)人工模擬增雨的響應(yīng)64-76
• 4.1 光響應(yīng)曲線特征參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)64-66
• 4.2 CO_2響應(yīng)曲線特征參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)66-68
• 4.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)68-71
• 4.4 討論71-74
• 4.4.1 響應(yīng)曲線特征參數(shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)71-73
• 4.4.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)73-74
• 4.5 小結(jié)74-76
• 第五章 白刺葉片性狀對(duì)人工模擬增雨的響應(yīng)76-92
• 5.1 葉片水分特征對(duì)模擬增雨的響應(yīng)76-79
• 5.1.1 不同增雨條件下葉片的相對(duì)含水量76-77
• 5.1.2 不同增雨條件下葉片的組織密度77-78
• 5.1.3 不同增雨條件下葉片的肉質(zhì)化程度78-79
• 5.2 葉片比葉面積對(duì)模擬增雨的響應(yīng)79-81
• 5.3 葉片養(yǎng)分及其形態(tài)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)81-87
• 5.3.1 不同增雨條件下葉片的碳含量81-82
• 5.3.2 不同增雨條件下葉片的δ13C含量82-84
• 5.3.3 不同增雨條件下葉片的氮含量84-86
• 5.3.4 不同增雨條件下葉片的δ15N含量86-87
• 5.4 討論87-91
• 5.4.1 葉片水分特征對(duì)模擬增雨的響應(yīng)88
• 5.4.2 葉片結(jié)構(gòu)性狀對(duì)模擬增雨的響應(yīng)88-90
• 5.4.3 葉片碳氮同位素豐度對(duì)模擬增雨的響應(yīng)90-91
• 5.5 小結(jié)91-92
• 第六章 白刺生長(zhǎng)及生物量分配對(duì)人工模擬增雨的響應(yīng)92-112
• 6.1 枝條生長(zhǎng)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)92-105
• 6.1.1 不同增雨條件下白刺枝條的形態(tài)特征92-94
• 6.1.2 不同增雨條件下白刺枝條的生長(zhǎng)特征94-103
• 6.1.3 不同增雨條件下白刺枝條的分配特征103-105
• 6.2 灌叢生長(zhǎng)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)105-106
• 6.3 地上生物量對(duì)模擬增雨的響應(yīng)106-107
• 6.4 討論107-110
• 6.4.1 枝條和灌叢生長(zhǎng)對(duì)模擬增雨的響應(yīng)107-109
• 6.4.2 地上生物量及其分配對(duì)模擬增雨的響應(yīng)109-110
• 6.5 小結(jié)110-112
• 第七章 白刺對(duì)模擬增雨的響應(yīng)機(jī)制和適應(yīng)策略112-122
• 7.1 光合能力與光合生理特性間關(guān)系112-114
• 7.2 光合能力與葉片性狀間關(guān)系114-116
• 7.3 光合能力與地上生物量及其分配間關(guān)系116-117
• 7.4 討論117-120
• 7.4.1 光合能力對(duì)模擬增雨產(chǎn)生積極響應(yīng)的生理機(jī)制117-118
• 7.4.2 葉片性狀在白刺適應(yīng)增雨過程中發(fā)揮的作用118-119
• 7.4.3 光合能力提高與物質(zhì)積累之間的關(guān)系119-120
• 7.5 小結(jié)120-122
• 第八章 結(jié)論與展望122-127
• 8.1 結(jié)論122-125
• 8.2 展望125-127
• 參考文獻(xiàn)127-142
• 在讀期間的學(xué)術(shù)研究142-143
• 致謝143-145
• 中文詳細(xì)摘要145-147

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 葉子飄;于強(qiáng);;光合作用光響應(yīng)模型的比較[J];植物生態(tài)學(xué)報(bào);2008年06期

2 白雪;程軍回;鄭淑霞;詹書俠;白永飛;;典型草原建群種羊草對(duì)氮磷添加的生理生態(tài)響應(yīng)[J];植物生態(tài)學(xué)報(bào);2014年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李永華;白刺葉片性狀對(duì)人工增水的響應(yīng)[D];中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院;2010年

  本文關(guān)鍵詞：荒漠植物白刺對(duì)模擬增雨的生理生態(tài)響應(yīng)及適應(yīng)策略，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：333626