本文關鍵詞： CO_2濃度升高 夏季夜間增溫 氮沉降 降雨量 降雨頻次 羊草 生物量 光合能力 無性繁殖　出處：《東北師范大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著工業(yè)氣體的排放、溫室效應的加劇以及人類活動等原因,以CO2濃度升高、溫度增加、氮沉降和降雨格局變化為特征的全球變化已成為毋庸置疑的事實。羊草(Leymus chinensis),作為一種多年生根莖型禾草,具有較強的抗旱和耐鹽堿能力,同時它因較好的營養(yǎng)價值及良好的適口性成為一種重要的牧草。然而,隨著氣候變化以及草地管理不當等原因草地面積現(xiàn)已逐年減少,草地生產力也隨之降低。在未來氣候變化的背景下,羊草生長發(fā)育及生產力是如何響應這種變化以及產生變化的成因是什么尚不清楚,為此,本文通過模擬CO2濃度升高(380±20μmol mol"1,760±20μmol mol-1),夏季夜間增溫(+4℃),氮沉降(+10g m-2),降雨量(降雨量±40%)和降雨頻次的變化,從羊草個體和種群的角度探討羊草生物量、光合能力及無性繁殖是如何響應氣候變化的,并闡述羊草的適應對策。一方面挖掘羊草生產力響應氣候變化的原因和適應機理,另一方面為日后草地管理保證羊草產量提供理論基礎和科學依據。主要研究結果和結論如下： (1)CO2濃度升高主要促進羊草母株生物量而對子株生物量影響不顯著,在低氮時CO2對地上生物量的促進作用不顯著,而在氮沉降的作用下CO2的促進作用明顯增強,這暗示CO2濃度升高對羊草生物量的影響可能受氮素調控；CO2濃度升高在低降雨量時增加根系生物量,而在正常和高降雨量,尤其是高降雨量時減少根系生物量,且隨著降雨量的增加對地上生物量的促進作用減弱,這表明CO2濃度升高在低降雨量時對羊草生物量的促進作用要強于在水分適宜的條件。夏季夜間增溫在低降雨量時減少羊草母株、子株生物量,隨著降雨量的增加對羊草的生物量累積的促進作用增強,這也暗示夜間增溫對羊草的影響受到水分的限制。氮沉降在低降雨量時對羊草地上生物量幾乎沒有作用,隨著降雨量的增加氮沉降的作用逐漸加強,暗示氮沉降對羊草的影響也受到水分的限制。所以,CO2和夜間增溫分別受氮素和水分的限制,在未來CO2濃度和夏季夜間溫度共同升高的環(huán)境下羊草生產力的變化仍主要取決于降雨量和氮素水平。 (2)CO2濃度升高雖然使羊草發(fā)生“光合適應”現(xiàn)象,但由于較高的底物濃度(CO2),胞間CO2濃度(Ci)較高,羊草的光合速率仍能維持在高于目前CO2的水平,但呼吸速率降低。和母株生物量的變化一致,CO2對羊草光合速率的促進作用也是隨著降雨量的增加而逐漸減弱,在氮沉降的作用下逐漸加強。夏季夜間增溫通過增加呼吸速率拉動庫需進而增加次日的光合吸收,同時增加Jmax,這暗示羊草的光合能力得到提高,但在低降雨量時并沒有促進作用。這也導致夜間增溫和CO2濃度升高對羊草凈光合速率的影響主要依靠降雨量。在低降雨量的條件下,施氮對羊草的凈光合速率沒有促進作用,施氮和低降雨量導致的干旱對羊草凈光合速率有拮抗作用。所以在CO：倍增、夜間增溫、氮沉降且高降雨量處理下的凈光合速率最高,而所有低降雨量處理下的凈光合速率都降低,這表明水分是最主要限制因子。所以CO：濃度升高和夜間增溫以及氮沉降在降雨量適宜的條件下都可以通過促進羊草的C吸收而累積生物量,但在低降雨量時只有CO2促進羊草的光合吸收。 (3)CO2濃度升高在正常和高降雨量時沒有顯著促進子株的輸出以及根莖的延展,這也是CO2濃度升高沒有顯著增加子株生物量的主要原因,但在氮沉降的作用下,CO2濃度升高顯著增加羊草的子株數和根莖的數量及長度。這說明CO2濃度升高對羊草生物量的貢獻主要源于個體C吸收而非無性繁殖能力的增強,但在氮沉降的作用下使羊草無性繁殖能力增強。夜間增溫對羊草無性繁殖能力的影響主要取決于水分,當降雨量低于目前水平時,夜間增溫輕微的減少子株的數量和生物量,而在降雨量增加時增加子株的數量和生物量,所以夜間增溫在水分適宜的條件下不僅可以通過個體C吸收還可以通過促進羊草的無性繁殖能力來促進生物量的累積。這也導致CO2濃度和夏季夜間溫度共同升高在氮沉降和降雨量增加時對羊草無性繁殖能力的促進作用也得到增強,而在降雨量減少時基本能維持在目前水平也可能產生抑制作用,這與降雨量的減少量有關。此外,氮沉降在夜間增溫的作用下對子株的促進作用得到加強,而氮沉降和低降雨量導致的干旱對羊草的無性繁殖能力有拮抗作用。 (4)羊草生物量和光合速率隨著降雨量的增加而增加,但當總降雨量不變而降雨間隔時間增長時,羊草的氣孔導度降低,凈光合速率輕微的下降,地上生物量也略微減少,但并沒有達到顯著水平。根系生物量也并沒有隨著降雨頻次的改變發(fā)生顯著變化。所以,夏季降雨量對羊草生物量產量的影響要強于降雨頻次的改變。 綜上所述,在未來氣候變化(CO2濃度升高、夏季夜間溫度增加、氮沉降、降雨量變化)的背景下,降雨量仍是最關鍵的因子。在降雨量增加或保持不變的條件下,羊草的光合和無性繁殖能力增強,羊草的生產力會得到提高；在夏季降雨量減少低于40%時,羊草的光合和無性繁殖基本可以維持；而降雨量繼續(xù)減少會嚴重影響羊草的生長發(fā)育。
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【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S162.5

【參考文獻】

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