本文關(guān)鍵詞：水分、光照和氮沉降對(duì)五種暖溫帶典型喬木幼苗生理生態(tài)學(xué)特性的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《山東大學(xué)》 2015年

水分、光照和氮沉降對(duì)五種暖溫帶典型喬木幼苗生理生態(tài)學(xué)特性的影響

徐楠楠  

【摘要】：全球變暖、人類活動(dòng)導(dǎo)致森林生態(tài)系統(tǒng)遭到越來(lái)越嚴(yán)重的影響,森林植被面臨的環(huán)境壓力。植物通過(guò)表型可塑性來(lái)適應(yīng)不利環(huán)境條件帶來(lái)的影響,而不同物種對(duì)環(huán)境因素的耐受能力和響應(yīng)策略存在差異,將對(duì)森林的群落組成和演替產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此,植物與環(huán)境的關(guān)系一直以來(lái)都是生態(tài)學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。本論文選取華北地區(qū)森林植被中常見(jiàn)的幾種優(yōu)勢(shì)植物栓皮櫟(Quercus variabilis)、槲櫟(Q. aliena)、蒙古櫟(Q. mongolica)、元寶槭(Acer truncatum)、三角楓(A. buergerianum)為研究對(duì)象,探討了土壤水分、光照環(huán)境及氮(N)供應(yīng)量的變化對(duì)他們的生長(zhǎng)和生理生態(tài)特征的影響,以及不同物種及不同屬間物種幼苗對(duì)環(huán)境因子變化的響應(yīng)和適應(yīng)策略的異同。本論文的研究?jī)?nèi)容包括4部分,前三部分探討了土壤水分、土壤水分與光照強(qiáng)度以及土壤水分與N沉降對(duì)櫟屬和槭屬植物生理生態(tài)學(xué)特性的可塑性影響,最后一部分比較了N和光照的交互作用下櫟屬和槭屬物種在形態(tài)可塑性和適應(yīng)機(jī)制方面的差異。本論文的研究結(jié)果有助于我們理解華北地區(qū)優(yōu)勢(shì)物種對(duì)未來(lái)環(huán)境變化的響應(yīng)及機(jī)制,預(yù)測(cè)氣候變化和人為擾動(dòng)背景下暖溫帶植被的演化趨勢(shì),為植被恢復(fù)、區(qū)域生態(tài)環(huán)境的管理和發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)等方面提供科學(xué)支持。首先,通過(guò)溫室模擬實(shí)驗(yàn),研究了栓皮櫟、槲櫟和元寶械幼苗對(duì)不同土壤水分含量的生理生態(tài)響應(yīng),包括生長(zhǎng)特性、生理變化以及形態(tài)適應(yīng)等。研究結(jié)果表明：隨著土壤水分含量的降低,三種幼苗生物量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì),但槲櫟和栓皮櫟幼苗的生長(zhǎng)和生物量在土壤輕度干旱時(shí)達(dá)到最大值,而元寶槭在中度干旱時(shí)生物量最高。土壤水分供應(yīng)不足時(shí),兩種櫟屬植物通過(guò)改變生物量在不同器官間的分配比例發(fā)生改變,中度干旱下幼苗地下生物量分配增加,而重度干旱下,幼苗根生物量反而降低。元寶槭幼苗生物量分配不隨水分狀況發(fā)生改變。此外,嚴(yán)重干旱和高水條件下兩種櫟屬植物葉片光合構(gòu)件遭到損傷,熒光參數(shù)降低,導(dǎo)致光抑制產(chǎn)生,導(dǎo)致光合速率降低。然而,元寶槭只在高水條件下,表現(xiàn)出熒光參數(shù)降低。從生理表征判斷,元寶槭對(duì)于水分脅迫的耐受性更強(qiáng),而在好高下的表現(xiàn)卻比櫟類要敏感一·些。水分缺乏時(shí),三種植物能夠通過(guò)降低葉片伸展率、平均葉面積等葉形態(tài)指標(biāo)均降低。總之,三種植物不同葉性狀間以及整體構(gòu)型等調(diào)節(jié)方式的不同,決定了干旱適應(yīng)能力和適應(yīng)方式的差異。然后,利用遮陽(yáng)棚和遮陽(yáng)網(wǎng)模擬林窗和林下的光環(huán)境,并設(shè)置不同的土壤水分含量,研究了槲櫟幼苗對(duì)于不同水分狀況和光照強(qiáng)度的適應(yīng)機(jī)制。研究結(jié)果表明,當(dāng)排除植物大小因素的影響后,干旱脅迫對(duì)槲櫟幼苗的影響比低光更強(qiáng),幼苗主要通過(guò)葉形態(tài)和生物量分配策略的改變適應(yīng)不利環(huán)境。不同個(gè)體間葉表型的可塑性變化主要是環(huán)境變化的結(jié)果,而不是生物量差異的結(jié)果。這就意味著,在葉片水平上評(píng)價(jià)槲櫟幼苗性狀的可塑性變化時(shí),總生物量的影響可以忽略不計(jì),而當(dāng)檢測(cè)不同環(huán)境下植物總?cè)~面積、葉片數(shù)、基徑的變化時(shí),應(yīng)考慮植物大小的影響。植物的不同性狀間存在可塑性等級(jí),即葉片生理、整株植物生長(zhǎng)、葉片形態(tài)和生物量分配、解剖特性。光適應(yīng)葉片的最大量子產(chǎn)量、有效量子產(chǎn)量和電子傳遞速率在干旱條件下顯著降低。但是當(dāng)葉片在低光環(huán)境時(shí),這些參數(shù)增加。低光下,光合作用的非氣孔限制也得到緩解。上述結(jié)果支持光、水交互作用假說(shuō)中的地上促進(jìn)假說(shuō)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè),在干旱區(qū)域,尤其是當(dāng)土壤水分含量低于15%田間持水量的時(shí)候,林下栽植更有利于林木的存活和生長(zhǎng)。接著,通過(guò)向土壤中添加硝酸銨(NH4NO3)模擬大氣N濕沉降水平,并設(shè)置不同的土壤干旱梯度,研究了干旱和N沉降增加兩個(gè)因子對(duì)栓皮櫟和蒙古櫟的綜合作用,并預(yù)測(cè)兩者在其生態(tài)位重疊區(qū)域內(nèi)可能的表現(xiàn)。研究結(jié)果表明,干旱脅迫抑制了幼苗的生長(zhǎng),改變了葉片形態(tài),并降低了兩個(gè)物種的熒光參數(shù)。而N沉降增加對(duì)光系統(tǒng)Ⅱ復(fù)合體(PSII)的養(yǎng)分狀態(tài)和活性有利。兩個(gè)物種對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)是一致的,但是對(duì)N沉降的響應(yīng)不同。與蒙古櫟恰好相反,N沉降提高了栓皮櫟幼苗在水分充足條件下的葉片N濃度、PSII活性、葉片葉綠素含量及生長(zhǎng)量。這意味著栓皮櫟比蒙古櫟對(duì)N沉降更加敏感。然而,過(guò)量N沉降(20 g N m-2 year-1)對(duì)兩個(gè)物種幼苗都產(chǎn)生不利的影響。在所有性狀的可塑性中,生長(zhǎng)指標(biāo)的可塑性最高,葉形態(tài)的可塑性最低。因此,干旱脅迫對(duì)植物整株的生長(zhǎng)起抑制作用,但是N供應(yīng)明顯緩解了干旱脅迫對(duì)植物生理性狀的抑制。研究發(fā)現(xiàn)櫟屬植物幼苗的臨界N沉降值在20 g N m-2 year-1左右,當(dāng)N沉降接近這一值時(shí)會(huì)對(duì)栓皮櫟產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。最后,通過(guò)遮陰網(wǎng)和遮陽(yáng)棚模擬不同大小的林隙、林下光環(huán)境,并向土壤中添加N肥模擬森林土壤N輸入水平,研究?jī)煞N櫟屬植物(栓皮櫟和蒙古櫟)與兩種槭屬植物(元寶槭和三角楓)的幼苗對(duì)不同環(huán)境因子的適應(yīng)策略,及兩者的可塑性高低,推測(cè)未來(lái)人為擾動(dòng)加劇的情況下,兩類物種的響應(yīng)差異。研究結(jié)果表明,從整株生長(zhǎng)和葉片養(yǎng)分濃度來(lái)講,光強(qiáng)顯著改變了兩種槭屬植物幼苗的高度、冠幅、葉片碳濃度,而對(duì)兩種櫟屬植物幼苗的冠生長(zhǎng)和葉片碳水平?jīng)]有顯著作用。從葉形態(tài)角度來(lái)講,兩類植物葉長(zhǎng)／葉柄長(zhǎng)(L1/LPL)對(duì)光照和N添加的響應(yīng)趨勢(shì)相反,櫟屬幼苗葉片L1/LPL在低光下顯著增加,但在N添加土壤中降低,槭屬幼苗葉片L1/LPL對(duì)光照變化不敏感,而在N添加土壤中顯著增加。從葉片光合能力角度來(lái)講,櫟屬幼苗的凈光合速率、熒光特性、葉片N含量在中光下最高,而槭屬幼苗的這些特性在高光下最強(qiáng)。在栓皮櫟和三角楓幼苗中,光照和土壤N養(yǎng)分具有顯著的交互作用。中光下栓皮櫟幼苗的優(yōu)勢(shì)被N肥減弱。高光下加N,栓皮櫟、三角楓幼苗的凈光合速率顯著增加,但在中光或低光下降低。在四個(gè)物種中,三角楓的光適應(yīng)范圍較低,蒙古櫟的可塑性較低。結(jié)果表明栓皮櫟和三角楓在林下環(huán)境中可能對(duì)高N更為敏感,這對(duì)兩者在未來(lái)氣候變化下的生存是不利的,槭屬植物作為植被演替的先鋒物種比演替晚期遮陰耐受性強(qiáng)的櫟屬植物具有更高的可塑性�？傊�,本研究發(fā)現(xiàn),水分、光照、土壤N含量之間存在兩兩交互作用,櫟屬植物槲櫟在對(duì)光照、水分變化做出響應(yīng)時(shí),不同性狀間存在可塑性等級(jí),通過(guò)性狀選擇可以找到評(píng)價(jià)植物對(duì)某一環(huán)境因子的可塑性大小。同時(shí),不同的櫟屬植物之間也有環(huán)境響應(yīng)和適應(yīng)能力的差異,栓皮櫟和蒙古櫟對(duì)干旱和N沉降的敏感性不一致,前者可塑性較強(qiáng),但對(duì)高N的敏感性也很強(qiáng),后者則相反。對(duì)于櫟屬和槭屬植物栓皮櫟、槲櫟和元寶槭而言,他們都具有良好的自我調(diào)節(jié)能力和干旱耐受性,這使得他們成為暖溫帶森林的廣布種和優(yōu)勢(shì)種。櫟屬植物和槭屬植物之間對(duì)水分、光照和土壤N養(yǎng)分含量的適應(yīng)策略是不同的,這也導(dǎo)致兩者在生態(tài)位選擇和演替過(guò)程中處于不同的位置。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q945.79
【目錄】：

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7 田晶會(huì),賀康寧,王百田,張衛(wèi)強(qiáng),尹婧;黃土半干旱區(qū)側(cè)柏蒸騰作用及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年03期

8 李吉躍;多重復(fù)干旱循環(huán)對(duì)苗木氣體交換和水分利用效率的影響[J];北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1999年03期

9 沙麗清,曹敏;西雙版納熱帶季節(jié)雨林林冠下及林窗中土壤養(yǎng)分對(duì)比研究[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1999年06期

10 解蕊;李俊清;;亞高山針葉林冠下缺苞箭竹的克隆生長(zhǎng)[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年08期

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

1 段雷;中國(guó)酸沉降臨界負(fù)荷區(qū)劃研究[D];清華大學(xué);2000年

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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2 王傳華;王愿;李俊清;;光氮耦合作用對(duì)化香幼苗碳平衡的影響[J];植物研究;2012年02期

3 馬國(guó)華,張啟明;赤霉酸和多效唑?qū)ΠQ芋幼苗生長(zhǎng)及誘導(dǎo)開(kāi)花的作用[J];植物生理學(xué)通訊;1995年06期

4 劉力寧;滿秀玲;唐中華;李奕;;水分脅迫及遮光處理對(duì)沙漠植物約書(shū)亞樹(shù)(Yucca brevifolia)幼苗光合特性的影響[J];中國(guó)沙漠;2013年03期

5 于洋;于濤;王洋;閻秀峰;;接種后共培養(yǎng)時(shí)間對(duì)叢枝菌根喜樹(shù)幼苗喜樹(shù)堿含量的影響[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2012年05期

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8 周小云,計(jì)巧靈,劉亞萍;低能離子注入對(duì)小麥種子發(fā)芽及幼苗生理生化的影響[J];生物技術(shù);2005年02期

9 閻秀峰,李晶,祖元?jiǎng)?干旱脅迫對(duì)紅松幼苗保護(hù)酶活性及脂質(zhì)過(guò)氧化作用的影響[J];生態(tài)學(xué)報(bào);1999年06期

10 李芳蘭;包維楷;吳寧;;白刺花幼苗對(duì)不同強(qiáng)度干旱脅迫的形態(tài)與生理響應(yīng)[J];生態(tài)學(xué)報(bào);2009年10期

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1 戴紹軍;環(huán)境因子對(duì)喜樹(shù)幼苗生長(zhǎng)和喜樹(shù)堿含量的影響[D];東北林業(yè)大學(xué);2002年

2 那守海;氮磷營(yíng)養(yǎng)對(duì)落葉松幼苗生長(zhǎng)的調(diào)控[D];東北林業(yè)大學(xué);2008年

3 武高林;青藏高原東部高寒草甸群落常見(jiàn)草本植物種子幼苗更新與生長(zhǎng)研究[D];蘭州大學(xué);2009年

4 韋小麗;喀斯特地區(qū)3個(gè)榆科樹(shù)種整體抗旱性研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2005年

5 李霞;環(huán)境因子對(duì)黃檗幼苗生長(zhǎng)及主要藥用成分含量的影響[D];東北林業(yè)大學(xué);2006年

6 徐楠楠;水分、光照和氮沉降對(duì)五種暖溫帶典型喬木幼苗生理生態(tài)學(xué)特性的影響[D];山東大學(xué);2015年

7 姚瑞玲;不同種源青錢(qián)柳幼苗對(duì)滲透脅迫適應(yīng)機(jī)理的研究[D];南京林業(yè)大學(xué);2007年

8 何斌源;全日潮海區(qū)紅樹(shù)林造林關(guān)鍵技術(shù)的生理生態(tài)基礎(chǔ)研究[D];廈門(mén)大學(xué);2009年

9 閆明;鋁脅迫和叢枝菌根真菌感染對(duì)樟樹(shù)幼苗的生長(zhǎng)和光合作用的影響[D];西南大學(xué);2007年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 徐利霞;石漠化山區(qū)造林樹(shù)種幼苗的抗旱性研究[D];西南大學(xué);2007年

2 呂茜;三峽庫(kù)區(qū)兩種適生樹(shù)種幼苗對(duì)土壤水分含量變化的光合與生長(zhǎng)響應(yīng)[D];西南大學(xué);2010年

3 於艷萍;秋楓幼苗耐蔭性及光合特性研究[D];廣西大學(xué);2013年

4 王麗云;烏桕優(yōu)選單株種子及幼苗生長(zhǎng)與生理特性研究[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2012年

5 王榮;亞熱帶常綠闊葉林兩個(gè)不同功能組樹(shù)種幼苗對(duì)不同光環(huán)境的響應(yīng)與適應(yīng)[D];中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院;2007年

6 莊偉偉;銀沙槐幼苗對(duì)干旱、鹽漬及其交叉脅迫反應(yīng)的研究[D];新疆師范大學(xué);2011年

7 劉麗杰;喜樹(shù)當(dāng)年生幼苗抗旱能力轉(zhuǎn)變關(guān)鍵期研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2006年

8 出小平;不同菌種組合接種對(duì)黑木相思（Acacia melanoxylon）幼苗的生長(zhǎng)生理效應(yīng)[D];福建農(nóng)林大學(xué);2008年

9 陰卓越;4種喬木幼苗對(duì)遮蔭與芒萁葉片水提液的響應(yīng)機(jī)制[D];浙江農(nóng)林大學(xué);2013年

10 李娜;落葉松幼苗對(duì)干旱脅迫及氮添加的生理生態(tài)響應(yīng)[D];東北林業(yè)大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：水分、光照和氮沉降對(duì)五種暖溫帶典型喬木幼苗生理生態(tài)學(xué)特性的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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