不同种源栓皮栎幼苗对CO2增加和N增加的生理生态特性响应

摘要

栓皮栎（Quercus variabilis）在我国分布极为广泛，是研究植物对环境变化的响应的理想树种。本研究采集栓皮栎分布的北界（辽宁）、中部（湖北）和南界（云南）栓皮栎种子，培育成幼苗。在人工气候室内研究CO2增加和N沉降对1年生栓皮栎幼苗的影响，实施如下4种处理：对照(ACCK)；施氮（120kgN/hm2）(ACN)；CO2倍增（700μmol/mol）(ECCK)；CO2倍增（700μmol/mol）+氮（120kgN/hm2）(ECN)，一个生长季后，在室外进一步观测CO2增加、施氮及C-N交互作用处理后对三个种源2年生栓皮栎幼苗的时滞效应。通过研究栓皮栎幼苗对CO2增加、N沉降及两者交互作用的生理生态响应，探索南界、中部和北界种源栓皮栎对环境变化的生理生态适应机制。主要结论如下：
　　 ⑴CO2增加、施氮及C-N交互作用均会促进1年生栓皮栎幼苗的生长，产生很多“复利效应”，如枝数会明显增多、生物量增大，且这种效应会持续，使得2年生栓皮栎幼苗的生长也大于对照。其中，C-N交互作用的促进作用最为显著。
　　 ⑵CO2增加、施氮及C-N交互作用对栓皮栎叶片形态影响较小，后两种处理使辽宁栓皮栎叶片长、宽和面积增加，但是长宽比和比叶面积不变，而湖北和云南栓皮栎幼苗叶形态在各种处理下均无显著变化。
　　 ⑶营养元素在幼苗各器官中的分配格局在各处理中表现一致，均表现为N和K含量叶＞根＞茎， P含量茎=叶＞根。CO2增加、施氮会改变栓皮栎幼苗的营养元素含量，其中叶N含量变化较为一致，各种源1年生幼苗均表现为CO2增加处理下降低，施氮处理下增加，C-N交互处理下仅南界栓皮栎表现出降低。叶P和K均表现为不变或降低。营养元素的降低可能是因为叶片生物量的增加量大于叶片营养元素的积累量，从而产生了“稀释效应”。施氮使栓皮栎对N含量吸收增加，可能会降低对P和K的吸收利用，且影响会长期延续（2年生幼苗也表现出P和K含量降低或不变）。
　　 ⑷CO2增加降低了栓皮栎幼苗叶片的光合色素含量，施氮使其增加，而两者交互作用表现为“中和效应”，即与对照无显著差异。本文中CO2增加和施氮处理下叶N含量和光合色素含量表现为同步变化。但是，C-N处理下南界栓皮栎叶N含量降低，光合色素含量并没下降，表明光合色素不只受N含量的影响。
　　 ⑸CO2增加、施氮及C-N交互作用使1年生栓皮栎幼苗光合能力增强，具体表现在各光合特征参数的增大。去除CO2增加和施氮处理后，2年生栓皮栎幼苗光合能力又恢复至原来的水平，与对照比无显著差异。CO2短期增加（30天）栓皮栎幼苗光合增强，长期（100天）处理下，栓皮栎幼苗的最大羧化速率(Vcmax)和最大电子传递效率(Jmax)较对照低（差异不显著），即出现了略微的“光合下调”，施氮处理能解除这种下调效应，表现为C-N交互作用的栓皮栎幼苗Vcmax和Jmax与对照无差异。“光合下调”效应会延续，2年生栓皮栎幼苗在自然条件下Vcmax和Jmax仍然低于对照（差异不显著）。
　　 ⑹三个种源非结构性碳水化合物(NSC)含量对环境响应的差异较大，这可能是因为不同区域栓皮栎由于长期在不同环境中生长，对环境的适应机制产生了一定的分化，表现出差异，而且NSC在植物体内处于不断被同化生产和异化消耗的平衡作用中，本身就具有较大的变动性。NSC含量影响植物的生长和植物对环境的耐受性（抗寒性等），因此，它可能是影响植物分布的重要因子之一。经CO2增加、施氮及C-N交互作用处理后的北界栓皮栎2年生幼苗，生长季末“汇”（茎和根）器官中NSC均增加，表明其抗寒性增强。
　　 ⑺CO2增加、氮沉降会对栓皮栎幼苗产生较大的影响，表现为生长速度和一系列生理生态特征参数的变化。不同种源栓皮栎幼苗对环境变化的响应存在一定差异，即对环境的适应机理所有差异，这与它们长期处于不同环境中有关。其中，北界栓皮栎对环境变化更为敏感。在未来全球变化中，栓皮栎的分布界限可能会发生移动，分布范围会扩大。

目录

声明

论文说明

摘要

缩略名词表

1 前言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 CO2增加对植物生理生态影响

1．2．2 N沉降对植物生理生态影响

1．2．3 CO2浓度增加和N沉降交互作用对植物生理生态特征的影响

1．2．4 栓皮栎生理生态研究现状

1．3 研究内容及目的

1．4 技术路线

2 研究地区与研究方法

2．1 研究材料

2．2 研究方法

2．2．1 形态和生长指标

2．2．2 光合生理特征

2．2．3 生物量与叶形态

2．2．4 光合色素

2．2．5 营养元素(N、P、K)的测定

2．2．6 非结构性碳水化合物

2．2．7 数据处理

3 结果与分析

3．1 CO2浓度增加和施氮对不同种源栓皮栎幼苗的影响

3．1．1 CO2浓度增加和施氮对栓皮栎幼苗的影响

3．1．2 CO2浓度增加和施氮对栓皮栎幼苗的时滞效应

3．2 种源对栓皮栎幼苗的生理生态影响

3．2．1 不同种源对相同处理栓皮栎幼苗的影响

3．2．2 不同种源对相同处理后栓皮栎幼苗的时滞效应

3．3 CO2增加和施氮处理栓皮栎幼苗生理生态特性比较

3．3．1 CO2增加和施氮处理下栓皮栎幼苗生理生态特性比较

3．3．2 CO2增加和施氮处理后对各种源栓皮栎幼苗生理生态特性的时滞效应

4 讨论与结论

4．1 CO2增加和施氮对栓皮栎幼苗的生理生态影响

4．2 CO2增加和施氮对栓皮栎幼苗生理生态影响的时滞效应

4．3 主要研究结论

4．4 研究不足与展望

参考文献

致谢