增温对云杉属不同物种叶片CO2交换特征的影响

论文摘要

森林生态系统碳循环是生物地球化学循环的重要组成之一,在维持生物圈、大气圈间CO2交换过程起到至关重要的作用。森林植被的CO2交换过程（光合碳固定和呼吸碳释放过程）主要是基于叶片水平之上的。因此,通过研究叶片水平的生理生态特征对增温处理响应的敏感程度和驯化潜能,有利于我们更好的预测小到植物个体、大到生态系统对未来气温升高的响应。本文利用室内增温手段来模拟未来气候变暖,研究增温对中国广泛分布的7个云杉属分类群（红皮云杉、白扦、青扦、青海云杉、云杉、川西云杉和林芝云杉）光合作用和呼吸作用的影响,旨在揭示增温下云杉不同类群叶片水平的CO2交换过程的变化和反馈方式。研究结果表明：（1）7个分类群叶片碳累积速率（Agrowth）对增温处理具有明显种间差异。白扦和青海云杉的碳累积速率在处理间未发生变化,而其余5个分类群均显著下降。进一步拟合分析瞬时温度-碳累积速率响应过程发现,不同云杉对温度驯化的程度存在显著差异。即：在增温处理下,红皮云杉、白扦和青海云杉最适温度下的碳累积速率（Aopt）未显著变化,而其余4个分类群Aopt,显著降低；红皮云杉、白扦、青扦和林芝云杉的碳累积最适温度（Topt）未发生改变,而其余3个云杉分类群Topt显著升高。此外,红皮云杉、青扦、云杉、川西云杉和林芝云杉叶片最大光化学效率（Fv/Fm）显著下降,进而说明其光系统Ⅱ活性下调,致使其增温处理后Agrowth下降。（2）7个云杉分类群的叶片碳释放速率（Rgrowth）对增温处理也表现出种间差异。青海云杉、云杉、川西云杉和林芝云杉Rgrowth变化不显著,而其余3个不同云杉分类群Rgrowth显著升高。进一步拟合分析瞬时温度-碳释放速率响应过程发现,这种差异主要是由于不同云杉对温度驯化的程度不同引起的。即：青海云杉、云杉、川西云杉和林芝云杉的Q10（温度每升高10℃,呼吸速率升高的倍数）降低,呈现“Ⅰ型”温度驯化模式,进而导致增温后Rgrowth变化不显著。其余3种云杉Q10对温度响应不敏感,完全未发生增温驯化,从而导致增温后Rgrowth升高。（3）增温处理下7个不同云杉分类群叶片CO2交换过程（R/A）具有明显种间差异。除青海云杉外,其余6个分类群叶片R/A显著下降,这主要是由于上述叶片碳累积和释放过程对增温的驯化响应模式不同引起的。综上所述,我们得到以下结论：（1）增温处理下,青海云杉叶片CO2交换过程稳定性更高,而其余6个云杉类群对增温处理更为敏感；（2）所试云杉物种种间的温度驯化响应方式具有特异性,对增温驯化表现出复杂的响应机制；（3）与光合过程相比,云杉呼吸代谢更易发生温度驯化适应现象；（4）增温后云杉属植物叶片Agrowth和Rgrowth变化不同步,主要是由于叶片碳累积和释放过程对增温驯化响应不一致引起的。据此,我们可推测在未来全球气候变暖背景下,多数云杉物种R/A升高,会减弱植被对大气CO2浓度负反馈效应。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 中英文简写对照表
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 增温对植物碳固定的影响
• 1.2.1 植物光合作用对增温的响应
• 1.2.2 光合作用对温度驯化的适应机制
• 1.3 增温对植物碳释放的影响
• 1.3.1 植物呼吸作用对增温的响应
• 1.3.2 呼吸作用对温度驯化的适应
• 1.3.3 呼吸作用温度驯化适应模型
• 2交换特征（R/A）的影响'>1.4 增温对植物叶片CO₂交换特征（R/A）的影响
• 1.5 本实验的目的和意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 材料来源
• 2.2 生长情况和实验设计
• 2.3 叶片气体交换参数的测定
• 2.3.1 碳累积速率的测定
• 2.3.2 碳释放速率的测定
• 2.4 叶片性状指标的测定
• 2.5 叶绿素荧光参数的测定
• 2.6 数据拟合方法
• 2.6.1 光合-温度曲线的拟合
• 2.6.2 呼吸-温度曲线的拟合方法
• 2.7 统计分析
• 第三章 结果
• 3.1 增温对云杉属物种叶性状的影响
• 3.2 增温对云杉属物种碳累积速率和碳释放速率的影响
• 3.3 增温对云杉属物种光合、呼吸作用驯化的适应机制
• 3.3.1 增温对云杉属物种光合作用驯化的适应机制
• 3.3.2 增温对云杉属特种呼吸作用驯化的适应机制
• 2交换特征（R/A）的影响'>3.4 高温处理对CO₂交换特征（R/A）的影响
• 3.5 光合作用、呼吸作用以及叶性状指标与年生物温度间的相互关系
• 第四章 讨论
• 4.1 叶性状对增温的响应差异
• 4.2 光合作用对增温的响应差异
• 4.3 呼吸作用对增温的响应差异
• 2交换特征（R/A）的影响'>4.4 增温处理对CO₂交换特征（R/A）的影响
• 第五章 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 在校期间发表文章
• 致谢