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1、模拟增温对川西北高寒草甸两种典型植物生长和光合特征的影响应用与环境生物2009,15(6)750-755ChinJApplEnvironBioI=ISSN1006-687X2009一l2-z25DOI:l03724/SPJ1145200900750模拟增温对川西北高寒草甸两种典型植物生长和光合特征的影响术石福孙吴宁料吴彦王乾(中国科学院成都生物研究所生态恢复重点实验室成都610041)摘要在野外自然条件下采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,研究了增温对川西北高寒草甸两种典型植物一一单子叶草本植物发草(Deschampsiacaespitosa)和双子叶草本植物遏蓝菜(ThlaspiaFV
2、eHSC)生长和光合特征的影响.结果表明,增温有利于发草地上生物量的增加,其光响应曲线明显高于对照处理,净光合速率(P),蒸腾速率(),气孑L导度(C),最大净光合速率(尸),暗呼吸速率(R),表观量子效率(AQY)和光饱和点(LSP)显着高于对照处理,而光补偿点(LCP)却显着低于对照处理,并且最大光能转化效率(,),光合量子产量(Yield),光化学猝灭系数(qp)和非光化学猝灭系数(q)与对照处理相比,都显着增加;增温后遏蓝菜的单株生物量积累显着下降,其光响应曲线也明显低于对照处理,cs,P,AQY和LsP显着低于对照处理,在增温后显着减少,而却显着增加.图表参25mRYieldtlq5
3、3关键词川西北;增温;发草;遏蓝菜;生长;光合特征CLCS948.112.2(271)EffectofSimulatedTemperatureEnhancementonGrowthandPh0tOsvnthesisOfDeschampsiacaespitosaandThlaspiarvenseinNorthwesternSichuan,ChinaSHIFusun.WUNing*.WUYan&,NGQian(ECORESLab,ChengduInstituteofBiology,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China)AbstractOp
4、entopchamber(OTC)wasadoptedtosimulatetemperatureenhancementinthefield,andthisstudyfocusedontheeffectoftemperatureenhancementonthegrowthandphotosyntheticcharacteristicsoftwoalpineplantsDeschampsiacaespitosa(gramineousgrass)andThlaspiarvense(forb)innorthwesternSichuan,China.Thetemperatureenhancementev
5、identlyincreasedtheabovegroundbiomassofD.caespitosacomparedtothecontrolplot,andthenetphotosynthesisrate(尸n),transpirationrate(,stomatalconductance(c),maximumnetphotosynthesisrate(尸),darkrespirationrate(Rd),apparentquantumyield(AQY),andlightsaturationpoint(LSP)ofD.caespitosawereobviouslyhigherthantho
6、seofthecontrolplot.However,thephotosyntheticlightcompensation(LCP)ofD.caespitosainOTCwassignificantlydecreased.ThechlorophyllfluorescencekineticparameterssuchasF/Fro,yield,qP,andqNweremarkedlyincreasedcomparedtothecontro1.However,warmingtreatmentsignificantlydecreasedtheindividualabovegroundbiomassa
7、ccumulationofarvense,andevidentlydecreasedthelightresponsecurvescomparedtothecontrolplot,andthe尸n,C,P,Rd,AQYandLSPwereobviouslylowerthanthoseofthecontrolplot.Besides,F/,yield,andqPweremarkedlydecreasedaftertemperatureenhancement,butgNevidentlyincreased.Fig5,Tab3,Ref25KeywordsnorthwesternSichuan;temp
8、eratureenhancement;Deschampsiacaespitosa;Thlaspiarvense;growth;photosyntheticcharacteristicCLC$948.112.2(27l,大量监测和模拟研究表明,由上个世纪开始的全球温室效应正在继续和扩大,全球表面平均温度在过去一个世纪中已上升了0.6,在高纬度和高海拔地区温度升幅更大.根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)公布的第4次评估报告,由于温室气体排放的增加,预测到本世纪末全球地表收稿日期:2008.1119接受日期:2009.03.04国家自然科学基金(Nos4067118130870396),国家十
9、一五科技支撑计划(Nos.2006BAC01A00.11,2006BAC01A00.15)和四川省青年基金(No09ZQ026-087)共同资助SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChinafNos.40671181.30870396),theNationall1FiveyearPlanScience&TechnologyProgramofChina(Nos2006BAC0lA00-l1.2006BAC0lA00.15)andtheYouthFundofSichuan,China(No09ZQ026087)通讯作者Corres
10、pondingauthor(Email:)还将平均增温1.16.4【3.温度控制着生态系统中许多生物和化学反应速率,并起到调节生态系统能量,水和养分流的作用.增温对植物的影响可分为直接和间接两种作用.首先,增温将直接改变植物的光合能力和生长速率;间接的影响主要包括改变土壤含水量和对营养物质的利用.在增温环境条件下,物种间的竞争关系必然发生变化l7】,不同物种对新的环境条件表现出不同的适应方式IS】,这势必对植物的生长及生理生态特性产生巨大的影响.研究表明,青藏高原地区存过去30a内平均气温以每l0aO.32cc的速率增加91,干暖化趋势Et趋严重10.青藏高原植被对增温的影响十分敏感,但有关不
11、同经济类群植物对气6期石福孙等:模拟增温对川西北高寒草甸两种典型植物生长和光合特征的影响751候变暖响应的研究结论却各不相同.王谋等(2004)和李英年(2000)的研究结果表明,气候暖干化导致植被明显退化,并由此造成高寒草甸禾本科牧草产量不同程度地减少uo-n.而Zhang等(1996)和周华坤等(2000)在海北对矮嵩草草甸的模拟研究表明,在短期的增温条件下,群落的总生物量变化不明显,但增温导致禾草生物量显着增加,而杂草生物量显着减少_l2一.因此,我们以广泛分布于川西北高寒草甸的两种植物一一单子叶草本植物发草(Deschampsiacaespitosa)和双子叶草本植物遏蓝菜(Thlas
12、piarvense)为对象,在野外自然条件下采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,研究了两种不同经济类群植物的生长对增温的响应,并通过测定和分析两种植物在增温处理下气体交换和叶绿素荧光参数的变化特点,进一步揭示其适应增温的生理机制.1材料与方法1.1研究区域研究地点位于四川I省松潘县卡卡沟(32.51N,103.33E,海拔3400m)(图1).区域气候主要受高原大地形影响,冬半年主要受来自北方和高原的冷高压控制,夏半年主要由来自低纬度的西南和东南暖湿气流控制.气温变化快,昼夜温差大.年平均气温为2.8,一月均温一7.6,七月均温11.7cc,无绝对无霜期,年10积温428.6;年平均降水
13、量717.7mm,80%集中在51oB.植被类型以禾草类植物为主,混生大量杂类草.土壤层较厚,主要是山地暗棕壤,呈酸性,pH值为6.2.气温和地下05cm,1015c眦土壤的相对含水量.在整个生长季内,数据采集间隔为30min.1-3生长测定2008年8月底,分别在每个OTC内和对照样地内,按0.5mx0.5m的样方大小收割发草的地上生物量,而遏蓝菜则随机收割5株地上生物量.将收获的两种植物的地上生物量带回实验室,在65下烘干至恒重并称重.1.4植物光合生理指标的测定由于研究区域的植物生长期短,植物的个体生长通常在8月底才达到其生物量积累的最大值,这一时期植物的光合生理指标也处于相对稳定状态.
14、因此,我们从2008年8月16日起至8月30日止,每隔一周选择晴朗的天气测定一次两种植物的光合生理指标,共测定3次,以其平均值作为该植物在该时间段的光合生理参数.具体方法如下:气体交换的测定:在OTC内和OTC#b的对照样方,两种植物各选取3株,用便携式光合仪(ModelLI一6400,LiCor,Inc.,Lincoln,NE,USA)在晴天上午光照充足且相对稳定的时间内测定完全展开的叶片的光合作用,每株重复测定5次.在测定过程中,用LI一6400A工光源将光合有效辐射(PFD)维持在(1000:t-50)gmolm.s.,叶室内温度为(184-1.5),CO浓度为(36010)tmmolm
15、ol.测定2种植物的瞬时净光合速率,lamol(CO,)m.s-1,蒸腾速率(,mmolm.s.),气孔导度(Cs,mmolm.s-1)和胞问c02浓度(,gmoltool.).光合光响应曲线的测定:所有测定均在相对一致的.,H,j,uProvince0f一f一,MaOt,山_>w0rIc-Ia吒;图1研究地点卡卡沟位置示意图Fig.1Locationofthestudiedsite(KakaValley)inwesternSichuan,China1.2样地设置在卡卡沟试验基地的围栏草地(2002年围栏)_14】内,选取地势平坦,植被分布相对均一的高寒草甸草地(30mx30m)作为试验样地.2006年3月,在试验样地内随机布设增温样方和对照样方各5个(1.5mx1.5m).开顶式生长室(OTC)使用材料为美国产玻璃纤维,为了减小对降水的影响,同时为了保证足够的取样次数,开顶式生长室为立方体结构,横截面面积为2.25mz,由于川西北高寒草甸植物个体较高,开顶式生长室的高度设计为1.5m.采用AR5数据采集器,通
