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天然白刺灌丛对人工模拟增雨的响应

张金鑫  
【摘要】:为揭示荒漠生态系统对未来降雨时空变化的适应策略,探讨降水增加情境下荒漠植物的生理生态变化特征,本文选择甘肃民勤荒漠生态系统定位观测研究站的天然白刺灌丛作为研究对象,采取5种开放式人工模拟增雨梯度(+0%、+25%、+50%、+75%和+100%多年平均降水量),分析白刺灌丛土壤水分时空动态变化、枝叶形态特征及其生理生态指标对不同增雨梯度的响应,揭示叶片性结构状指标与功能性状指标的关系及其对不同增雨梯度的响应,研究的主要结论如下: (1)不同增雨处理对白刺灌丛不同土层含水量的影响随时间变化存在差异。增加75%、100%多年平均降水量的条件下,白刺灌丛10cm土层含水量能够得到显著提高。2011年在5、7月增雨后1天的30cm土层和增雨后第3天的50cm土层,100%增雨处理的土壤含水量均显著大于0%处理。 (2)2010年和2011年的6—9月,100%增雨处理能够显著增加白刺当年生枝叶生长的增长量,75%增雨处理显著增加2011年白刺当年生枝叶生长的增长量。2011年75%、100%增雨处理的以上5项枝叶形态指标增长量出现显著差异的阈值明显低于2010年。 (3)增雨处理能够提高白刺叶片对光合有效辐射的利用范围,增强对光的吸收、转化和利用能力。白刺叶片光响应参数的最大净光合效率、表观量子效率、光饱和点随增雨梯度的增加而增加,而光补偿点和气孔限制值则呈减小趋势。其中,100%增雨处理的白刺叶片表观量子效率比0%处理的显著增加70.00%。 增雨处理能够促进白刺叶片的生理代谢活动。白刺叶片水势、蒸腾速率在整个生长季随增雨梯度的增加而增加,但水分利用效率却减小。7—9月增雨后第1天,100%增雨处理的以上指标均与0%达到显著差异。白刺叶片净光合速率与水分利用效率、叶水势的关系在不同月份存在差异。 (4)白刺叶片结构性状指标对不同增雨处理的响应存在差异。7—9月,白刺比叶面积、氮素利用效率随增雨梯度的增加而增加,但叶片干物质含量、单位面积叶氮含量、平均叶寿命则呈降低的变化趋势。其中,25%、50%、75%、100%增雨处理的平均叶片寿命比0%处理的显著缩短2.00d、2.25d、5.00d、7.75d。白刺的平均叶寿命与叶片干物质含量、单位重量叶氮含量、单位面积叶氮含量呈正相关,而与比叶面积呈负相关。 (5)叶片结构性状与功能性状具有的良好关系表征了白刺对环境的趋同适应策略。白刺单位重量叶氮含量、单位面积叶氮含量在7—9月随叶片净光合速率的增加而增加,平均叶片寿命与净光合速率、氮素利用效率具有显著负相关,而与叶片水分利用效率呈显著正相关而与花枝长度、营养枝长度、花枝基径、营养枝基径、花枝干重、营养枝干重均具有极显著负相关,与10cm土层含水量具有显著负相关。通过本研究所建立的回归方程可知,白刺单位面积叶氮含量对叶片寿命的影响最大,而氮素利用效率对叶片寿命的影响最小。


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