樹枝綠色組織碳固定特征及其對林分碳平衡的影響.pdf

1、葉片是林木進行光合作用來固定空氣中碳的主要同化器官，非同化器官樹枝內(nèi)的綠色組織是否也進行類似光合作用來固定空氣中的碳？若有的話，這一非同化器官光合碳固定與葉片存在哪些差異，而且其固碳效果對整個植株甚至整個林分貢獻的大小怎樣是本項研究的研究目的。本文選擇落葉松、小葉丁香和銀白楊為研究對象，通過對比葉片和樹枝對不同礦質(zhì)元素虧缺施肥的反應、對比葉片和樹枝的光譜特征參數(shù)差異、野外長期光合功能測定、并以落葉松林為例，通過對比樹枝光合功能與林分凈生

2、態(tài)系統(tǒng)交換量NEE、生態(tài)系統(tǒng)呼吸RE、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力GEP和土壤呼吸不同組分的差異，探討了樹枝綠色組織對林分碳收支的可能影響。主要結(jié)論如下：
　　1、礦質(zhì)元素對林木葉片和樹枝中綠色組織光合功能的影響
　　對落葉松、小葉丁香和銀白楊進行為期1年的不同礦質(zhì)元素(N、P、K、Ca、Mg、B)缺失處理下，葉片和樹枝綠色組織均表現(xiàn)為該缺失元素的在該器官的減少，而且缺失某一元素條件下似乎會影響其它元素在植株體內(nèi)的分布。比如在缺鎂處理的條

3、件下使得葉片和樹枝中的氮元素含量均減少。在一年的處理時間內(nèi)，礦質(zhì)元素的缺失對樹枝和葉片光合電子傳導速率的影響，沒有發(fā)現(xiàn)一致性的規(guī)律。三種林木樹枝內(nèi)的C4相關(guān)酶MDH、PEPC、PEPCK和ME含量多高于葉片內(nèi)相應的值，顯示樹枝內(nèi)的光合途徑有可能為C4途徑，而在不同礦質(zhì)元素缺失處理下，樹枝和葉片內(nèi)各酶的含量的相對變化，沒有發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。
　　2、光譜特征參數(shù)對葉片和樹枝綠色組織葉綠素含量、光合功能表征
　　樹枝和葉片比較而言，

4、葉片的光譜參數(shù)與葉綠素含量多呈現(xiàn)更高的相關(guān)性，也有更多的參數(shù)與之相關(guān)。樹枝也找到了幾個相關(guān)性達到顯著水平的光譜參數(shù)，分別是:Chl.a+b(mg·g-1FW)與ZM、BRI1、VOG1、GM2存在顯著線性相關(guān)關(guān)系，其中GM2也與葉片葉綠素存在顯著相關(guān)關(guān)系; Chl.a+b(mg·m-2)與MCARI1、RDVI、NTVI1存在顯著相關(guān)關(guān)系，其中RDVI與葉片葉綠素含量也存在顯著相關(guān)關(guān)系。
　　對葉片和樹枝的ETR之間的比值，以及E

5、TR/Chl.a+b的比值分析中，葉片的ETR要高于樹枝的ETR，但單位Chl.a+b的ETR七種植物的葉片高于樹枝，12中植物的葉片低于樹枝，也就是這12種植物樹枝中的Chl.a+b效率要高于葉片。且分析值中單個樹種的ETR/Chl.a+b值較穩(wěn)定，標準誤差較小，所以只要有葉綠素含量理論上就可以計算出光合電子傳導速率。
　　3、樹枝和葉片光合功能的長期測定及其固碳量的估算
　　與葉片葉綠素的劇烈季節(jié)變化（10-20倍之間）

6、不同，落葉松、小葉丁香和銀白楊樹枝內(nèi)綠色組織的葉綠素含量季節(jié)性變化不明顯（2-3倍之間）。在有葉期，楊樹和丁香多表現(xiàn)為葉片的光合電子傳導速率(ETR)高于樹枝，而落葉松表現(xiàn)為葉片的ETR稍低于樹枝;而落葉期內(nèi)三個樹種，樹枝均表現(xiàn)出10-50μmol.m-2s-1的ETR，說明有別于葉片，樹枝綠色組織全年均具有一定的光合功能。樹枝綠色組織的ETR與空氣溫度存在顯著的指數(shù)相關(guān)關(guān)系，其中落葉松為:y=13.997e0.0401x;丁香為:y=

7、8.3725e0.0566x;楊樹為:y=8.7092e0.0695x，這些關(guān)系較葉片的相關(guān)關(guān)系更加顯著。與葉片類似，樹枝綠色組織光合速率和ETR均與光照存在直角雙曲線關(guān)系，飽和點均在400μmol·m-2·s-1光合有效輻射下。以落葉松為例，通過環(huán)境因子（空氣溫度和光照）與ETR的相關(guān)關(guān)系，估計結(jié)果為:落葉松樹枝的年固碳量為4.09mol·m-2，葉片的年固碳量為84.82 mol·m-2。
　　4、落葉松人工林碳循環(huán)渦度協(xié)方差

8、法觀測
　　生長季節(jié)的白天，當PAR達到900μmol·m-2·s-1時候NEE分布分散，PAR大于1500μmol·m-2·s-1時候NEE逐漸趨于飽和。對落葉松人工林全年的生態(tài)系統(tǒng)呼吸總量估計的月累計量最大值出現(xiàn)在7月份，為119.8 g·m-2·yr-1;最小值出現(xiàn)在1月份，為26.48g·m-2·yr-1。光合系統(tǒng)固碳量最大值出現(xiàn)在8月份，為118.93 g·m-2·yr-1;年呼吸總量為854.71 g·m-2·yr-1

9、。初級生產(chǎn)力最大值出現(xiàn)在8月份，為235.03 g·m-2·yr-1;年初級生產(chǎn)力為1003.63 g·m-2·yr-1。生態(tài)系統(tǒng)年固碳量為148.92 g·m-2·yr-1。
　　5、落葉松人工林土壤呼吸及其不同組分的測定
　　環(huán)境因子包括土壤溫度土壤呼吸總量的響應關(guān)系很密切，而土壤濕度對采用土壤溫度來估算土壤呼吸不會產(chǎn)生大的偏差，故本文采用土壤溫度-呼吸速率擬合公式估算呼吸總量。四種林分的土壤溫度和王壤濕度對土壤呼吸總量

10、的擬合公式如表6.1所示，通過擬合公式計算各林分土壤個總呼吸分別為:疏伐落葉松人工林86.19 mol·m-2·yr-1;落葉松人工林80.74 mol·m-2·yr-1;紅松人工林110.56 mol·m-2·yr-1;水曲柳人工林113.50mol·m-2·yr-1。落葉松人工林土壤微生物、枯枝落葉和根系呼吸所占的比例為:46％，33％，21％。
　　6、落葉松林樹枝光合碳固定對林分碳循環(huán)的影響
　　樹枝的固碳量與葉片的