模擬氮沉降對亞熱帶森林演替代表樹種光合生理和光譜反射的影響.pdf

1、由于工業(yè)生產(chǎn)、石化燃料燃燒、農(nóng)業(yè)化肥使用及畜牧業(yè)發(fā)展等人類活動改變了氮元素從大氣向陸地生態(tài)系統(tǒng)輸入的方式和速率,產(chǎn)生了一系列的生態(tài)環(huán)境問題。全球變化背景下的氮沉降研究已經(jīng)成為國際生態(tài)和環(huán)境研究的熱點內(nèi)容之一?？偹苤?氮元素既是植物生長不可或缺的營養(yǎng)因子也是葉片內(nèi)各種化合物的主要組成元素。大氣氮沉降的增加改變了氮元素在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán),影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、以及植物的生產(chǎn)力、植物間的競爭格局、并改變物種的組成和物種的多樣性。而中國的

2、亞熱帶森林隨著氮沉降的增加正面臨著進一步的威脅。本文選取了亞熱帶森林演替的代表樹種馬尾松(Pinus massoniana Lamb)、木荷(Schima superba)、青岡(Cyclobalanopsis glauca)進行模擬氮沉降實驗,設(shè)置了4個氮沉降處理梯度:對照(CK:0g·m-2·yr-1)、低氮(LN:6g·m-2·yr-1)、中氮(MN:12g·m-2·yr-1)、高氮(HIN:24g·m-2·yr-1),采用實時觀

3、測技術(shù),利用高光譜地基數(shù)據(jù),通過分析不同氮沉降梯度對3種植物葉綠素含量、光響應(yīng)曲線、氣體交換參數(shù)、光譜反射率、光譜紅邊參數(shù)的影響,一方面加深我們對亞熱帶常綠闊葉樹種幼苗的生理需求和生態(tài)特征的認識,另一方面通過比較,發(fā)現(xiàn)不同氮沉降速率對不同演替時期代表物種光合作用等的生理生態(tài)影響機制。本實驗得到以下結(jié)論:
　　 馬尾松:兩期實驗中低氮組的葉綠素含量最大,中高氮組則受到不同程度的抑制。其在秋季(2010年10月和2011年10月)時

4、的光合速率明顯大于夏季,且高濃度氮沉降總體上是促進其光合作用。同時發(fā)現(xiàn)氮處理增大了其氣孔導(dǎo)度,胞間CO2濃度在光強小于300μmol·m-2·s-1時,且不同處理間差異不顯著。蒸騰速率在實驗期間呈逐年增加的趨勢。馬尾松的水分利用率在實驗期間呈現(xiàn)逐年降低的趨勢,其中高氮組馬尾松的水分利用率最大。2010年10月試驗期,馬尾松對照組中,葉溫T1和大氣CO2濃度Ca是影響凈光合速率的主要環(huán)境因子。低、中、高氮組中葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣C

5、O2濃度Ca和大氣濕度RH都與凈光合速率有明顯的回歸關(guān)系。2011年6月期實驗中,大氣CO2濃度是影響馬尾松凈光合速率的主要環(huán)境因子。低、中、高氮組仍是葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH為主要影響因子。在2011年10月期實驗中,對照組中影響凈光合速率的環(huán)境因子增多,主要為葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH。而低、中、高氮組中,則主要是葉溫T1、大氣CO2濃度Ca兩個環(huán)境因素。兩期實驗相比可以

6、發(fā)現(xiàn),高氮組馬尾松在可見光區(qū)的發(fā)射率始終最大,說明持續(xù)的氮沉降處理對其在可見光區(qū)的反射率影響不顯著。馬尾松低氮組的兩個歸一化植被指數(shù)NDⅥ、gNDⅥ和兩個比值植被指數(shù)均是最大。
　　 木荷:木荷在兩期實驗中三個氮沉降梯度實驗組的葉綠素含量均受到不同程度的抑制,中氮組木荷的葉綠素含量最低,且不同實驗組的差異明顯。在不同季節(jié)中,高氮處理下的木荷光合速率始終是最大的。氣孔導(dǎo)度在實驗期間呈逐年增加,高氮處理的氣孔導(dǎo)度始終是最大的。木荷的

7、胞間CO2濃度在光強大于500μmol·m-2·s-1后,隨光強增大的減小的趨勢變緩,達到飽和。木荷的蒸騰速率與光照強度呈線性增加關(guān)系。在光強為1500μmol·m-2·s-1時,高氮組木荷的蒸騰速率最大,不同年份和季節(jié)之間,蒸騰速率的差距也較大。低氮組木荷的水分利用率為最大,且高氮和中氮處理對木荷水分利用率的影響差異不顯著,均低于對照組和低氮組。2010年6月期實驗中,葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH是影響木荷

8、凈光合速率的主要環(huán)境因子。2011年6月期實驗中葉溫T1、大氣CO2濃度Ca影響中、高氮組木荷凈光合速率的主要環(huán)境因子。2011年10月期實驗中,葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH是影響對照組、低氮組和中氮組的主要環(huán)境因子。葉溫T1、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH是影響高氮組的主要環(huán)境因子。低氮組和中氮組木荷在紅光吸收谷波段的反射率差異不顯著,均為最大值。中氮組木荷的兩個歸一化植被指數(shù)NDⅥ、gNDⅥ和兩個比值植

9、被指數(shù)最大。
　　 青岡:青岡在兩期實驗記錄中,葉綠素含量對氮沉降的響應(yīng)不是很明顯,不同濃度處理梯度直接的差異不顯著,氮沉降對青岡葉綠素含量無明顯影響。不同實驗處理組的光合速率變化不明顯。對照組氣孔導(dǎo)度明顯低于氮沉降處理,且高氮組的氣孔導(dǎo)度最大。青岡不同氮沉降處理的的胞間CO2濃度均大于對照組,且高氮組的最大。氮沉降處理的青岡的蒸騰速率均大于對照組,其中低氮組青岡的蒸騰速率最大。夏季實驗中,低氮處理的青岡水分利用率明顯大于其他處

10、理組,而在秋季中,則為對照組最大。不同濃度氮沉降處理之間的差異不明顯。在2010年6月期實驗中,大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH是影響青岡低氮組和高氮組凈光合速率的主要環(huán)境因子。葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH是影響對照組合中氮組的主要環(huán)境因子。在2011年6月期實驗中,葉溫T1、大氣溫度Ta、大氣CO2濃度Ca和大氣濕度RH是影響青岡對照組及中氮和高氮組的主要環(huán)境因子。而葉溫T1、大氣CO2濃度C