基于叶片功能性状探讨人工增温和氮添加对南亚热带森林优势树种的影响

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自工业革命以来,人类活动导致全球气温的上升以及大气氮沉降的加剧,对植物的生长与存活产生了重大影响。植物叶片功能性状(叶片导水率、气孔大小与密度、气孔导度、叶片膨压丧失点等)表征植物的生长状况与抗旱能力,对植物适应环境的变化具有重要的指示作用。受南亚热带季风气候的影响,我国华南地区的常绿阔叶林植物对全球变化(如温度升高、氮沉降加剧)尤其敏感。因此,研究南亚热带常绿阔叶林优势树种在人工增温与氮添加条件下的叶片功能性状的变化,有望深入了解该地区森林植物对气温上升和氮沉降加剧的响应规律及其调控机制。本论文选取位于广东省肇庆市鼎湖山与广东省英德市石门台国家级自然保护区的常绿阔叶林优势树种,开展以下研究:(1)在鼎湖山选取荷木与红车两种植物,利用透明玻璃开顶箱装置,实现人工增温2℃,测定相关叶片功能性状(如:气孔大小与密度,光合速率等),结合气孔结构的变化,探讨两种植物对气温升高的适应策略;(2)依托华南植物园的林冠氮沉降实验平台,在石门台选取林冠优势树种荷木与锥栗,林下优势树种罗伞与柏拉木,通过对比林冠和林下氮添加对植物叶片功能性状(如:叶片导水率,光合速率,膨压丧失点等)的影响,探讨南亚热带常绿阔叶林优势树种对氮沉降的响应及其生理生态调控机理。本论文的主要研究结果如下:  (1)与对照相比,增温导致荷木与红车的凌晨水势和正午水势均显著降低,荷木的气孔密度显著下降,而气孔大小保持不变,红车的气孔密度不变,但气孔显著减小,荷木净光合速率与气孔导度均显著降低,而红车差异不显著;同时,增温使荷木气孔导度对叶片水势及大气水汽压亏缺的敏感度显著降低,而红车的差异不显著。因此,增温条件下,荷木与红车均受到一定程度的水分胁迫,两物种均通过气孔结构(气孔大小和密度)的调整来减少水分的散失,但是,红车的光合作用维持不变,而荷木光合作用显著下降,表明红车对增温具有较好的适应能力,在未来全球变化背景下,红车相对于荷木可能处于更加优势的地位。  (2)林冠氮添加使冠层植物锥栗与荷木的叶片导水率显著增大,林下氮添加对其叶片导水率也有一定程度的促进作用,但是差异不显著;林冠与林下氮添加对林下植物罗伞与柏拉木叶片导水率的影响均不显著。氮添加对冠层植物的光合速率有一定程度的促进作用,但只有荷木的差异显著,锥栗的差异不显著,而对林下两种植物的光合速率没有显著的影响。此外,四种植物的叶片膨压丧失点在林冠和林下氮添加处理下均没有显著差异,表明植物的抗旱能力没有受到影响。因此,氮添加对锥栗与荷木的生长具有一定程度的促进作用,而对罗伞与柏拉木的影响不明显。同时,对两种冠层植物而言,林冠氮添加对植物生长的促进作用显著高于林下氮添加。林冠与林下植物对氮添加处理的不同响应可能影响其在亚热带森林的地位。  综上所述,在人工增温和模拟大气氮沉降处理条件下,本论文对比分析了南亚热带常绿阔叶林优势树种叶片功能性状的变化,在一定程度上揭示了植物对气温升高与氮沉降加剧的生理生态适应机理,研究结果可为深入解析全球变化对南亚热带常绿阔叶林生态系统的影响提供科学依据。
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