题名土壤温度及生长密度对川西亚高山两种暗针叶幼苗生长和生理生态的影响研究
作者宋洪涛
学位类别博士
答辩日期2010-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师程颂
关键词贡嘎山 土壤温度 生长密度 麦吊杉 白皮云杉 生理生态
其他题名Growth and Ecophysiologic Responses of Two Coniferous Saplings to Soil Warming and Growth Density in Subalpine Area
学位专业自然地理学
中文摘要

随着全球气候变化的进一步发展,大气温度的逐步升高也导致了土壤温度的日益升高,而且这一发展过程在高山及亚高山地区显得尤为显著。土壤温度是限制植物生长及生理生态过程最重要的环境因子之一,它影响植物体和植物群落生物理的分配、根系形态及结构特征以及光合作用变化等诸多生理生态过程。在位于青藏高原东南缘川西贡嘎山区域,近22年的气象观测结果表明,土壤温度的增加幅度大于气温的增加幅度,这有别于世界其它区域的观测结果。本研究以自主设计的专门针对高山地区的土壤增温控制系统,通过对该区域1500-3500 m这一生态交错带内主要两种优势树种麦吊云杉(Picea brachytyla)及白皮云杉(Picea aurantiaca Mast.)的幼苗进行四种土壤增温处理(对照、低、中及高温)和三种不同种植密度(每盆1、2、3株幼苗)的处理,检验该土壤增温系统的工作效率及可行性,进而认识土壤温度、密度及二者的交互作用对种内及种间生物量分配、根系形态特征及光合作用的影响。研究结果表明:
(1)该土壤温度增温控制系统能在高山区域很好的控制土壤温度,在日温变异、日平均气温、月平均气温等方面均能很好的达到预期实验目的,在控制温度设置点方面更为方便灵活,且花费成本都低于国内外之前的其它土壤增温方法。本实验的研究结果相比于温室、实验室、生长箱及开顶工生长箱而言,对土壤温度的控制更为实用可靠。
(2)在生物量分配方面。麦吊云杉幼苗的生物量生产力和生长情况受土壤温度和密度压力影响更为显著。研究结果指出,麦吊云杉幼苗相比于白皮云杉幼苗随土壤温度的升高其生物量呈显著增长的响应方式,其中地上部分的增长尤为显著,后者随土壤温度增长在生物量上各植物组织均未表现出显著变化;同时,麦吊云杉相比于白皮云杉幼苗在生物量累积上而言更受生长密度的限制,后者随密度的增加其生物量未受显著影响。在未来气候变化大背景下,当土壤温度进一步升高时,二者的生物量差异会逐渐增大,但生物量差异会因土壤温度和生长密度的交互作用而逐渐削弱,这一生态过渡带内的优势树种所构成的群落结构也会因此而改变。
(3)麦吊云杉幼苗的大多数形态指标受土壤温度和密度的影响更大。研究结果指出,麦吊云杉幼苗相比于白皮云杉幼苗在根系形态结构多数指标随土壤温度的升高表现出显著增大,在未来土壤温度进一步升高后,麦吊杉能表现出更好的根系发展趋势,只是某些形态指标对土壤温度升高也表现一定狭隘性;同时,麦吊云杉相比于白皮云杉幼苗而言在根系形态结构上也更受密度的影响,在生长密度一旦增大时则表现出其生长局限性,而后者对生长密度的耐受力显著高于前者。在未来气候变化大背景下,只有土壤温度和生长密度达到一定平衡状态时,两种幼苗在根系形态结构上才能表现出共同平衡发展,而土壤温度和密度这两个因子的任何一方面偏移,都会导致两种幼苗至少在地上部分发展上的失衡和偏移,进而影响这一过渡区域内两种优势群落的发展状况。
(4)两种幼苗的净光合速率随土壤温度的变化有显著差异,且这种差异与生物量累积及根系形态的差异也有所不同,麦吊云杉幼苗净光合速率不受土壤温度升高的影响,而白皮云杉幼苗随土壤温度升高有显著变化,并在土壤温度最高时达最大值,这一变化可能与白云杉补偿碳和生物量累积的机制有关。此外,物种和生长密度的两个因子交互作用及物种、土壤温度、生长密度的三因子交互作用对净光合速率无显著影响。当然,土壤温度对植物根和叶的影响极为复杂,光合作用的变化也随土壤温度以外的环境因子的影响,在土壤温度升高而导致生物量累积及根系形态结构与净光合速率在二种物种上相矛盾的结果时,其它环境因子的影响需要在以后的研究中加以重视。
当然,幼苗阶段不能完整映射植物的整个生活史,而且植物生长其况也受土壤温度及密度之外的其它环境因子的限制,因此,未来这一区域应该更全面的关注这两个物种的生长情况及加强研究。

英文摘要

随着全球气候变化的进一步发展,大气温度的逐步升高也导致了土壤温度的日益升高,而且这一发展过程在高山及亚高山地区显得尤为显著。土壤温度是限制植物生长及生理生态过程最重要的环境因子之一,它影响植物体和植物群落生物理的分配、根系形态及结构特征以及光合作用变化等诸多生理生态过程。在位于青藏高原东南缘川西贡嘎山区域,近22年的气象观测结果表明,土壤温度的增加幅度大于气温的增加幅度,这有别于世界其它区域的观测结果。本研究以自主设计的专门针对高山地区的土壤增温控制系统,通过对该区域1500-3500 m这一生态交错带内主要两种优势树种麦吊云杉(Picea brachytyla)及白皮云杉(Picea aurantiaca Mast.)的幼苗进行四种土壤增温处理(对照、低、中及高温)和三种不同种植密度(每盆1、2、3株幼苗)的处理,检验该土壤增温系统的工作效率及可行性,进而认识土壤温度、密度及二者的交互作用对种内及种间生物量分配、根系形态特征及光合作用的影响。研究结果表明:
(1)该土壤温度增温控制系统能在高山区域很好的控制土壤温度,在日温变异、日平均气温、月平均气温等方面均能很好的达到预期实验目的,在控制温度设置点方面更为方便灵活,且花费成本都低于国内外之前的其它土壤增温方法。本实验的研究结果相比于温室、实验室、生长箱及开顶工生长箱而言,对土壤温度的控制更为实用可靠。
(2)在生物量分配方面。麦吊云杉幼苗的生物量生产力和生长情况受土壤温度和密度压力影响更为显著。研究结果指出,麦吊云杉幼苗相比于白皮云杉幼苗随土壤温度的升高其生物量呈显著增长的响应方式,其中地上部分的增长尤为显著,后者随土壤温度增长在生物量上各植物组织均未表现出显著变化;同时,麦吊云杉相比于白皮云杉幼苗在生物量累积上而言更受生长密度的限制,后者随密度的增加其生物量未受显著影响。在未来气候变化大背景下,当土壤温度进一步升高时,二者的生物量差异会逐渐增大,但生物量差异会因土壤温度和生长密度的交互作用而逐渐削弱,这一生态过渡带内的优势树种所构成的群落结构也会因此而改变。
(3)麦吊云杉幼苗的大多数形态指标受土壤温度和密度的影响更大。研究结果指出,麦吊云杉幼苗相比于白皮云杉幼苗在根系形态结构多数指标随土壤温度的升高表现出显著增大,在未来土壤温度进一步升高后,麦吊杉能表现出更好的根系发展趋势,只是某些形态指标对土壤温度升高也表现一定狭隘性;同时,麦吊云杉相比于白皮云杉幼苗而言在根系形态结构上也更受密度的影响,在生长密度一旦增大时则表现出其生长局限性,而后者对生长密度的耐受力显著高于前者。在未来气候变化大背景下,只有土壤温度和生长密度达到一定平衡状态时,两种幼苗在根系形态结构上才能表现出共同平衡发展,而土壤温度和密度这两个因子的任何一方面偏移,都会导致两种幼苗至少在地上部分发展上的失衡和偏移,进而影响这一过渡区域内两种优势群落的发展状况。
(4)两种幼苗的净光合速率随土壤温度的变化有显著差异,且这种差异与生物量累积及根系形态的差异也有所不同,麦吊云杉幼苗净光合速率不受土壤温度升高的影响,而白皮云杉幼苗随土壤温度升高有显著变化,并在土壤温度最高时达最大值,这一变化可能与白云杉补偿碳和生物量累积的机制有关。此外,物种和生长密度的两个因子交互作用及物种、土壤温度、生长密度的三因子交互作用对净光合速率无显著影响。当然,土壤温度对植物根和叶的影响极为复杂,光合作用的变化也随土壤温度以外的环境因子的影响,在土壤温度升高而导致生物量累积及根系形态结构与净光合速率在二种物种上相矛盾的结果时,其它环境因子的影响需要在以后的研究中加以重视。
当然,幼苗阶段不能完整映射植物的整个生活史,而且植物生长其况也受土壤温度及密度之外的其它环境因子的限制,因此,未来这一区域应该更全面的关注这两个物种的生长情况及加强研究。

语种中文
公开日期2013-02-22
内容类型学位论文
源URL[http://192.168.143.20:8080/handle/131551/4941]  
专题成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
宋洪涛. 土壤温度及生长密度对川西亚高山两种暗针叶幼苗生长和生理生态的影响研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010.
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