腾格里沙漠人工植被区藓类结皮光合生理生态学研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 贾荣亮 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-24 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 李新荣 |
| 关键词 | 藓类结皮 光合作用 呼吸作用 碳循环 叶绿素荧光 |
| 其他题名 | Photosynthetic ecophysiological characteristics of moss crusts in a revegetated area of the Tengger Desert, Northern China |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 藓类结皮是以藓类植物为优势生物成分的生物土壤结皮类型，是温性荒漠地表主要的覆盖物之一，在土壤—大气碳交换中占据重要地位。随着全球气候变化所引起的关注日益增加，藓类结皮很可能是干旱荒漠区有机碳的主要生产者之一，但相关研究却很少，即缺少相关实验数据的支撑。为验证上述观点，我们选择了腾格里沙漠人工植被区三种典型藓类结皮——真藓(Bryum argenteum Hedw.)结皮、土生对齿藓(Didymodon vinealis Brid.)结皮和刺叶赤藓(Syntrichia caninervis Mitt.)结皮作为研究对象，分别研究了它们的光合作用、呼吸作用以及叶绿素荧光参数对水分、光照、温度和风四个环境因子的响应机制，并在此基础上估算了该区藓类结皮的年固碳量，为正确认知荒漠生态系统对全球碳循环的贡献提供了数据支撑。主要研究结论如下： 1.藓类结皮净光合速率(Pn)、暗呼吸速率(Rd)与结皮水分饱和度(W)呈二次多项式关系。三种藓类结皮光合作用的水分补偿点和饱和点表现为：真藓结皮＜刺叶赤藓结皮＜土生对齿藓结皮，这说明了在小降水事件比较多的沙坡头地区，真藓结皮比其他两种藓类结皮拥有较好的光合生理优势。相比而言，藓类结皮呼吸作用的水分补偿点明显小于光合作用的水分补偿点，因此处在呼吸作用水分补偿点和光合作用水分补偿点之间的降水量会造成藓类结皮的碳损失。三种藓类结皮PSII光化学效率(Fv/Fm)随W变化曲线与Pn相似。 2.在33%和67% W处理下的三种藓类结皮Pn与光合有效辐射(PAR)呈二次多项式关系，而100% W处理下的藓类结皮Pn随PAR的增加逐渐增加，在2000μmolm-2s-1时仍未出现光抑制现象。三种藓类结皮光合作用光照补偿点表现为：真藓结皮＞土生对齿藓结皮＞刺叶赤藓结皮，这表明在雨后低光照条件下，三种藓类结皮光合生理优势依次为刺叶赤藓结皮＞土生对齿藓结皮＞真藓结皮。藓类结皮光合作用的光照饱和点显著高于其它荫生藓类植物，表现出喜阳植物的光合生理特征。随着PAR的增加，藓类结皮Rd直线增加，而Fv/Fm值随着PAR增加除在0～100μmolm-2s-1光照范围内增大外，在100～2000μmolm-2s-1范围内持续降低，这表明光照对藓类结皮光系统II会造成了一定的破坏，但是这种破坏作用随水分增加可以得到一定程度的缓解。 3.三种藓类结皮光合作用具有较宽的温度(Ta)适应范围。5℃空气温度处理下的三种藓类结皮Pn均为正值，随着气温的升高，Pn与Ta呈二次多项式关系。藓类结皮光合作用的温度饱和点随着水分增加而增加，在40℃时67%与100%水分饱和处理下的三种藓类结皮Pn仍然保持正值。Fv/Fm测定结果显示藓类结皮的PSII活性在5℃就已经启动，随着Ta的升高Fv/Fm逐渐增加，在温度饱和点后又逐渐降低，直到40℃时仍能保持一定的活性，特别是在水分条件较好的状态下，Fv/Fm值降低微小。藓类结皮的Rd随着Ta的升高呈指数增长，Q10值表现为：土生对齿藓结皮＞刺叶赤藓结皮＞真藓结皮，暗示在未来气候变暖情况下，三种藓类结皮面临呼吸耗碳的潜力为：土生对齿藓结皮＞刺叶赤藓结皮＞真藓结皮。 4.风速(S)介于3～9ms-1的实验处理使藓类结皮水分蒸散速率显著加快，导致藓类结皮提前进入低水分状态，同时使藓类结皮的PSII光化学效率迅速降低，导致光系统II活性的提前完全关闭。据此，风对藓类结皮的光合作用和呼吸作用产生了三个方面的影响：第一，降低了藓类结皮的Pn和Rd，而且随着S增加这种降低程度也愈大；第二，使藓类结皮在逐渐干旱过程中的Pn和Rd的最大值出现时间提前；第三，缩短了藓类结皮在逐渐干旱过程中光合作用和呼吸作用时间，而且随着S的增大，被缩短的时间也越长。这三方面的叠加效应最终导致了藓类结皮净光合固碳量和暗呼吸耗碳量的降低。相比而言，虽然三种藓类结皮光合生理活性面对风吹处理表现出相同的响应特征，但是真藓结皮受到的影响程度最大，这也从光合生理方面解释了真藓结皮为什么多分布于风速相对较小的平地或沙丘间洼地的原因。 5.在上述研究结果的基础上，我们拟合了三种藓类结皮Pn与W、PAR和Ta的关系方程，结合研究区2007年和2008年降水、PAR、Ta、S以及三种藓类结皮的盖度数据，我们得到了研究区固定沙丘阴坡藓类结皮年固碳量：7.996gCm-2(2007年)和4.636gCm-2(2008年)，它们与两年的降水量正相关。如果不考虑风对藓类结皮光合固碳量的影响，两年的藓类结皮固碳量明显增大为16.356gCm-2(2007年)和25.278gCm-2(2008年)，这两个值都处于其他研究者在不考虑风因子影响时苔藓结皮和地衣结皮年固碳量的范围(12～37 gCm-2year-1)之内，肯定了藓类结皮在人工植被区碳循环过程中的地位，并证实了上述“藓类结皮是干旱荒漠区有机碳的主要生产者之一”的观点。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 109 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21826]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 贾荣亮. 腾格里沙漠人工植被区藓类结皮光合生理生态学研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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