沙坡头地区荒漠藻结皮光合特性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 苏延桂 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-04-25 |
| 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 | 藻结皮 光合作用 净光合速率 环境因子 全球变化 |
| 其他题名 | Photosynthetic characteristics of desert algae crusts in the Shapotou area |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 生物土壤结皮是荒漠生态系统至关重要的组成部分，它们种类丰富，结构复杂，在全球广泛分布，具有独特的生理生态特性。在荒漠生态系统中，由于高等植物的盖度相当低，生物结皮有机体占到活有机体盖度的70 %以上， 已有的研究证明，它们的出现增加了土壤有机碳库储量，但是直接测定的生物土壤结皮固碳在两个数量级变化，具有很大的变异性，并且缺乏野外的实际测定。因此，藻类结皮光合作用研究是对全面认知占全球陆地干旱区面积40 %以上结皮生态功能的重要补充。本研究是正确认知荒漠生态系统能流、物流过程特征的重要前提；同时，本研究可为正确认知荒漠生态系统在全球变化背景下，对全球碳平衡和缓解CO2排放压力提供基础数据。 本文以广布在腾格里沙漠东南缘沙坡头地区的荒漠藻结皮为研究对象，在2007年和2008年选择人工植被区1956年，1964年，1981年，1987年和1992年的藻类结皮以及相邻30 km的天然植被区的藻类结皮，对它们的光合色素含量和净光合速率进行了测定；同时，利用人工气候室模拟不同光照，温度，CO2浓度，紫外辐射强度等环境因子，测定了脱水过程中各植被区藻结皮的净光合速率，主要结论如下： 1） 藻结皮有机体的光合色素主要包括叶绿素、类胡萝卜素和藻胆蛋白，对藻类结皮色素的研究主要集中在对叶绿素的研究上。我们的研究表明，在6个植被区，藻结皮的Chl a变化趋势为1956年植被区>1964年植被区>1981年植被区>1987年植被区>1992年植被区>自然植被区，含量分别为1.8 mg•cm-2、1.2 mg•cm-2、1.2 mg•cm-2、1 mg•cm-2、1 mg•cm-2和0.7 mg•cm-2。Chl a是表征藻结皮生物量的重要参数，他直接代表着藻结皮生物量的大小，本研究表明，藻结皮的生物量在人工植被区随着藻结皮的演替增加。 2） 野外条件下对藻结皮在春季和夏季净光合速率的测定表明，不同演替阶段藻结皮的最大净光合出现在11：00。从7：00到11：00，藻结皮的净光合速率逐渐增加，此后，藻结皮的净光合速率逐渐下降，藻结皮的净光合速率在整个过程中呈单峰型变化趋势。整个测定过程中，1956年人工植被区藻结皮具有最高的净光合。在春季，1956年植被区藻结皮的最大净光合值为2.25 μmolCO2• m-2•s-1，其余不同演替阶段藻结皮的最大净光合大小依次是：1964年人工植被区(2.2 μmolCO2• m-2•s-1)>1981年人工植被区(2 μmolCO2• m-2•s-1)>自然植被区(1.96 μmolCO2• m-2•s-1)>1992人工植被区(1.7 μmolCO2• m-2•s-1)。野外环境下，人工恢复序列的藻结皮中，1956年植被区藻结皮的净光合最大，恢复时间最短的1992年人工植被区藻结皮最小，这同各演替阶段藻结皮的Chl a含量一致，说明伴随着恢复时间的延长，不仅结皮中藻类增加，而且能够光合固C的藻类增加，从而提高了藻结皮的光合能力。另外，自然植被区藻结皮的净光合低于1956年植被区藻结皮的净光合，这可能是因为自然植物区的藻结皮正处于衰退阶段，因为自然植被区的Chl a / Chl b和Chl a / Carotenoid比值均很高，这可能说明其表层受光有机体出现了衰老。 3） 光强在200-1000 PPFD时，各植被区藻结皮的净光合速率随着光强的逐渐增加而增加，当光强达到1300 PPFD后，藻结皮的净光合速率随光强增加开始下降。在最适含水量条件下（60 %），1956年植被区、1964年植被区、1981年植被区、1987年植被区、1992年植被区和自然植被区藻结皮的最大净光合速率分别为3.04 μmolCO2• m-2•s-1、3.57 μmolCO2 • m-2 • s-1、3.08μmolCO2 • m-2 • s-1、3.32μmolCO2 • m-2 • s-1、2.82 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.87 μmolCO2 • m-2 • s-1。当藻结皮有机体在高光强的时候它们的净光合速率开始下降，这可能是由于结皮有机体中可移动的微生物在湿润的环境中慢慢的移动到较深的结皮层中，限制了光合作用的进一步进行。此外，藻结皮的含水量越高，它们达到最大净光合速率所需要的光强也越强，这说明藻结皮净光合速率的最适光照强度与结皮含水量有关，当结皮有机体含水量较高时，结皮有机体达到最大净光合速率所需要的光强也相应的增加，当结皮有机体含水量较低时，结皮有机体达到最大净光合速率的最适光强相应的下降。 4） 温度从5 ℃到40 ℃变化的过程中，各植被区藻结皮的净光合速率都是随着温度的增加先上升，后下降。在藻结皮含水量为60 %时，自然植被区、1956年植被区、1964年植被区和1981年植被区藻结皮出现最大净光合速率的温度为30 ℃，而1987年植被区和1992年植被区藻结皮出现最大净光合速率的温度为20 ℃。60 %含水量条件下，6个植被区藻结皮在最适温度下的最大净光合速率分别为4.05 μmolCO2 • m-2 • s-1、3.75 μmolCO2 • m-2 • s-1、3.6μmolCO2 • m-2 • s-1、3.82 μmolCO2 • m-2 • s-1、3.17μmolCO2 • m-2 • s-1、2.61 μmolCO2 • m-2 • s-1。藻结皮含水量为100 %时，6个植被区藻结皮达最大净光合速率时，环境温度分别为25 ℃、20 ℃、30 ℃、20 ℃、20 ℃、20 ℃， 对应的最大净光合速率分别为2.56 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.68 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.34 μmolCO2 • m-2 • s-1、3.19 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.32μmolCO2 • m-2 • s-1、2.37 μmolCO2 • m-2 • s-1。20 %含水量时，6个植被区藻结皮达最大净光合速率的环境温度均为30 ℃，净光合速率分别为1.72 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.71 μmolCO2 • m-2 • s-1、1.69 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.26 μmolCO2 • m-2 • s-1、1.43μmolCO2 • m-2 • s-1、1.56 μmolCO2 • m-2 • s-1。在我们的研究中，藻结皮的最高净光合速率出现在20 - 30 ℃之间，在野外测定的结果也附合这一情况，野外环境下藻结皮进行光合作用的主要时段集中在5-9月，这一时间的平均气温约为24℃。相反，藻结皮在40 ℃和较低温度下的净光合速率均受到抑制，这说明了结皮中藻类有机体具有自我保护的机理，高温和低温胁迫均会使其酶活性受到限制，引起光合生理的变化。因此，在荒漠地区，温度对藻结皮光合固C能力具有显著影响。 5） 空气湿度从30 %到90 %增加的过程中，各植被区藻结皮的最大净光合速率均出现在60 %含水量时。60 %含水量时，自然植被区、1956年植被区、1964年植被区、1981年植被区、1987年植被区和1992年植被区藻结皮出现最大净光合速率所对应的空气湿度在50 %-70 % 之间，净光合速率分别为3.59 μmolCO2 • m-2 • s-1、3.17 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.11 μmolCO2 • m-2 • s-1、4.45 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.81 μmolCO2 • m-2 • s-1、2.94 μmolCO2 • m-2 • s-1。 6） 脱水过程中，藻结皮的净光合速率随着结皮有机体含水量的减少先逐渐增加，后随含水量的减少而逐渐下降。在最适环境条件下，1956年植被区藻结皮的净光合速率大于自然植被区和1981年人工植被区藻结皮的净光合速率。1956年和1981年植被区藻结皮的最大净光合速率均出现在50 %含水量时，净光合速率分别为3.9 μmolCO2 • m-2 • s-1和2.6 μmolCO2 • m-2 • s-1，自然植被区藻结皮的最大净光合速率出现在40 %含水量时，藻结皮的最大净光合速率为2.76 μmolCO2 • m-2 • s-1。藻结皮最大净光合速率出现在中度水分含量的条件下，这说明藻结皮在生理适应上，不是一种耐干旱的类型，在干旱时，它主要采取的是休眠和停止生长，因此是一种避旱类型。 7） 当环境温度和光照强度分别为25 ℃和1000 PPFD时，在CO2浓度从200 ppm-2000 ppm逐渐增加的过程中，自然植被区、1956年植被区、1964年植被区、1981年植被区、1987年植被区和1992年植被区藻结皮出现最大净光合速率所对应的CO2浓度依次为700 ppm、1300 ppm、1300 ppm、1300 ppm、700 ppm、700 ppm，此时的最大净光合速率分别为6.91 μmolCO2 • m-2 • s-1、10.2 μmolCO2 • m-2 • s-1、9.13 μmolCO2 • m-2 • s-1、7.16 μmolCO2 • m-2 • s-1、6 μmolCO2 • m-2 • s-1、5.1 μmolCO2 • m-2 • s-1。这说明在环境条件适宜的情况下，现今的CO2浓度不能使藻结皮的净光合速率达到最大值，在未来CO2升高的情况下，藻结皮的净光合速率有很大的增加空间。 8） 经过紫外辐射处理的藻结皮在60 %含水量时的净光合速率大于20 %和100 %含水量时藻结皮的净光合速率。在最适环境条件下，自然植被区，1956年植被区和1981年植被区藻结皮在经过紫外辐射处理后，其净光合速率显著下降，且在不同含水量下没有显著差异，这表明紫外辐射不仅抑制了藻结皮的净光合速率，而且，紫外辐射可能对结皮中各藻类光合速率的影响不同。 9） 在藻结皮逐渐干旱的过程中，自然植被区，1956年人工植被区和1981年人工植被区藻结皮的净光合速率在CO2浓度为700 ppm时大于CO2浓度为400 ppm时的净光合速率。并且经过紫外辐射处理的三个植被区藻结皮的净光合速率在逐渐干旱的过程中小于未经紫外辐射处理的藻结皮的净光合速率。这说明在未来气候变化的条件下，当结皮有机体逐渐干旱的过程中，CO2的增加有利于结皮有机体的净光合速率的提高，而紫外辐射的增强则会抑制结皮有机体净光合速率的提高。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 122 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21827]  |
| 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 | 苏延桂. 沙坡头地区荒漠藻结皮光合特性研究[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。