气候变化背景下模拟温度升高和降水变化对蒙古栎种子萌发和幼苗生长的影响

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全球温度升高已成既定事实,而温度升高会影响全球范围内的水循环,从而导致降水格局发生很大变化。为了阐明未来气候变化对蒙古栎种子和幼苗的影响,本研究以凉水国家级自然保护区的蒙古栎种子和一年生幼苗作为实验材料,利用生长箱法(温度+2℃、+4℃和+6℃,降水+30%和降水-30%)和纬度梯度法(温度升高约2-6℃,降水-47%或增加1倍,连续观测2年)在室内和野外同时开展实验来模拟温度和降水的变化,通过测定蒙古栎幼苗的光合特征、叶绿素荧光、生物量指标以及统计分析野外条件下蒙古栎种子的萌发率和幼苗的生长状况,并对这些指标进行综合分析,可以得出以下结论:1.在温度与降水交互作用的处理下,增温2℃和4℃处理组在一定程度上促进了蒙古栎幼苗的光合作用,表现为温度增加4℃时所有降水处理的净光合速率高于温度对照组,这时的光补偿点低且水分利用效率高,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b的含量略高于对照组。气孔导度和胞间CO2浓度随温度升高而增大,气孔限制值在温度升高的情况下低于对照组;而在温度升高6℃时所有降水处理的净光合速率显著下降,这种下降是由于非气孔因素引起的,此处理下降水增加30%和减少30%的水分利用效率也低于对照组。2.单独的温度因素对叶绿素荧光特性的影响要比单独的降水因素大。7月份和9月份测得的最大光化学效率和实际光化学效率在温度升高4℃时略高于温度对照组,7月份测得的非光化学淬灭系数远远高于9月份,这可能与不同月份的温度和降水有关。总的来说,随着温度的升高,减少30%降水处理的Fv/Fm要比增加30%降水处理表现出较大优势。3.蒙古栎幼苗光合指标比生物量指标对温度和降水的响应更为敏感,温度、降水以及它们的交互作用对叶质量、根质量、茎质比、根冠比和比叶面积均没有显著影响,当温度升高6℃时,叶质比和茎质比变大,根冠比却有所下降。在生物量分配方面,地下部分所占的比例要远远高于地上部分,当温度升高6℃时,叶和茎的分配比例高于对照,根的分配比例下降。4.温度升高与降水变化的交互作用对本实验中蒙古栎种子的萌发率和保存率没有产生显著影响,但小北湖(温度+2.8℃)和白石砬子(温度+4.9℃)的萌发率和保存率均低于凉水种源地,在同样增温的条件下,降水增加近1倍的白石砬子样地的萌发率要略高于降水减少47%的小北湖样地,但保存率却表现出了相反的趋势,即降水增多的白石砬子样地反而低于降水减少的小北湖样地。表明种子萌发阶段土壤水分含量高有利于萌发,而幼苗阶段则相反。5.通过对野外实验中蒙古栎幼苗连续2年的观察发现,第一年和第二年蒙古栎幼苗的株高年生长量、基径年生长量和主根长年生长量对温度和降水综合作用的响应趋势—致,且这种趋势在第二年中表现的更明显一些,总的来说,小北湖(温度+2.8℃)和白石砬子(温度+4.9℃)幼苗的生长指标均显著低于凉水种源地,而蒙古栎幼苗的生物量分配指标在第一年和第二年表现出了不同甚至相反的趋势,本实验表明,温度增高与较大幅度的降水增加或减少的交互处理不利于蒙古栎幼苗的生长6.根据本实验中蒙占栎种子和幼苗对升温与降水变化的综合响应,可以得出光合生理指标和叶绿素荧光指标能够作为蒙古栎幼苗对温、水交互响应的敏感性指标,生物量指标可作为判断自然生态系统中某种环境因子匮乏的依据,温度升高6℃可能是接近幼苗对气候变化响应的阈值。野外实验结果表明较大幅度的温度升高与降水增加或减少的交互作用均不利于蒙古栎幼苗的生长与存活,尤其在降水增加的情况下。预示着此种情景下蒙古栎的更新会受到很大影响。
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