羊草生长发育对模拟主要全球气候变化因子的响应

【摘要】随着工业气体的排放、温室效应的加剧以及人类活动等原因,以CO2浓度升高、温度增加、氮沉降和降雨格局变化为特征的全球变化已成为毋庸置疑的事实。羊草(Leymuschinensis),作为一种多年生根茎型禾草,具有较强的抗旱和耐盐碱能力,同时它因较好的营养价值及良好的适口性成为一种重要的牧草。然而,随着气候变化以及草地管理不当等原因草地面积现已逐年减少,草地生产力也随之降低。在未来气候变化的背景下,羊草生长发育及生产力是如何响应这种变化以及产生变化的成因是什么尚不清楚,为此,本文通过模拟CO2浓度升高(380±20μmolmol”1,760±20μmolmol-1),夏季夜间增温(+4℃),氮沉降(+10gm-2),降雨量(降雨量±40%)和降雨频次的变化,从羊草个体和种群的角度探讨羊草生物量、光合能力及无性繁殖是如何响应气候变化的,并阐述羊草的适应对策。一方面挖掘羊草生产力响应气候变化的原因和适应机理,另一方面为日后草地管理保证羊草产量提供理论基础和科学依据。主要研究结果和结论如下：(1)CO2浓度升高主要促进羊草母株生物量而对子株生物量影响不显著,在低氮时CO2对地上生物量的促进作用不显著,而在氮沉降的作用下CO2的促进作用明显增强,这暗示CO2浓度升高对羊草生物量的影响可能受氮素调控；CO2浓度升高在低降雨量时增加根系生物量,而在正常和高降雨量,尤其是高降雨量时减少根系生物量,且随着降雨量的增加对地上生物量的促进作用减弱,这表明CO2浓度升高在低降雨量时对羊草生物量的促进作用要强于在水分适宜的条件。夏季夜间增温在低降雨量时减少羊草母株、子株生物量,随着降雨量的增加对羊草的生物量累积的促进作用增强,这也暗示夜间增温对羊草的影响受到水分的限制。氮沉降在低降雨量时对羊草地上生物量几乎没有作用,随着降雨量的增加氮沉降的作用逐渐加强,暗示氮沉降对羊草的影响也受到水分的限制。所以,CO2和夜间增温分别受氮素和水分的限制,在未来CO2浓度和夏季夜间温度共同升高的环境下羊草生产力的变化仍主要取决于降雨量和氮素水平。(2)CO2浓度升高虽然使羊草发生“光合适应”现象,但由于较高的底物浓度(CO2),胞间CO2浓度(Ci)较高,羊草的光合速率仍能维持在高于目前CO2的水平,但呼吸速率降低。和母株生物量的变化一致,CO2对羊草光合速率的促进作用也是随着降雨量的增加而逐渐减弱,在氮沉降的作用下逐渐加强。夏季夜间增温通过增加呼吸速率拉动库需进而增加次日的光合吸收,同时增加Jmax,这暗示羊草的光合能力得到提高,但在低降雨量时并没有促进作用。这也导致夜间增温和CO2浓度升高对羊草净光合速率的影响主要依靠降雨量。在低降雨量的条件下,施氮对羊草的净光合速率没有促进作用,施氮和低降雨量导致的干旱对羊草净光合速率有拮抗作用。所以在CO：倍增、夜间增温、氮沉降且高降雨量处理下的净光合速率最高,而所有低降雨量处理下的净光合速率都降低,这表明水分是最主要限制因子。所以CO：浓度升高和夜间增温以及氮沉降在降雨量适宜的条件下都可以通过促进羊草的C吸收而累积生物量,但在低降雨量时只有CO2促进羊草的光合吸收。(3)CO2浓度升高在正常和高降雨量时没有显著促进子株的输出以及根茎的延展,这也是CO2浓度升高没有显著增加子株生物量的主要原因,但在氮沉降的作用下,CO2浓度升高显著增加羊草的子株数和根茎的数量及长度。这说明CO2浓度升高对羊草生物量的贡献主要源于个体C吸收而非无性繁殖能力的增强,但在氮沉降的作用下使羊草无性繁殖能力增强。夜间增温对羊草无性繁殖能力的影响主要取决于水分,当降雨量低于目前水平时,夜间增温轻微的减少子株的数量和生物量,而在降雨量增加时增加子株的数量和生物量,所以夜间增温在水分适宜的条件下不仅可以通过个体C吸收还可以通过促进羊草的无性繁殖能力来促进生物量的累积。这也导致CO2浓度和夏季夜间温度共同升高在氮沉降和降雨量增加时对羊草无性繁殖能力的促进作用也得到增强,而在降雨量减少时基本能维持在目前水平也可能产生抑制作用,这与降雨量的减少量有关。此外,氮沉降在夜间增温的作用下对子株的促进作用得到加强,而氮沉降和低降雨量导致的干旱对羊草的无性繁殖能力有拮抗作用。(4)羊草生物量和光合速率随着降雨量的增加而增加,但当总降雨量不变而降雨间隔时间增长时,羊草的气孔导度降低,净光合速率轻微的下降,地上生物量也略微减少,但并没有达到显著水平。根系生物量也并没有随着降雨频次的改变发生显著变化。所以,夏季降雨量对羊草生物量产量的影响要强于降雨频次的改变。综上所述,在未来气候变化(CO2浓度升高、夏季夜间温度增加、氮沉降、降雨量变化)的背景下,降雨量仍是最关键的因子。在降雨量增加或保持不变的条件下,羊草的光合和无性繁殖能力增强,羊草的生产力会得到提高；在夏季降雨量减少低于40%时,羊草的光合和无性繁殖基本可以维持；而降雨量继续减少会严重影响羊草的生长发育。
【作者】李卓琳；
【导师】穆春生；
【作者基本信息】东北师范大学，草学，2014，博士
【关键词】CO2浓度升高；夏季夜间增温；氮沉降；降雨量；降雨频次；羊草；生物量；光合能力；无性繁殖；

【参考文献】
[1]彭飞鼎.269例耳鸣患者中医体质类型的调查研究[D].湖北中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[2]郭东超.复杂网络拓扑结构的鲁棒性与动力学过程研究[D].北京交通大学,信号与信息处理,2014,博士.
[3]郑欢.SIK1在2型糖尿病大鼠非酒精性脂肪肝中的表达及贞清方的干预作用[D].华中科技大学,内分泌,2013,硕士.
[4]吴可娇.控股股东主导下的盈余管理与分析师预测—限售股解禁[D].厦门大学,财务学,2014,硕士.
[5]胡振富.病理性瘢痕形成的相关基因筛选和分析的实验研究[D].第一军医大学,2005.
[6]任秀丽.美国媒体对两次海湾战争的报道比较[D].外交学院,英语语言文学,2004,硕士.
[7]罗远根.91例三切口食管癌切除术喉返神经旁淋巴结转移相关因素的临床分析[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[8]张金鑫,杨阳.中国上市公司并购2014年中期报告[J].中国经济周刊,2014,32:53-55.
[9]张立平,马进霞,吴小辰,黄河.高压直流极控系统与安全稳定控制装置接口方案[J].电力系统自动化,2007,02:102-106.
[10]史海静.认知闭合需要、预警对锚定效应影响的实验研究[D].济南大学,发展与教育心理学,2012,硕士.
[11]潘宏勋,方伍宝.基于起伏地表的叠加速度分析[J].石油地球物理勘探,2008,01:29-33+6+5+130.
[12]屈向红.改进微粒群算法及其在物流选址中的应用[D].太原科技大学,应用数学,2013,硕士.
[13]王永远.无标注的中文长篇幅语音文语对齐的研究[D].中国海洋大学,计算机系统结构,2014,硕士.
[14]黄钱欣.实用艺术品纳入著作权法保护的条件[D].厦门大学,法律,2014,硕士.
[15]赵幸.可定制的嵌入式实时Linux研究与开发[D].西北工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[16]谭良斌.传统民居建筑环境发展演变机理研究[D].西安建筑科技大学,建筑技术科学,2004,硕士.
[17]李飞龙.自体或异体腓骨打压植骨术结合中药对不同分期股骨头坏死疗效观察[D].广州中医药大学,中医骨伤科学（专业学位）,2013,硕士.
[18]胡爱莉.《世界历史百科全书》（第十一卷节选）翻译项目报告[D].安徽大学,英语翻译（专业学位）,2013,硕士.
[19]李红梅.混凝土小型空心砌块建筑温度场与温度裂缝分析[D].浙江大学,2004.
[20]张琳芳.外国留学生兼语句偏误分析[D].吉林大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[21]杨福.一出最令人恐惧的悲剧——论莎士比亚的《麦克白》[D].吉林大学,比较文学与世界文学,2004,硕士.
[22]汪镭,康琦,吴启迪.基于多元模糊规划的微粒群优化算法[J].控制与决策,2006,06:680-684.
[23]张昊楠.优秀男子赛艇运动员奥运会前不同训练阶段微循环指标变化特点与机能状态的关系[D].西安体育学院,运动人体科学,2013,硕士.
[24]孙嫣然.阅读教学中多元解读的误区及其解决策略研究[D].河北师范大学,学科教学,2014,硕士.
[25]尹桃.内蒙古大青山生态公益林可持续经营评价与对策研究[D].内蒙古农业大学,森林经理学,2012,硕士.
[26]李希龙.论我国证券欺诈纠纷的仲裁解决机制[D].西南政法大学,诉讼法学,2012,硕士.
[27]秦凡.网络条件下公众政策参与的效能分析[D].湖北大学,行政管理,2012,硕士.
[28]蔡俊翔.2012-2013我院冬春季甲型流感的中医证候规律研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[29]卢艳茹.历史文化街区的旅游体验研究[D].内蒙古大学,专门史,2014,硕士.
[30]马瑞芳.对亨德尔《弥赛亚》中女高音咏叹调的研究[D].天津音乐学院,音乐表演,2013,硕士.
[31]张丛丛.像与象—西方肖像画的时代性刍议[D].山东师范大学,美术学,2013,硕士.
[32]蒋增良.天然微生物酵素发酵机理、代谢过程及生物活性研究[D].浙江理工大学,应用化学,2013,硕士.
[33]徐梅桂.巴麦地区巴楚组生屑灰岩段储层特征及主控因素分析[D].成都理工大学,油气田开发地质,2013,硕士.
[34]王改青.注意缺陷多动障碍的环境病因研究[D].山西医科大学,儿童心理学,2002,硕士.
[35]黄琳.试论欧盟邻国政策中的规范性外交及其影响因素[D].复旦大学,国际关系,2012,硕士.
[36]黄义娜.高/等渗溶液减少中药成分流失的研究[D].西南交通大学,生药学,2013,硕士.
[37]刘小华,林杰.基于遗传粒子群混合算法的供应链调度优化[J].控制与决策,2011,04:501-506.
[38]王伯勇.绞吸式挖泥船小型疏浚仿真器的设计[D].河海大学,2004.
[39]王师.MIRA模型组气动特性模型风洞试验研究[D].湖南大学,车辆工程,2011,硕士.
[40]杨雪.《BUTTON BOX》互动包装设计体验报告[D].山东工艺美术学院,艺术设计,2014,硕士.
[41]欧阳峰连.灵感及其激发机制[D].湖南科技大学,马克思主义哲学,2013,硕士.
[42]杨利君.大同市中学教师队伍建设研究[D].山西财经大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[43]陈俊.太阳能热水系统建筑一体化应用关键技术与评价体系研究[D].安徽建筑大学,结构工程,2013,硕士.
[44]俞愉.西湖诗词文化信息汉英翻译问题与对策[D].浙江工商大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[45]华正江.双金属氰化络合物对环氧烷烃开环聚合的研究[D].浙江大学,高分子化学和物理,2003,硕士.
[46]董日升.税务系统数据仓库的构建及研究[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[47]李大维.高中生物探究实验整合点分析及支撑平台研究[D].东北师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[48]肖琳.英语网络语言的结构特征[D].西南大学,英语语言文学,2013,硕士.
[49]刘煜.马氏体相变及其晶体学研究[D].湘潭大学,材料加工工程,2003,硕士.
[50]边晓丽.船舶初始设计阶段的操纵性预报[D].武汉理工大学,流体力学,2004,硕士.