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降雨变化和氮添加对红砂幼苗非结构性碳水化合物及化学计量特征的影响认领

被引量： 10

作者：

张婉婷

学位授予单位：

甘肃农业大学

摘要：

近年来,随着工业化和城市化的加快,化石燃料的大量燃烧致使氮沉降急剧上升,而且全球气候变化导致极端干旱和洪涝事件频发,成为主要的环境问题。降雨格局的变化和大气氮沉降的增加作为全球变化的二大因子,对全球生态系统产生重大影响,尤其在荒漠生态系统。非结构性碳水化合物作为植物光合作用的主要产物,其变化不仅反映植物碳获取和碳支出的动态平衡,而且进一步影响植物的生长和对环境变化的适应,因此探究降雨变化和氮添加对植物生长和非结构性碳水化合物积累和分配的影响具有重要意义。本研究以1年生红砂幼苗为实验对象,研究不同降雨(降雨减少30%（W-）、自然降水（W）和降雨增加30%（W+）)和氮添加(N0(0g N﹒m-2·a-1)、N1(4.6g N﹒m-2·a-1)、N2(9.2g N﹒m-2·a-1)、N3(13.8 gN﹒m-2·a-1))对红砂幼苗非结构性碳水化合物分配与动态特征的影响,同时结合红砂幼苗生长和有机碳、全氮、全磷含量,阐明红砂幼苗对降雨变化和氮沉降的响应机理。主要研究结果与结论如下:（1）降雨增加和适量的氮添加对红砂幼苗各器官生长及生物量干重积累有促进作用;生长季后期,高氮（N3）添加各水分条件下粗根生物量较中氮（N2）添加分别减少44.04%、14.43%、13.00%,说明长期过量的氮添加会抑制了红砂幼苗粗根的生长;水分较好的情况下（W和W+）,株高相对增量在高氮（N3）添加下达到最大值,为14.4cm、13.83cm,较对照增加30.91%、38.97%,而水分减少（W-）时,高氮添加下株高相对增量较对照减少28.46%,说明水氮交互对红砂幼苗生长存在一定的耦合效应。（2）水分增加30%的情况下（W+）,生长季前期氮添加后（N1-N3）红砂幼苗叶片的NSC及其各组分含量逐渐增加,说明短期的氮添加促进了红砂幼苗叶片NSC的积累,到生长季后期叶片和根系NSC及其各组分含量随氮含量的增加呈先增后减的变化趋势,且高氮添加（N3）较中氮添加（N2）减少3.97%、25.11%,说明长期过量氮添加对红砂幼苗叶片和细根NSC的积累有抑制作用;干旱胁迫下（W-）,生长季后期氮添加（N1-N3）后叶片、茎和粗根的可溶性糖随氮含量增加呈现增加的变化趋势,在高氮（N3）处分别增加21.25%、25.41%、41.54%,而淀粉含量减少,在N3处分别减少25.82%、12.00%、13.21%,并且细根可溶性糖和淀粉含量也呈现出正好相反的变化趋势,说明红砂幼苗为适应外界环境的改变会通过可溶性糖和淀粉之间相互转化来应对胁迫条件。（3）叶片、细根和粗根NSC含量随生长季推移表现为先减小后增大,叶片和细根在生长季前期NSC积累最大,分别为35.25mg﹒g-1、31.25mg﹒g-1,生长季前期叶片的光合作用处于最佳状态,细根也吸收大量营养物质,能量积累大于能量消耗;粗根作为储藏器官在生长季后期NSC积累达到最大53.00mg﹒g-1;茎NSC含量随生长季推移变化保持在24.00mg﹒g-126.75mg﹒g-1,变化不大,说明红砂幼苗倾向于维持茎NSC的稳定。（4）红砂幼苗各器官可溶性糖含量为4.46mg﹒g-129.85mg﹒g-1,生长季后期可溶性糖含量表现为粗根>细根>叶>茎,说明红砂将更多的可溶性糖分配于地下根系部分以维持其生长;红砂幼苗各器官淀粉含量为7.09mg﹒g-135.21mg﹒g-1,整个生长季粗根中淀粉含量始终最高,说明粗根是红砂幼苗淀粉最主要的存储器官;红砂幼苗各器官NSC含量为18.77mg﹒g-159.11mg﹒g-1,其中粗根中含量最多,叶片中次之,茎中最少,叶片中NSC含量仅次于粗根,叶片进行光合作用,有更强的碳同化能力,是整株树木的NSC源。（5）水分变化和氮沉降对红砂幼苗叶片有机碳含量基本无影响,有机碳在红砂幼苗叶片中具有稳定性。在降雨减少和自然降雨处理下,氮含量的增加导致根系中氮元素减少,生长季后期根系活性降低,氮素吸收减少,同时可能是植物吸收的氮素被转化后用于植物器官建成等生理过程,以帮助红砂幼苗度过冬季。根系全磷含量在W+N3处理下达到最大7.22%,并且氮添加后根系全磷含量随氮含量增加呈现增加趋势,在水分条件较好的情况下增量更明显,说明全磷在红砂幼苗根系中的含量受降雨和氮素的交互影响。

摘要译文

关键词：

降雨变化; 氮沉降; 非结构性碳水化合物; 化学计量指标; 动态变化

学位年度：

2020

学位类型：

硕士

学科专业：

林学（水土保持与荒漠化防治）

导师：

李毅

中图分类号：

Q948[植物生态学和植物地理学]

学科分类号：

071002[植物学];071301[植物生态学]

D O I：

10.27025/d.cnki.ggsnu.2020.000054