短期增温与秸秆还田量对东北黑土有机碳组分的协同影响

秸秆覆盖还田保护性耕作已成为提升黑土有机碳的有效措施之一。随着全球气候变暖,土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)矿化增加,秸秆覆盖还田是否可以弥补因矿化而损失的有机碳量,对应的合理还田量也成为亟待回答的问题。已有研究表明,与土壤总有机碳相比,有机碳组分可以更好地表征农田管理措施与气候变化协同对土壤有机碳周转及稳定性的影响,对预测气候变暖下东北黑土有机碳的固存有着重要意义。研究基于开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)田间原位模拟实验,分析了增温与不同秸秆还田量下SOC及其组分的变化,包括土壤活性碳组分,即可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC),以及土壤稳定性碳组分,即矿物结合碳(Mineral-associated organic carbon,MAOC)。结果表明,单一因素作用下,增温对SOC含量无显著影响,但显著降低了DOC和POC含量,并且显著增加了MBC和MAOC含量,其中POC组分变化量大于MAOC;秸秆还田量对SOC和MAOC含量影响不显著,秸秆覆盖还田后POC含量降低,但不同还田量之间无显著差异。增温后秸秆的添加对SOC含量无显著影响,增加了MBC含量,降低了DOC含量,增温后30%秸秆还田量对MAOC含量的促进效果最为显著,POC含量在增温后随着秸秆还田量的增加而增加;增温对不同秸秆还田量下SOC的解释度高达12.8%,同时也是各组分的主要影响因素,并且增温主要是通过影响秸秆还田土壤中POC组分,进而改变SOC含量,且POC变化量对SOC变化量解释度达39.9%。短期环境变化下SOC及其组分主要受增温的影响,其中POC作为对环境更敏感的组分,对SOC的变化影响更大。

短期增温对入侵植物一年蓬开花物候与繁殖分配的影响

全球气候变暖和生物入侵是影响生物多样性和生态系统功能的2个重要因素.本文以我国入侵较早、分布范围广、危害较严重的杂草植物一年蓬Erigeron annuus为研究对象,采用开顶式增温生长室模拟增温方法,研究了温度升高对入侵植物一年蓬开花物候和生物量累积及分配的影响.结果表明:一年蓬开花时间为5月初至9月中旬,短期增温处理后,一年蓬个体的开花振幅曲线呈单峰曲线,开花振幅到达高峰之前,增温处理的开花比例比对照的开花比例极显著高(p<0.01),具有较高的开花振幅.增温对一年蓬的开花物候有显著影响.极显著提前其始花日和开花高峰日(p<0.01),且增加高峰日的开花数(p<0.01),延长了花期持续时间(p<0.05),同时增加了其种子大小及质量(p<0.05).在增温条件下,显著降低了一年蓬的叶生物量和叶质量比,但显著增加了根叶比(p<0.05).在增温条件下,一年蓬通过提前开花、开大量的花、延长花期持续时间、增加其种子大小和质量,从而增加了繁殖投资,并通过生物量分配投资优化配置来适应气温升高,提高了一年蓬的适应性和入侵性.

北京城区夏、秋季节短期增温对月季暗呼吸及光合参数的影响

与光呼吸不同,光对植物叶片暗呼吸具有明显抑制作用。目前,植物叶片这一生理生态现象很少受到关注,但光抑制呼吸会导致叶片日间碳损失,对植物碳平衡有重要影响。利用Li-6400(Li-Cor,USA)光合仪模拟北京城区夏、秋季增温对月季(Rosa chinensis)叶片暗呼吸及光合参数的影响。结果表明:(1)短期增温处理显著提高了蒸腾速率(Tr),降低了胞间CO2浓度(Ci),夏季增温时气孔导度(Gs)降低而秋季增温明显升高。(2)夏季增温5℃,有光暗呼吸(RL)显著高于增温2℃(P<0.05),而增温2℃对RL影响不显著(P>0.05);秋季增温5℃,RL显著高于增温3℃(P<0.05)。4个不同短期增温处理都对无光暗呼吸(RD)影响显著(P<0.05)。(3)秋季增温5℃对光抑制呼吸影响显著(P<0.05);其它3个短期增温影响不显著(P>0.05)。(4)秋季增温5℃,月季暗呼吸对增温敏感性显著高于增温3℃的值(P<0.05)。目的为分析城市白昼气温上升导致植物叶片碳损失估计提供实验案例,是提高城市植物碳汇生态服务功能可能途径的基础。

短期增温对克隆植物剑叶金鸡菊生长及生物量的影响

剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)原产北美,作为观赏植物传入我国,被列为有害外来入侵物种。采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,研究了剑叶金鸡菊在增温条件下其形态特征、克隆分株数、生物量及生物量分配的响应。结果表明:受短期增温的影响,剑叶金鸡菊的叶片数显著增加85.38%,株高、叶片长、叶片宽及克隆分株数均没有显著差异。地上生物量的积累在增温后显著增加21.86%,但增温后地下生物量及根冠比与对照相比没有显著差异。增温对剑叶金鸡菊的地上生物量分配及地下生物量分配有显著影响,地上生物量分配显著增加,地下生物量显著减少。综合上述结果可知短期增温促进了剑叶金鸡菊的生长及生物量的积累,但增温导致土壤水分的降低限制了根系的生长,使生物量更多分配给地上部分,利于植物生长,增强其入侵能力。

短期增温对西藏念青唐古拉山典型植物群落结构和稳定性的影响

青藏高原气候变暖幅度显著高于全球其他区域,深刻影响着该地区植物群落的结构和稳定性。选择西藏念青唐古拉山的三种典型植物群落(高寒草原、高寒草甸和流石滩)作为研究对象,采用开顶式增温箱(OTC)模拟增温,研究了短期增温对植物群落结构和稳定性的影响。结果表明:(1)增温改变了群落的优势物种,影响其结构组成,而对物种多样性无显著影响;(2)增温显著降低了高寒草甸的地上生物量(P<0.05),增加地下生物量(P<0.01),从而导致了群落地下地上生物量分配策略的改变;(3)增温降低群落中部分物种的生态位宽度,进而影响群落稳定性,其中高寒草甸变化最大,达到-66.8%。研究结果可为青藏高原高寒草地生态系统应对和适应未来气候变化提供一定科学依据。

短期模拟增温对黄河三角洲滨海湿地芦苇光响应特征的影响

黄河三角洲滨海湿地地下水位浅,淡咸水交互作用明显,其土壤水盐状况成为影响该地区生态系统关键过程的主要因子。另外,随着气候变暖,黄河三角洲在过去50年(1961—2010年)进入显著升温阶段,温度升高直接或间接影响着植物的光合作用和光响应特征,从而影响黄河三角洲滨海湿地的演变。采用红外辐射加热器模拟增温,分析了增温对黄河三角洲滨海湿地生长季(2015年5月初—2015年10月底)芦苇光响应特征的影响。根据土壤含水量波动情况生长季可分为3个时期,即干旱期、淹水期和湿润期。结果表明,干旱期,10 cm土壤温度升高3.3℃,土壤水分含量升高了9.4%,土壤盐分含量升高了16.7%;盐分增加使芦苇叶片在强光下发生光抑制,并且显著降低最大光合速率(Pnmax)、暗呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)。淹水期,增温对10 cm土壤温度、湿度和盐分均无显著影响,过饱和的水分状况限制叶片光合速率,使得Pnmax达到最低。湿润期,10 cm土壤温度显著升高3.0℃,土壤含水量升高了2.9%,土壤盐分无显著差异;这一阶段,温度升高促进中强光下芦苇叶片的光合速率;同时叶片Pnmax、Rd和LSP分别增加27.7%、14.9%和23.3%。从整个生长季来看,增温使土壤温度显著升高2.9℃,土壤盐分含量升高7.0%,而对光合参数无显著影响。由此可见,在滨海湿地生态系统中,增温对光合作用的影响受土壤水盐状况的控制。

基于Meta-analysis整合分析植物生理指标对短期和长期增温处理的不同响应

长期的增温对植物的生理和生长过程的影响以及不同植物功能类型之间的影响如何变化尚未得到广泛分析,在此次Meta-analysis中,搜集了70余篇有关增温处理的文献,利用文献中的实验数据,研究了长期和短期的增温对不同植物生理指标的影响。研究发现短期增温对植物的光合速率、呼吸速率、比叶面积和叶氮含量都具有刺激作用,加速了植物的生理生长过程,但长期增温却对植物的光合速率和叶氮含量产生负面影响。长期和短期增温均对植物呼吸速率有积极影响,长期增温更是加速了这一生理过程。总体而言,结果表明了短期增温和长期增温对植物生理和生长的影响是有区别的,并且还会在不同功能型植物和温度变化幅度中发生改变。