克氏针茅物候对气候变暖和水分变化的响应及其光合生理生态机制

物候对气候变化具有重要指示作用,然而现有研究主要关注植物物候变化与环境因子的关系,对于物候变化的生理生态机制研究较为缺乏。基于内蒙古自治区克氏针茅草原红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,探究了克氏针茅物候变化的光合生理生态机制及其对水热环境因子的响应。研究结果表明:(1)增温使克氏针茅返青期和抽穗期提前2.8 d和7.8 d、枯黄期推迟6.8 d;水热协同作用主要影响抽穗期,增温增水(气候暖湿化)较增温减水(气候暖干化)提前7.4 d。(2)增温增水使得克氏针茅返青期和抽穗期的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著高于增温减水,而对水分利用效率的影响则相反(P<0.05),增温增水与增温减水对克氏针茅枯黄期的光合生理生态特征影响无显著差异。(3)净光合速率是影响克氏针茅物候变化的决策因子,温度是影响克氏针茅植物返青期和枯黄期的限制因子,水分则是影响克氏针茅植物抽穗期的限制因子。研究发现克氏针茅物候与其光合生理生态特征和环境因子密切相关,研究结果可为植物物候模型发展和物候机理研究提供理论支撑。

温度和光周期协同作用对蒙古栎幼苗春季物候的影响

植物物候对气候变化非常敏感,但关于物候对不同气候因子协同作用的响应机制仍不清楚。为此,以蒙古栎为研究对象,针对蒙古栎物候的主要影响因子温度和光周期,利用大型人工气候室,模拟研究了温度与光周期协同作用(对照、增温1.5℃、增温2.0℃,不同光周期(10 h、14 h、18 h)及其协同作用(对照处理、增温1.5℃×18 h、增温1.5℃×10 h、增温2.0℃×18 h、增温2.0℃×10 h))对蒙古栎春季物候的影响与机制。结果表明:(1)相同水分条件下,不同升温程度对蒙古栎幼苗春季物候的影响不同。温升1.5℃促进蒙古栎幼苗春季物候(芽膨大期、芽开放期、展叶始期和展叶盛期)提前;而温升2.0℃则对不同春季物候的影响不同,表现为促进芽休眠解除和芽开放,但抑制叶片展开。(2)相同水分条件下,不同光周期对蒙古栎幼苗不同春季物候的影响存在差异。长光周期对蒙古栎幼苗展叶盛期影响最大,短光周期对芽膨大期影响最大,但均表现为抑制作用。(3)相同水分条件下,温度升高与光周期增加协同作用有助于促进蒙古栎幼苗春季物候提前,但温度升高与光周期缩短协同作用则对春季物候有抑制作用。(4)蒙古栎幼苗春季物候变化与前期气候胁迫程度存在显著正相关,表明前期气候因子也是物候变化的重要影响因子。研究结果丰富了蒙古栎物候响应多气候因子协同作用的认知,有助于促进物候模型的完善。

增温背景下克氏针茅枯黄期物候对降水响应的光合生理机制

基于红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,分析了克氏针茅(Stipa krylovii)枯黄期对水热变化响应的光合生理机制。结果表明:增温背景下降水是枯黄期的主要影响因子,增水(减水)导致枯黄始期和枯黄盛期的发生时间均延迟(提前),枯黄期持续时间均延长,减水处理对枯黄期持续时间的延长作用更显著。增温背景下,降水变化显著影响枯黄期的生理生态特性,且在枯黄始期最为显著,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)羧化的最大速率(Vc max)、RuBP再生能力的最大速率(Jmax)均与降水量呈显著正相关。通径分析表明,克氏针茅枯黄期的光合生理机制因水热变化的不同而异。当前环境条件下,枯黄期物候变化的主要影响因子是Jmax,主要限制因子是Vc max。未来暖干和暖湿气候下枯黄期物候变化的主要影响因子均是Vc max;但在暖干气候下主要限制因子为Jmax,而在暖湿气候下则无限制因子。这表明克氏针茅枯黄期物候的变化取决于气候环境条件变化对其光合能力的影响。