發(fā)布時(shí)間：2018-05-27 14:12

  本文選題：日本落葉松 + 光合作用　； 參考：《中國林業(yè)科學(xué)研究院》2017年博士論文

【摘要】：林冠是樹木與大氣環(huán)境進(jìn)行交換的主要界面,同時(shí)也是樹木進(jìn)行光合作用的主要場所。冠層光合生產(chǎn)力是推動和支撐森林形成的原初動力,研究冠層梯度光合與呼吸作用對揭示樹木生產(chǎn)力形成具有重要意義。本研究以甘肅省小隴山林區(qū)3年生、8年生和20年生日本落葉松人工林為研究對象,對針葉養(yǎng)分含量、葉綠素含量(Chl(a+b))、比葉面積(SLA)、光合響應(yīng)曲線、光合日變化和枝、干呼吸速率進(jìn)行連續(xù)觀測,比較了各冠層針葉生理和形態(tài)參數(shù)、光合特征和枝、干呼吸速率的時(shí)空變化規(guī)律,確定了影響光合作用的主要環(huán)境因子及各冠層最優(yōu)環(huán)境因子,分別冠層估算了光合凈初級生產(chǎn)力和呼吸碳消耗及其對全冠層光合生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)率,并以此確定了“功能樹冠”的高度,為人工整枝和冠層光合生產(chǎn)力維護(hù)提供重要參考。主要研究結(jié)論如下:(1)針葉生理及形態(tài)參數(shù)表現(xiàn)出明顯的時(shí)空變化規(guī)律,而養(yǎng)分含量的時(shí)空變化則隨林齡而存在一定的差異性。非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)隨季節(jié)而升高,SLA隨季節(jié)而降低,針葉Chl(a+b)則表現(xiàn)出先升后降的趨勢,6月升至最大值,表明在生長季中期針葉對光能利用效率達(dá)到最大,而生長季后期NSC在針葉中的積累增加,導(dǎo)致針葉葉肉的擴(kuò)散阻力增加。NSC和葉綠素a/b(Chla/b)隨冠層的升高而增加,Chl(a+b)和SLA隨冠層的升高而下降,表明針葉光合作用和對強(qiáng)光的利用效率隨冠層的下降而減小,對弱光的利用效率和對光照的吸收與捕獲能力隨冠層的下降而增加。日本落葉松氮磷比(N:P)14,林地土壤N:P3,表明其生長主要受N供應(yīng)限制。3年生和20年生N隨季節(jié)表現(xiàn)出先升后降的趨勢,8年生N表現(xiàn)出先降后升的趨勢;3年生中冠層N大于下冠層,而8年生和20年生下冠層N最大。N素時(shí)空變化隨林齡的差異說明不同發(fā)育階段日本落葉松對養(yǎng)分的利用效率不同。(2)針葉光合特性和光合凈初級生產(chǎn)力表現(xiàn)出明顯的時(shí)空變化規(guī)律。方位間光合響應(yīng)參數(shù)無顯著差異。最大光合速率(Pmax)、凈光合速率(Pn)和氣孔導(dǎo)度(gs)均隨冠層的升高而增加,最大羧化速率(Vcmax)表現(xiàn)為中冠層最大,下冠層最小。Pmax隨季節(jié)表現(xiàn)出先升后降的趨勢,在7月左右升至最大值;8年生和20年生Vcmax隨季節(jié)表現(xiàn)出先降后升的趨勢,在7月左右降至最小值;而Pn的季節(jié)變化隨發(fā)育時(shí)間而異:20年生Pn表現(xiàn)出先升后降的趨勢,8年生Pn則表現(xiàn)出先降后升的趨勢。冠層光合凈初級生產(chǎn)力的空間變化表現(xiàn)為中冠層最大,下冠層最小,這表明中冠層針葉對日本落葉松生長的貢獻(xiàn)最大,下冠層最小。光合凈初級生產(chǎn)力隨季節(jié)表現(xiàn)出生長季初期開始升高,生長季中期達(dá)到最大值,隨后逐漸降低。(3)影響Pn和gs的最優(yōu)環(huán)境因子具有明顯的空間變化規(guī)律�；�于多元線性回歸和通徑分析,確定了影響Pn的主要環(huán)境因子是PAR、影響gs的主要環(huán)境因子是水汽壓虧缺(VPD),環(huán)境因子分別解釋了冠層Pn與gs變異的33.0%~81.5%和59.8%~77.8%。基于邊界線分析,確定冠層內(nèi)Pn的最優(yōu)水汽壓虧缺閾值(VPDT)變化范圍為0.53~2.54kPa,最優(yōu)溫度(Taopt)變化范圍為25.39~27.92℃;冠層內(nèi)gs的VPDT變化范圍為0.88~2.18kPa,Taopt變化范圍為25.84~27.62℃。VPDT隨冠層的下降而升高,中、下冠層Taopt高于上冠層。(4)枝、干呼吸速率和呼吸消耗表現(xiàn)出明顯的時(shí)空變化規(guī)律。枝、干呼吸速率及呼吸消耗隨季節(jié)表現(xiàn)出先升后降的趨勢,生長季中期升至最大值,休眠季降至最小值。枝呼吸速率隨冠層下降而減小,上冠層大都顯著高于中、下冠層。3年生樣木枝呼吸消耗隨冠層的下降而升高,8年生和20年生樣木枝呼吸消耗的空間變化表現(xiàn)為中冠層最大,上冠層最小,這與枝條在冠層內(nèi)的空間分布有關(guān)。枝維持呼吸速率對枝總呼吸速率的貢獻(xiàn)隨冠層下降而增加,維持呼吸消耗對枝總呼吸消耗的貢獻(xiàn)表現(xiàn)為中、下冠層大于上冠層,說明中、下冠層枝為維持其新陳代謝所需的基本能量,需要消耗的光合產(chǎn)物多于上冠層,而用于促進(jìn)生長的光合產(chǎn)物消耗則小于上冠層。枝呼吸速率隨林齡的增長而減小,而維持呼吸速率對總呼吸速率的貢獻(xiàn)隨林齡的增長而增加。林齡變化對樹干生長和維持呼吸速率的影響較小。光合與呼吸綜合作用下導(dǎo)致3年生、8年生和20年生單木地上光合凈初級生產(chǎn)力分別為2703.22,2355.69和2456.64gC·a-1,分別占光合凈初級生產(chǎn)力的82.4%,84.5%和65%,說明日本落葉松具有早期速生的生物學(xué)特性。氣溫是影響枝、干呼吸速率的主要環(huán)境因子,可解釋枝呼吸速率變異的56%~82%、干呼吸速率變異的81%~84%。(5)明確了冠層光合凈初級生產(chǎn)力的空間分布模式。冠層光合凈初級生產(chǎn)力和葉面積隨冠層升高表現(xiàn)出先增后降的趨勢,在相對冠高41%~52%冠層內(nèi)達(dá)到最大值,此時(shí)葉面積為2.74m2,光合凈初級生產(chǎn)力為266.5mgC·h-1,表明中間冠層為日本落葉松生長提供了較多的光合產(chǎn)物。在相對冠高31%~41%冠層內(nèi),葉面積對總量的貢獻(xiàn)率大致等同于光合凈初級生產(chǎn)力對總量的貢獻(xiàn)率,由此界定日本落葉松上2/3樹冠為“功能樹冠”,下1/3樹冠為“非功能冠”。因此應(yīng)在林分郁閉后及時(shí)進(jìn)行人工整枝,剔除光合生產(chǎn)力低、維持消耗高的下1/3樹冠枝條,以減少“非功能冠”對光合生產(chǎn)力的消耗,維護(hù)日本落葉松人工林較高的光合凈初級生產(chǎn)力。
[Abstract]:The main research conclusions are as follows : ( 1 ) The chlorophyll content ( Chl ( a + b )) , specific leaf area ( SLA ) , photosynthetic response curve , chlorophyll content ( Chl ( a + b )) , specific leaf area ( SLA ) , photosynthetic response curve , photosynthetic daily change and branch and dry respiration rate are observed . ( 2 ) The photosynthetic characteristics and net photosynthetic rate ( Pn ) and stomatal conductance ( gs ) of the crown layer increased with the increase of the crown layer . The photosynthetic net primary productivity and respiration rate of the crown layer decreased with the growth of the crown layer . The respiration rate of the crown layer increased with the growth of the crown layer .
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S791.223

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本文編號：1942417