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试验以川西亚高山地区优势树种岷江冷杉幼苗为材料,在青藏高原东侧的王朗国家级自然保护区境内,结合该区域山体落差较大,而岷江冷杉海拔分布较广的特点,采用移栽模拟增温的方式,研究了岷江冷杉幼苗对模拟增温(+2.54℃)的生理生态响应,然后对增温后的岷江冷杉幼苗进行施氮(15 g N m-2a-1)和重度遮荫处理(10%的自然光照),以探讨施氮和重度遮荫对岷江冷杉幼苗生长和生理生化特征的影响。主要试验结论如下:
(1)短期模拟增温显著地促进了岷江冷杉幼苗的生长和生物量积累,并对其光合色素含量、气体交换参数以及水分利用效率(WUE)等生理生化特征产生了显著的影响。尽管针叶中渗透调节物质(非结构性碳水化合物、可溶性蛋白)的含量和抗氧化酶(过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD))活性在增温后无显著变化或有所降低,但模拟增温显著地减少了低温对岷江冷杉幼苗的伤害,使其叶片中丙二醛(MDA)含量显著降低,并导致其气孔导度(gs)、羧化效率(cE)、净光合速率(Pn)和总叶面积增加,进而提高了岷江冷杉幼苗的初级生产力,促进其侧枝生长和生物量的积累。温度的增加还使得岷江冷杉幼苗蒸腾速率(E)升高,导致其WUE降低。此外,模拟增温对岷江冷杉幼苗叶肉细胞的超微结构也有显著的影响,增温将导致叶肉细胞的细胞壁明显变薄。
(2)尽管模拟增温极大地促进了高海拔来源的岷江冷杉幼苗的光合作用,使其Pn显著高于生长在同一温度下的低海拔来源的岷江冷杉幼苗,但由于温度的升高还导致高海拔来源岷江冷杉幼苗的呼吸速率(Rd)急剧增加,再加上大量碳水化合物向根部的分配,在一定程度上抵消了增温对高海拔来源岷江冷杉幼苗光合作用的促进效应,导致其生长在短期内仍低于低海拔原位移栽的幼苗。
(3)尽管施氮处理对岷江冷杉幼苗的根冠比(root/shoot ratio)、类胡萝卜素含量(Caro)、瞬时水分利用效率(WUEi)等参数的影响在增温前后在存在一定差异,但从总体上来说,短期施氮处理(2年)对岷江冷杉幼苗生长和生理生化特征的影响在增温前后还是一致的。施氮处理显著提高了岷江冷杉幼苗的叶片氮含量、叶绿素含量、羧化效率(CE)、净光合速率(Pn)和呼吸速率(Rd),促进其侧枝的生长和生物量的积累;另外,施氮处理还显著提高了岷江冷杉幼苗叶片的SOD、POD活性及可溶性蛋白含量,增强了其抗性;但施氮处理并未对岷江冷杉幼苗的长期水分利用效率产生显著的影响。
(4)长期重度遮荫不利于岷江冷杉幼苗的生长。尽管岷江冷杉幼苗在遮荫后产生了一系列适应性的变化,如生物量更多的向地上部分分配、比叶质量(LMA)减小、叶重比(LMR)增大、光合色素含量升高等,但长期重度遮荫还是显著地降低了岷江冷杉幼苗的Pn、WUE和生物量的积累;此外,重度遮荫还降低了岷江冷杉幼苗的抗性,使其SOD、POD活性降低以及MDA含量升高,对其生长发育造成不利的影响。