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羰基硫(COS)和CO2结构相似,且植物对COS和CO2具有共吸收特性,因此可利用COS作为示踪物来估算生态系统总初级生产力(GPP)。而环境因子变化、树种差异以及培养时间对植物COS通量和CO2通量的影响存在差异,这可能增加估算总初级生产力过程中的偏差。其中,植物COS通量和CO2通量的比值(FCOS/FCO2)是估算GPP的重要变量。明确不同生态环境对植物COS通量和FCOS/FCO2比值的影响对估算GPP有重要意义。本研究以亚热带典型树种木荷(Schima superba)、闽楠(Phoebe bournei(Hemsl.)Yang)、马尾松(Pinus massoniana)和杉木(Cunninghamia lanceolata)为研究对象,设计三个实验:(1)设置4个温度梯度和4个光照强度梯度的室内人工气候箱控制实验;(2)设置2个氮水平和3个土壤水分梯度的温室控制实验;(3)设置CO2浓度增加处理和O3浓度处理及其交互处理的开顶箱(Opten top chamber,OTC)控制实验。采取顶空套袋法采集气体样品,用预浓缩-气质联用仪分析样品COS浓度,同时测量植物光合参数。结果如下:
1.在温度为30℃且光合有效辐射为500μmol m-2s-1条件下,木荷与闽楠COS吸收通量达到最大(分别为4.701pmol m-2s-1和5.294pmol m-2s-1)。在40℃条件下,木荷与闽楠COS吸收通量随光照增强而增加。在光合有效辐射为1500μmol m-2s-1的高光照条件下木荷与闽楠COS通量受到抑制。同样的,40℃高温会抑制木荷与闽楠COS吸收通量。这主要是由于温度和光照变化显著影响木荷与闽楠气孔导度和光合速率所导致。
2.不同温度和光照条件下,木荷与闽楠COS通量和CO2通量呈线性相关关系。在10℃下木荷COS通量和CO2通量的比值(FCOS/FCO2)最大(0.618×10-6),且随着温度的升高而降低。闽楠FCOS/FCO2比值在光合有效辐射为0μmol m-2s-1时达到最大(1.461×10-6),且随着光照强度增加而减小。
3.高土壤水分和低土壤水分条件分别促进马尾松和杉木COS通量。马尾松和杉木COS最大吸收通量为分别为127.27pmol m-2s-1和66.92pmol m-2s-1。施氮对高土壤水分和低土壤水分条件下的马尾松与杉木COS通量均有促进作用。马尾松和杉木COS通量的主要限制因素为植物气孔导度和酶活性。不同施氮和土壤水分条件下的马尾松和杉木COS通量和CO2通量呈线性相关关系。马尾松FCOS/FCO2比值在未施氮中等土壤水分条件下最低(1.204×10-6),在施氮高土壤水分条件下最高(1.907×10-6)。杉木FCOS/FCO2比值在未施氮中等土壤水分下最低(0.681×10-6),在未施氮高土壤水分条件下最高(1.893×10-6)。
4.马尾松COS吸收通量在O3浓度增加处理下2个月时最大(133.33pmol m-2s-1),闽楠COS吸收通量在O3浓度增加处理下3个月时最大(40.52pmol m-2s-1)。在CO2浓度增加处理下,随着时间的增加马尾松COS通量先降低后升高,闽楠COS通量则受到抑制。CO2和O3增加的交互处理对马尾松和闽楠COS通量的影响也有此规律。马尾松FCOS/FCO2比值在O3增加处理下最大(5.459×10-6),闽楠FCOS/FCO2比值在CO2增加处理下最大(2.854×10-6)。相比于对照组,各处理对马尾松FCOS/FCO2比值均有促进作用。而闽楠FCOS/FCO2比值仅在CO2浓度升高处理下增加。
1.在温度为30℃且光合有效辐射为500μmol m-2s-1条件下,木荷与闽楠COS吸收通量达到最大(分别为4.701pmol m-2s-1和5.294pmol m-2s-1)。在40℃条件下,木荷与闽楠COS吸收通量随光照增强而增加。在光合有效辐射为1500μmol m-2s-1的高光照条件下木荷与闽楠COS通量受到抑制。同样的,40℃高温会抑制木荷与闽楠COS吸收通量。这主要是由于温度和光照变化显著影响木荷与闽楠气孔导度和光合速率所导致。
2.不同温度和光照条件下,木荷与闽楠COS通量和CO2通量呈线性相关关系。在10℃下木荷COS通量和CO2通量的比值(FCOS/FCO2)最大(0.618×10-6),且随着温度的升高而降低。闽楠FCOS/FCO2比值在光合有效辐射为0μmol m-2s-1时达到最大(1.461×10-6),且随着光照强度增加而减小。
3.高土壤水分和低土壤水分条件分别促进马尾松和杉木COS通量。马尾松和杉木COS最大吸收通量为分别为127.27pmol m-2s-1和66.92pmol m-2s-1。施氮对高土壤水分和低土壤水分条件下的马尾松与杉木COS通量均有促进作用。马尾松和杉木COS通量的主要限制因素为植物气孔导度和酶活性。不同施氮和土壤水分条件下的马尾松和杉木COS通量和CO2通量呈线性相关关系。马尾松FCOS/FCO2比值在未施氮中等土壤水分条件下最低(1.204×10-6),在施氮高土壤水分条件下最高(1.907×10-6)。杉木FCOS/FCO2比值在未施氮中等土壤水分下最低(0.681×10-6),在未施氮高土壤水分条件下最高(1.893×10-6)。
4.马尾松COS吸收通量在O3浓度增加处理下2个月时最大(133.33pmol m-2s-1),闽楠COS吸收通量在O3浓度增加处理下3个月时最大(40.52pmol m-2s-1)。在CO2浓度增加处理下,随着时间的增加马尾松COS通量先降低后升高,闽楠COS通量则受到抑制。CO2和O3增加的交互处理对马尾松和闽楠COS通量的影响也有此规律。马尾松FCOS/FCO2比值在O3增加处理下最大(5.459×10-6),闽楠FCOS/FCO2比值在CO2增加处理下最大(2.854×10-6)。相比于对照组,各处理对马尾松FCOS/FCO2比值均有促进作用。而闽楠FCOS/FCO2比值仅在CO2浓度升高处理下增加。