论文部分内容阅读
全球气候变暖已是毋容置疑的事实。IPCC第五次气候评估报告指出,到本世纪末,全球平均地表温度将在1986-2005年的基础上升高0.3-4.8℃,在未来全球变暖的背景下,极端暧事件将进一步增多,热浪发生的频率更高,时间更长。云南高原湿地是我国的重要生态屏障,湿地生态系统极为脆弱,由于地处较高的海拔,对气候变化高度敏感,更容易受到全球气候变暖的影响。高原湿地植物作为生产者,是整个湿地生态系统功能得以维持的核心和基础,是湿地环境质量的重要指示者,也是对气候变化响应最强烈的组分。本研究利用云南高原独特的立体地形与立体气候特点,采用原位异地技术和空间代时间的方法,选择纳帕海(海拔3260m)湖滨带代表性水生植物水葱、茭草,连同其生长的原位土壤单元,一起移至随海拔梯度变化而产生气候条件差异的拉市海湿地(海拔2437m)和昆明滇池流域(海拔1891m),以转移空间研究对象来解决时间尺度限制问题,进而研究气候变化对高原湿地植物的影响,探讨气候变暖对高原湿地生态系统碳平衡的影响途径和作用规律。得到的主要研究结论如下:(1)随着海拔梯度下降的气候条件改变,气温、水温显著升高,光照强度显著降低,降雨量差异显著,CO2浓度和相对湿度变化不显著。在气候变化对高原湿地水生植物的影响研究中,气温、水温、光照强度是应该考虑的环境影响因子。CO2既是植物光合作用的必须原料之一,又是构成植物生存环境的一种环境因子,因此,CO2浓度也作为一个考虑的环境因子。(2)随着气候条件的改变,水葱、茭草两种植物的净光合速率显著升高:水葱由移出地纳帕海移至拉市海湿地和昆明滇池研究地点后,其生长阶段的平均净光合速率,分别增加了19.1%和18.4%;茭草的平均净光合速率,分别增加了43.5%和44.2%。同时,气孔导度、胞间CO2浓度以及蒸腾速率也随之显著升高;最大净光合速率、光补偿点、表观量子效率显著升高,而光饱和点显著降低;CO2补偿点显著降低,而CO2饱和点和羧化效率显著升高。研究表明,不同气候条件下两种植物的净光合速率与气孔导度、胞间CO2浓度以及蒸腾速率等生理因子均呈显著或极显著正相关;而不同气候条件下的气温,是影响两种湿地植物光合作用的最主要环境因子。两种供试植物虽然都是广布种,但茭草的气孔导度调节机制优于水葱,使得净光合速率与气温的相关性高于水葱,呈现出茭草对气温升高的高适应性。气候变化引起的温度升高极大地促进了水葱、茭草对光能的利用能力,两种植物的光合固碳能力都得到了很大的提高。(3)随着气候条件的改变,水葱、茭草两种植物的株高、生物量均显著增加。其中,水葱由移出地纳帕海移至拉市海湿地和昆明滇池研究地点后,其生长后期的生物量(生物量最大的生长阶段)分别提高了20.3%和22.5%;茭草生长后期的的生物量,分别提高了42.2%和45.3%。但基径的变化却不显著,因此两种植物的茎不够健壮,甚至容易倒伏,从而不利于抵抗外界环境。另外,茭草的株高、生物量对气温升高的适应能力要大于水葱。研究表明,不同气候条件下的气温,是影响两种湿地植物株高、生物量的最主要环境因子。耐受温度范围宽、适应力强的物种能积极响应气候变暖,光合固碳能力也得到较大提高,生物量显著增加,从而对生态系统的碳输入产生积极的影响。(4)随着气候条件的改变,水葱、茭草两种植物的叶绿素含量均显著增加,丙二醛、过氧化物酶、游离脯氨酸以及可溶性糖的含量均有不同程度的降低。随着气候条件的改变,水葱游离脯氨酸含量的季节动态变化幅度逐渐变小;而茭草游离脯氨酸含量的季节动态变化幅度仍然很大;除此之外的其他生理生化特性,茭草升高或降低的幅度均大于水葱。研究表明,不同气候条件下的气温,是影响两种湿地植物生理生化特性(过氧化物酶除外)的最主要环境因子。总体来看,茭草和水葱均体现了广布种对气候变暖的适应能力,但茭草对环境胁迫的适应能力更强,这有利于该物种的进一步生长和扩张,使其在湿地生态系统中持续保持优势地位。(5)随着气候条件的改变,水葱、茭草两种植物的凋落物分解速率均显著增加:水葱由移出地纳帕海移至拉市海湿地和昆明滇池研究地点后,其凋落物的分解速率分别提高了31.9%和28.9%;茭草的分解速率,分别提高了44.7%和43.6%。温度敏感性(Q10)的大小顺序为:混合凋落物(3.48)>茭草凋落物(3.06)>水葱凋落物(2.52),因此,水温升高对茭草凋落物分解的影响要大于水葱。在生长季,水温对凋落物的分解速率影响较大;在冬季,凋落物的基质质量对分解速率影响较大。C含量、N含量、lignin含量、C:N和lignin:N是水葱、茭草凋落物分解的重要预测因子,但在不同的分解时期,这些凋落物基质质量的重要性也存在着差异:N含量、C:N是第1个冬季最重要的影响因子,lignin:N是第2个冬季最重要的影响因子。研究表明,不同气候条件下的水温,是影响两种湿地植物凋落物分解的最重要环境因子,其次是凋落物的基质质量。气候变暖可以加快水葱、茭草等湿地水生植物广布种的凋落物分解,尤其是混合凋落物的分解,进而可能促进高原湿地生态系统的碳输出。(6)气候变暖对高原湿地生态系统碳库的影响不是单方面的,它通过碳输入和输出影响着湿地土壤碳库的平衡。气候因子决定了植被种类的分布、光合产物生成量和凋落物的分解速度,因此对土壤有机碳的固定和矿化分解过程有极大的影响。从整体上讲,气候变化对水葱凋落物分解的促进要大于对其光合固碳能力的促进,而对茭草凋落物分解的促进基本上等于对其光合固碳能力的促进。在气候变暖的大背景下,水葱可能会削弱高原湿地生态系统的碳汇功能,而茭草对生态系统碳汇功能的影响可能并不大。气候变暖对高原湿地生态系统碳平衡的影响,是一个复杂而又综合的过程,还需进一步的深入研究。