【摘 要】
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气候变暖已经是不争的事实,全球平均温度升高的同时呈现出明显的季节不对称性,全球冬季变暖增幅远大于其他季节,而全球冬季气候变化的最重要的非直接影响就是导致部分地区土壤冻结消失和雪被覆盖减少,从而导致冻融循环的变化。土壤冻融作用不仅会影响土壤理化性质、生物地球化学循环,而且还会通过生境胁迫或土壤环境改变间接影响植物的生理生态过程,从而可能对冻土广泛分布地区的植被生态系统生产力产生重要影响。由此,本文以
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
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气候变暖已经是不争的事实,全球平均温度升高的同时呈现出明显的季节不对称性,全球冬季变暖增幅远大于其他季节,而全球冬季气候变化的最重要的非直接影响就是导致部分地区土壤冻结消失和雪被覆盖减少,从而导致冻融循环的变化。土壤冻融作用不仅会影响土壤理化性质、生物地球化学循环,而且还会通过生境胁迫或土壤环境改变间接影响植物的生理生态过程,从而可能对冻土广泛分布地区的植被生态系统生产力产生重要影响。由此,本文以吉林西部牛心套保国家湿地公园为研究区。通过汇总历年逐月气象数据,得到研究区67年间区冬季最低温度增加2.881℃,最高温度增加1.307℃,并以此为依据设置三组处理(4℃恒温处理H、冻融期增温处理W、正常冻融处理C),根据芦苇根茎出芽情况(包括萌发率、存活率、萌发时间和相对增长速率)比较冻融期增温对芦苇幼苗发芽期和展叶期的影响。通过野外原位电缆增温的方式研究冻融期增温对冻融循环的影响,并在此实验基础上将部分经过原位冻融期增温处理后的土壤与芦苇幼苗移至室内,进行形态指标(株高、茎粗、叶长)和叶绿素荧光参数(Fo、Fm、Y(Ⅱ)、Fv/Fm、Fv/Fo、Y(NPQ)、Y(NO))测量,比较冻融期增温对芦苇成株展叶期和快速生长期的影响。增温显著增加了冻融期土壤冻融循环频次,提高了 15 cm、25 cm和35 cm土层土壤温度,与对照组相比各土层的平均土壤温度分别增加了 1.06℃、1.12℃和0.95℃。增温显著降低了完全冻结期的天数,但是增加了冬春解冻期的持续天数即增加了冻土层冻融循环的频次。在15 cm、25 cm和35 cm 土层,增温显著降低了完全冻结期持续天数的16.4%、36.7%和36.5%,分别增加了 9、13和20天的冻融循环频次。对于萌芽期芦苇幼苗,4℃恒温处理(H)下幼苗最早开始萌芽,较两组冻融处理提前4 d,并以最快的生长速率生长。冻融期增温(W)处理较正常冻融处理(C)气温增加了1.3℃到2.9℃,土层平均温度増加了0.95℃到1.12℃,使芦苇幼苗萌发期缩短,展叶期提前。冻融期增温使芦苇幼苗萌发时间比正常冻融组提前了 1周,但幼苗在萌发1周后萌芽数停止增加,而正常冻融组萌芽数仍迅速增长,一周后与冻融期增温组并无明显差异。显然,冻融期增温并不能增加芦苇幼苗在萌发期的萌芽数及萌发率。冻融期增温破坏了植物细胞膜、类囊体、叶绿素,使得抗氧化酶(APX、POD、CAT和SOD)活性含量高于正常冻融组,MDA活性含量低于正常冻融组,表明冻融期增温处理下芦苇幼苗中APX、POD、CAT和SOD活性在经历过多次冻融循环后,为减缓活性氧和自由基对细胞的过氧化损伤而进行快速调节,使得幼苗对冻融期增温胁迫的抗逆性提高。恒温处理下芦苇幼苗中MDA与APX呈显著正相关关系,说明在恒温处理下H2O2的过多积累引起细胞膜脂过氧化,导致MDA含量增加,说明APX是清除H2O2的主要抗氧化酶。冻融期增温对芦苇成株形态指标及叶绿素荧光参数的影响是分阶段的。就芦苇形态指标而言,除芦苇叶长不受冻融期增温处理影响外,株高、茎粗皆显著受冻融期增温处理影响显著。在展叶期(处理后1周至4周即4月9日至5月21日),冻融期增温处理对芦苇茎粗影响很大,对株高的影响很小,到了快速生长期(处理后5周至15周即5月28日至8月13日),冻融期增温处理对株高的影响则很大,而对茎粗的影响却很小。就芦苇叶绿素荧光参数指标方面,冻融期增温处理对展叶期的芦苇叶片初始荧光参数(Fo)、叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(Y(Ⅱ))和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo))影响显著,到了后期快速生长期,这种影响逐渐减弱,最终消失。在植物元素方面,冻融期增温对植物茎、叶的N、P、S元素分配影响显著,但对根系影响不显著。
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