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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 14 期摇 摇 2013 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
石鸡属鸟类研究现状 宋摇 森,刘迺发 (4215)………………………………………………………………………
个体与基础生态
不同降水及氮添加对浙江古田山 4 种树木幼苗光合生理生态特征与生物量的影响
闫摇 慧,吴摇 茜,丁摇 佳,等 (4226)
……………………………
……………………………………………………………………………
低温胁迫时间对 4 种幼苗生理生化及光合特性的影响 邵怡若,许建新,薛摇 立,等 (4237)……………………
不同施氮处理玉米根茬在土壤中矿化分解特性 蔡摇 苗,董燕婕,李佰军,等 (4248)……………………………
不同生育期花生渗透调节物质含量和抗氧化酶活性对土壤水分的响应
张智猛,宋文武,丁摇 红,等 (4257)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
天山中部天山云杉林土壤种子库年际变化 李华东,潘存德,王摇 兵,等 (4266)…………………………………
不同作物两苗同穴互作育苗的生理生态效应 李伶俐,郭红霞,黄耿华,等 (4278)………………………………
镁、锰、活性炭和石灰及其交互作用对小麦镉吸收的影响 周相玉,冯文强,秦鱼生,等 (4289)…………………
CO2 浓度升高对毛竹器官矿质离子吸收、运输和分配的影响 庄明浩,陈双林,李迎春,等 (4297)……………
pH值和 Fe、Cd处理对水稻根际及根表 Fe、Cd吸附行为的影响 刘丹青,陈摇 雪,杨亚洲,等 (4306)…………
弱光胁迫对不同耐荫型玉米果穗发育及内源激素含量的影响 周卫霞,李潮海,刘天学,等 (4315)……………
玉米花生间作对玉米光合特性及产量形成的影响 焦念元,宁堂原,杨萌珂,等 (4324)…………………………
不同林龄胡杨克隆繁殖根系分布特征及其构型 黄晶晶,井家林,曹德昌,等 (4331)……………………………
植被年际变化对蒸散发影响的模拟研究 陈摇 浩,曾晓东 (4343)…………………………………………………
蝇蛹金小蜂的交配行为及雄蜂交配次数对雌蜂繁殖的影响 孙摇 芳,陈中正,段毕升,等 (4354)………………
西藏飞蝗虫粪粗提物的成分分析及其活性测定 王海建,李彝利,李摇 庆,等 (4361)……………………………
不同水稻品种对稻纵卷叶螟生长发育、存活、生殖及飞行能力的影响 李摇 霞,徐秀秀,韩兰芝,等 (4370)……
种群、群落和生态系统
基于 mtCOII基因对山东省越冬代亚洲玉米螟不同种群的遗传结构分析
李丽莉,于摇 毅,国摇 栋,等 (4377)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖湿地昆虫群落结构及多样性 韩争伟,马摇 玲,曹传旺,等 (4387)……………………………………………
西江下游浮游植物群落周年变化模式 王摇 超,赖子尼,李新辉,等 (4398)………………………………………
环境和扩散对草地群落构建的影响 王摇 丹,王孝安,郭摇 华,等 (4409)…………………………………………
黄土高原不同侵蚀类型区生物结皮中蓝藻的多样性 杨丽娜,赵允格,明摇 姣,等 (4416)………………………
景观、区域和全球生态
基于景观安全格局的建设用地管制分区 王思易,欧名豪 (4425)…………………………………………………
黑河中游湿地景观破碎化过程及其驱动力分析 赵锐锋,姜朋辉,赵海莉,等 (4436)……………………………
2000—2010 年青海湖流域草地退化状况时空分析 骆成凤,许长军,游浩妍,等 (4450)………………………
基于“源冶“汇冶景观指数的定西关川河流域土壤水蚀研究 李海防,卫摇 伟,陈摇 瑾,等 (4460)………………
农业景观格局与麦蚜密度对其初寄生蜂与重寄生蜂种群及寄生率的影响 关晓庆,刘军和,赵紫华 (4468)…
CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响 石耀辉,周广胜,蒋延玲,等 (4478)…………………………
资源与产业生态
城市土地利用的生态服务功效评价方法———以常州市为例 阳文锐,李摇 锋,王如松,等 (4486)………………
城市居民食物磷素消费变化及其环境负荷———以厦门市为例 王慧娜,赵小锋,唐立娜,等 (4495)……………
研究简报
间套作种植提升农田生态系统服务功能 苏本营,陈圣宾,李永庚,等 (4505)……………………………………
矿区生态产业评价指标体系 王广成,王欢欢,谭玲玲 (4515)……………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*308*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*32*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄07
封面图说: 古田山常绿阔叶林景观———亚热带常绿阔叶林是我国独特的植被类型,生物多样性仅次于热带雨林。 古田山地处
中亚热带东部,浙、赣、皖三省交界处,由于其特殊复杂的地理环境位置,分布着典型的中亚热带常绿阔叶林,是生物
繁衍栖息的理想场所,生物多样性十分突出。 中国科学院在这里建立了古田山森林生物多样性与气候变化研究站,
主要定位于研究和探索中国亚热带森林植物群落物种共存机制,阐释生物多样性对森林生态系统功能的影响,以及
监测气候变化对于亚热带森林及其碳库和碳通量的影响。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 14 期
2013 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 14
Jul. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)(2010CB951301); 中国科学院战略性先导科技专项(XDA05050400)
收稿日期:2012鄄04鄄16; 摇 摇 修订日期:2012鄄09鄄06
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: gszhou@ ibcas. ac. cn;yljiang@ ibcas. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201204160546
石耀辉, 周广胜,蒋延玲,王慧,许振柱. CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响.生态学报,2013,33(14):4478鄄4485.
Shi Y H, Zhou G S, Jiang Y L, Wang H, Xu Z Z. Effects of interactive CO2 concentration and precipitation on growth characteristics of Stipa breviflora. .
Acta Ecologica Sinica,2013,33(14):4478鄄4485.
CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响
石耀辉1,2, 周广胜1,3,*,蒋延玲1, 王摇 慧1,2,许振柱1
(1. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京摇 100093;
2. 中国科学院研究生院,北京摇 100049; 3. 中国气象科学研究院,北京摇 100081)
摘要:关于二氧化碳(CO2)浓度和降水等单因子变化对植物生长的影响研究已很多,但多因子协同作用的影响研究仍较少,制
约着植物对全球变化响应的综合理解与预测。 利用开顶式生长箱(OTC)模拟研究了 CO2 浓度升高(450 和 550滋mol / mol)和降
水量变化(-30% 、-15% 、对照、+15%和+30% )的协同作用对荒漠草原优势植物短花针茅(Stipa breviflora)生长特性的影响。
结果表明:550 滋mol / mol CO2 浓度下短花针茅植株的生物量和叶面积较对照显著增加,但 450 滋mol / mol CO2 浓度下的变化不明
显;降水增多导致植株生物量、叶面积、叶数和株高显著增加;CO2 浓度与降水协同作用显著影响短花针茅植株生物量。 CO2 浓
度升高在一定程度上缓解了降水减少对短花针茅的胁迫效应,但降水量减少 30%则明显抑制了 CO2 浓度升高带来的效应。 研
究结果有助于增进荒漠草原植物对未来气候变化的适应性理解,可为制定荒漠草原应对气候变化的对策提供依据。
关键词:降水量; CO2 浓度; 协同作用; 短花针茅; 生长特性
Effects of interactive CO2 concentration and precipitation on growth
characteristics of Stipa breviflora
SHI Yaohui1,2, ZHOU Guangsheng1,3,*, JIANG Yanling1, WANG Hui1,2, XU Zhenzhu1
1 State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093,China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049, China
3 Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081, China
Abstract: Although lot of the studies on the effects of single factor, such as atmospheric CO2 concentration and
precipitation, on plant growth characteristics have been done, the effects of interactive CO2 concentration and precipitation
on plant growth characteristics have not been studied yet. Those restricted the comprehensive understanding and accurate
prediction of the effects of global change on plant growth characteristics. Stipa breviflora is one of the dominant plant species
in desert steppe and a kind of forage grass with high quality. Investigating the sensitivity and adaptive capacity of S.
breviflora to climate change is significant for maintaining the stabilization of desert ecosystem and the security of
stockbreeding. We had studied the effects of increased CO2 concentration and varied precipitation as well as their
interactions on the growth characteristics (such as plant height, leaf area, survival rate, leaf number and biomass, etc. ) of
S. breviflora based on the simulation experiment using open鄄top chambers (OTC) from June to August ( the main growing
season) in 2011.
In this paper, three levels of CO2 concentrations ( control, 450 and 550 滋mol / mol), five levels of precipitation
(-30% , -15% , control, +15% , and +30% based on the average monthly precipitation from 1978 to 2007 in Siziwangqi
county, Inner Mongolia) and their interactions were studied. There were six replicates ( i. e. , six pots with four plants per
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pot) for every CO2 concentration treatment and precipitation treatment. The seeds were sowed on April 18
th and well watered
before control experiment. Then 90 pots of plants with consistent growing vigor were randomly selected and placed into
different chambers as different treatments. High鄄purity CO2 was pumped into those chambers with high CO2 concentration
day and night, regulated by a CO2 automatic control system. Each precipitation regime was converted to irrigation amounts
of every month and then divided into 10 times to water, i. e. watered every three days after 4:00pm. The chambers were
covered in rainy days to avoid extra water input. The whole experimental site was covered with sun鄄shading net to lower the
temperature in chambers at 9:00—16:00 on clear days.
Plant heights were measured in late July and late August, respectively. Leaf number, leaf area and biomass were
measured at the stage with the biggest biomass. The results indicated that, comparing with the control, the growth
characteristics of S. breviflora did not change significantly under 450滋mol / mol CO2 concentration. However, the biomass,
plant heights ( in July), leaf area and single leaf area of S. breviflora increased significantly under 550滋mol / mol CO2
concentration, while leaf number and plant heights ( in August) did not change significantly. The changes of precipitation
obviously affected the biomass, leaf area, leave number, plant height and survival rate of S. breviflora. The interactions of
increased CO2 concentration and varied precipitation had significant effects on the biomass of S. breviflora. CO2 fertilization
effect could offset the adverse impact induced by decreasing precipitation, but the effect of increasing CO2 concentration
would be reduced markedly when the precipitation decreased about 30% . This result would help to understand the
adaptation of desert steppe to future climatic change and to make countermeasures to cope with climatic change.
Key Words: precipitation; CO2 concentration; interaction; Stipa breviflora; growth characteristics
大气 CO2 浓度已由工业化前约 270—280 滋mol / mol增加到 2009 年的 387 滋mol / mol[1],预计到 2050 年大
气 CO2 浓度将达到 550 滋mol / mol左右[2]。 大气 CO2 浓度升高一方面直接对植物光合作用和生长发育产生影
响,另一方面,其引起的“温室效应冶将诱发全球增暖与降水格局等的改变,间接影响植物光合作用和生长
发育[3]。
关于大气 CO2浓度升高[4鄄13]及水分变化[14鄄20]对植物的影响国内外已经开展了大量研究,但关于 CO2 和水
分交互作用对植物的影响研究仍较少[21鄄23],制约着植物对全球变化响应的综合理解与预测。 关于 CO2 浓度
升高的模拟通常采用 700 滋mol / mol[7鄄8]、550 滋mol / mol 或其它浓度处理[10鄄13];水分变化的模拟多以土壤持水
量为参考[17鄄23],或以降水量为参考[15鄄16],主要关注干旱的影响;实验设计的水分梯度少、跨度较小,无法全面
理解植物对水分的响应及涝渍对植物的影响[24]。 不同植物对 CO2 浓度升高和水分胁迫的敏感程度不尽相
同,即使是生存在相同环境下的植物,它们受到的影响也可能存在较大的差异[6]。
短花针茅(Stipa breviflora) 是亚洲中部暖温型荒漠草原的建群种,在我国主要分布在内蒙古高原南部、阴
山山脉以南及黄土高原西部等地区。 短花针茅为优等牧草,具有耐干旱、返青早、适口性好等优点[25]。 本研
究以短花针茅为研究对象,利用开顶式生长箱(OTC)模拟 CO2 浓度升高和降水量变化协同作用对短花针茅
生长特性的影响,探讨短花针茅对气候变化的适应性,为未来气候变化情景下荒漠草原的科学管理与畜牧业
生产提供科学依据。
1摇 实验材料和方法
1. 1摇 实验材料与设计
实验于 2011 年 5 月至 8 月在中国科学院植物研究所进行。 短花针茅种子于实验前一年采集于中国科学
院植物研究所乌兰察布草地生态研究站(41毅43忆N,111毅52忆E,海拔 1420—1500 m),经 0. 5%高锰酸钾溶液消
毒 8min,用水冲洗后备播。 土壤来源于内蒙古锡林浩特草原典型栗钙土。
实验设置 3 个 CO2 浓度水平:对照(Control)、450 滋mol / mol和 550 滋mol / mol,每个浓度水平 3 个重复,共
9 个开顶式气室(OTC)。 以钢瓶装高纯度 CO2 为气源,利用 CO2 自动控制系统进行 24h 监控,每分钟监测 1
9744摇 14 期 摇 摇 摇 作者摇 等:CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响 摇
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次气室内 CO2 浓度并补气。 对每个 CO2 浓度水平,以短花针茅种源地内蒙古乌兰察布盟四子王旗 6、7、8 月
的 30a(1978—2007)月均降水量为对照设置 5 个降水量梯度:-30% (W1)、-15% (W2)、对照(W3)、+15%
(W4)和+30% (W5),每个气室内相同降水量水平设置两个重复处理。 根据塑料盆的尺寸将月均降水量换算
为各处理的总浇水量,每 3d浇灌 1 次。 短花针茅种源地 30 年月均降水量及各水分处理的每次浇灌水量见
表 1。
表 1摇 短花针茅种源地 30 年(1978—2007)月平均降水量及各水分处理施水量表
Table 1摇 Average monthly precipitation during 1978—2007 and water supply for the five water treatments
月份
Month
月平均降水量
Precipitation / mm
每次施水量 Irrigation amount / mL
W1 W2 W3 W4 W5
6 55. 50 36 44 52 60 67
7 92. 73 55 67 79 90 102
8 67. 58 44 54 63 72 82
摇 摇 W3 为对照,W1、W2、W4 和 W5 分别代表降水量在对照基础上-30% 、-15% 、+15%和+30%
在进行 CO2 浓度和水分控制实验前先进行育苗、间苗及定苗。 (1)育苗:4 月 18 日播种,将土壤过筛去除
其中的残根、石块后分装入聚乙烯塑料盆中,每盆播种短花针茅种子 10 粒左右(短花针茅种子发芽率
94郾 4% ),浇水 100 mL。 随后,放入温室育苗(最大光强约 1000 mmol·m-2·s-1,昼夜温度 26—28 益 / 18—20
益),定期浇水。 (2)间苗及定苗:在出苗至第 1 片叶完全展开后进行间苗,直到幼苗第 3 片叶完全展开时进
行定苗,每盆选取长势较好且一致的幼苗保留 4 株。
5 月 23 日将 90 盆实验材料随机转入 OTC气室,每个气室 10 盆。 2011 年 5 月 31 日开始控制实验。 开始
实验前对每盆样品进行称重、补水以保证初始水分条件一致。 控制实验开始后每天检查一次 CO2 通气状况,
经常清洁气室的玻璃内外壁,每 3d在 16:00 后浇水 1 次,雨天及时扣上防雨罩。 晴天于 9:00—16:00 用遮阳
网遮挡强光,用鼓风机不间断向气室内鼓风以防止气室内温度过高,6、7、8 月气室内的日均温分别为 27郾 8、
27. 7 益和 26. 5 益。
1. 2摇 观测指标
(1)形态特征及存活率摇 在 7 月和 8 月下旬进行每株株高测定,收获时统计相同处理下植株整体存活
率,计数每株叶片数,利用WinFOLIA (R佴gent Instruments Inc. ,Quebec,Canada)植物叶片分析系统测定每株总
叶面积。
(2)生物量摇 采用收获法在 9 月 2 日进行测定,测定每盆短花针茅植株的叶、茎、根(经过筛、分拣和冲
洗)的生物量(75益下烘干至恒重后采用感量 0. 01 g电子天平称量)。
1. 3摇 数据分析
采用统计分析软件 SPSS16. 0 的单因素方差分析和多因素方差分析方法,分析不同 CO2 浓度和降水量梯
度及其协同作用对观测指标影响的显著性。 若影响显著,则采用 Duncan 多重比较分析各处理间的显著性差
异,显著性水平为 0. 05。
2摇 结果分析
2. 1摇 植株存活率
降水量变化对短花针茅植株存活率影响较大(表 2),随着降水量的减少植株存活率下降,降水量减少
30% (W1)条件下存活率仅为 66. 7% ,较对照(W3)存活率降低 14. 6% (表 2);CO2 浓度升高对植株存活率没
有明显影响。
2. 2摇 植株株高
短花针茅生长中期(7 月),相同 CO2 浓度下,随着降水量增多,株高增高,但W4 和W5 两个处理之间株高
差异不显著(表 3)。 在相同降水量条件下,与对照(Control)相比,550 滋mol / molCO2 浓度下株高显著增高,在
0844 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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W1—W55 个降水量条件下株高分别增高 14. 4% 、33. 7% 、20% 、20. 4%和 20. 3% ,但在降水量减少 30% (W1)
条件下 CO2 浓度升高引起的株高差异不显著。
表 2摇 CO2 浓度升高和降水量变化对短花针茅植株存活率的影响 / %
Table 2摇 Effects of elevated CO2 concentration and changing precipitation on the survival rate of S. breviflora
降水量变化
Precipitation change
CO2 浓度 CO2 concentration (滋mol / mol)
对照 450 550
W1 66. 7 62. 5 65. 0
W2 66. 7 58. 3 70. 8
W3 81. 3 75. 0 75. 0
W4 87. 5 83. 3 87. 5
W5 85. 0 87. 5 87. 5
表 3摇 短花针茅植株株高对 CO2 浓度升高和降水量变化的响应 / cm
Table 3摇 Responses of plant heights of S. breviflora to elevated CO2 concentration and changing precipitation
CO2 浓度 / (滋mol / mol)
CO2 concentration
降水量变化 Precipitation change
W1 W2 W3 W4 W5
7 月 July 对照 11. 58依0. 63d 16. 38依1. 45c 21. 98依1. 38b 26. 55依1. 70a 26. 92依0. 45a
450 11. 20依0. 10d 15. 25依0. 85c 23. 21依2. 89b 27. 89依0. 40ab 25. 43依0. 14a
550 13. 25依1. 80c 21. 90依1. 11b* 26. 38依1. 24b 31. 97依1. 78a* 32. 39依1. 60a*
8 月 August 对照 25. 55依0. 67b 30. 74依1. 55a 32. 45依1. 11a 32. 15依1. 40a 33. 06依2. 27a
450 25. 67依0. 73b 30. 00依0. 43ab 33. 14依3. 40a 33. 61依2. 14a 31. 77依1. 24ab
550 25. 52依0. 67b 30. 87依0. 86b 35. 03依1. 11a 35. 26依0. 60a 35. 13依2. 27a
摇 摇 表中株高数据为平均数依标准误差(n=3—6);不同的小写字母表示在相同 CO2 浓度下由于降水量变化导致在 P<0. 05 水平上差异显著,*
表示在相同降水量水平下 CO2 浓度升高在 P<0. 05 水平上差异显著
短花针茅生长后期(8 月),相同 CO2 浓度下,与对照(W3)相比,降水量减少(W1, W2)显著降低了短花针
茅的株高;降水量增多(W4, W5)一定程度上增加了植株株高,但差异不显著(表 3)。 在相同降水量条件下,
与对照相比,450 滋mol / molCO2 浓度对株高变化影响不显著,550 滋mol / mol CO2 浓度下植株株高略有增加但
差异不显著。
2. 3摇 叶面积
2. 3. 1摇 植株总叶面积
相同 CO2 浓度下,随着降水量增多,植株总叶面积呈增加趋势,降水量增加 15% (W4)后叶面积增加趋势
变缓(图 1)。 相同降水量条件下,随着 CO2 浓度增加,植株总叶面积有增加趋势。 与对照相比,450 滋mol /
molCO2 浓度下的植株总叶面积增加不显著,550 滋mol / mol CO2 浓度下的植株总叶面积显著增加:W1—W5 5
个降水量条件下分别增加 14. 5% 、20. 1% 、18. 7% 、18. 3%和 13. 2% 。 降水量减少 15%条件下,550 滋mol / mol
CO2 浓度与对照 CO2 浓度相比增加比率最大。 CO2 浓度升高条件下(550 滋mol / mol),降水量增加 15% (W4)
植株总叶面积最大。
2. 3. 2摇 单叶面积
相同 CO2 浓度下,降水量变化对短花针茅单叶面积影响显著,随着降水量增加单叶面积逐渐增大,但降
水量增多(W4 , W5)两个处理之间差异不显著(图 1)。 相同降水量条件下,与对照 CO2 浓度相比,短花针茅单
叶面积在 450 滋mol / mol CO2 浓度下没有显著变化;在 550 滋mol / mol CO2 浓度下则显著增大,在 W1—W5 5 个
降水量条件下分别增加 5. 6% 、14% 、13. 5% 、9. 4%和 8. 6% ,但降水量减少 30% (W1)条件下,CO2 浓度为 550
滋mol / mol与对照 CO2 浓度相比差异不显著。 CO2 浓度升高条件下,降水量增加可以促进短花针茅单叶面积
的增大。
1844摇 14 期 摇 摇 摇 作者摇 等:CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响 摇
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图 1摇 短花针茅植株总叶面积和单叶面积对 CO2 浓度升高和降水量变化的响应
Fig. 1摇 Responses of plant total leaf area and single leaf area of S. breviflora to elevated CO2 concentration and changing precipitation
不同的小写字母表示在相同 CO2 浓度下由于降水量变化导致在 0. 05 水平上差异显著,*表示在相同降水量水平下和对照浓度相比 CO2 浓
度升高在 0. 05 水平上差异显著
2. 4摇 叶数
相同 CO2 浓度下,随着降水量增加,短花针茅植株叶片数量逐渐增多,降水量增加 15% (W4)后增加趋势
减缓。 与对照(W3)相比,降水量减少尤其是减少 30% (W1)时植株叶片数量显著减少,总体减少 19. 1% 。 相
同降水量条件下,与对照 CO2 浓度相比,CO2 浓度升高短花针茅植株的叶片数量增多,但是变化不显著(图
2)。 CO2 浓度升高的条件下,降水量增加,短花针茅叶片数也增加。
2. 5摇 植株总生物量
相同 CO2 浓度下,随着降水量增加,短花针茅植株总生物量呈先增后减趋势(图 3)。 在本实验 5 个降水
量处理水平下,降水量增加 15% (W4)短花针茅生物量达到最大值,降水量增加 30% (W5)短花针茅植株总生
物量较降水量增加 15% (W4)有所减少,但 W4 和 W5 两种降水量处理差异不显著。 相同降水量条件下,随着
CO2 浓度增加,短花针茅植株总生物量呈增加趋势。 与对照 CO2 浓度相比,在 450 滋mol / mol CO2 浓度下有所
增加但差异不显著;而在 CO2 浓度为 550 滋mol / mol时除降水量减少 30% (W1)增加不显著外,其它降水量水
摇 图 2摇 短花针茅植株叶数对 CO2 浓度升高和降水量变化的响应
Fig. 2 摇 Responses of plant total leaf number of S. breviflora to
elevated CO2 concentration and changing precipitation
摇 图 3摇 短花针茅植株总生物量(g)对 CO2 浓度升高和降水量变化
的响应
Fig. 3摇 Response of plant biomass (g) of S. breviflora to elevated
CO2 concentration and changing precipitation
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平下生物量显著增加。 CO2 浓度升高条件下,降水量增加可以明显提高短花针茅植株总生物量。
2. 6摇 生长指标多因素方差分析
对降水量变化和 CO2 浓度升高以及两者交互作用的多因素方差分析表明(表 4):CO2 浓度增加与降水量
变化对短花针茅植株总生物量变化存在显著的交互作用(P<0. 05),其中 CO2 浓度 550 滋mol / mol和降水量增
加 15% (W4)交互作用下植株生物量最大,而株高和叶面积对交互作用的响应不显著。
表 4摇 不同 CO2 浓度和降水量变化下短花针茅生长指标的多因素方差分析
Table 4摇 Variance of the growth characteristics of S. breviflora to elevated CO2 concentration and changing precipitation
变量
Variable
CO2 浓度 CO2 concentration
df F P
降水量 Precipitation
df F P
交互作用 Interaction
df F P
生物量 Biomass 2 43. 735 0. 000 4 56. 229 0. 000 8 2. 863 0. 017
株高(7 月)Plant heights (July) 2 22. 869 0. 000 4 103. 768 0. 000 8 1. 01 0. 45
单叶面积 Single leaf area 2 20. 623 0. 000 4 32. 027 0. 000 8 0. 443 0. 886
总叶面积 Total leaf area 2 20. 569 0. 000 4 76. 087 0. 000 8 0. 299 0. 961
3摇 讨论
本研究表明,降水量变化对短花针茅植株的存活率有较大影响,而 CO2 浓度升高对其存活率的影响不明
显。 因此,水分是影响干旱半干旱地区短花针茅植株存活的关键因子,与已有研究结果一致[14]。
研究表明,CO2 浓度升高促进植物株高、叶面积和生物量的增加[26鄄30];对植株叶数的影响则不一致,或促
进植株叶数增加[14],或无明显变化[27]。 本研究显示,CO2 浓度升高对短花针茅株高的影响在不同生长期表
现不同,高 CO2 浓度(550 滋mol / mol)使得生长中期(7 月)短花针茅的株高显著增加,生长后期(8 月)株高虽
有增加,但差异不显著。 短花针茅植株总叶面积和单叶面积在 550 滋mol / mol CO2 浓度下较对照 CO2 浓度显
著增加,叶片数目受 CO2 浓度升高影响不显著。 因此,高浓度 CO2(550 滋mol / mol)对短花针茅植株总叶面积
的正效应主要通过增加单叶面积实现。 研究表明,前期叶片细胞增大和后期叶片细胞数目增多是单叶叶面积
增加的直接原因[28],其机制在于 CO2 浓度增加促进了细胞增殖、细胞增长等基因表达,从而增加了单叶面
积[29]。 高 CO2 浓度(550 滋mol / mol)显著增加了短花针茅植株的生物量,CO2 是植物光合作用的底物,CO2 浓
度升高的“施肥效应冶将增加光合速率,进而促使植株总生物量增加[7]。
水分是影响植物生长发育的重要环境因子,水分过少将对植物造成旱害,过多则造成涝害[24]。 降水量变
化对短花针茅株高的影响在不同生长期不同,降水量增加使得生长中期(7 月)短花针茅的株高显著增加;生
长后期(8 月),与对照(W3)相比降水量减少(W1, W2)导致短花针茅株高显著降低,降水增多(W4, W5)对短
花针茅株高影响不显著。 在一定降水量变化范围内短花针茅植株总叶面积、单叶面积、叶数和生物量随降水
量增加而增加。 但在降水量增加超过 15%后增加趋势变缓,降水量增加 15% (W4)与增加 30% (W5)两种处
理对生长指标影响并不显著,降水量增加 30% (W5)生物量甚至有降低趋势,可能此时已产生涝渍胁迫。 干
旱胁迫下单叶面积减少和叶数的降低将造成植株总叶面积减小,说明植株在受到水分胁迫时通过减小蒸腾面
积减少水分损失来维持植株体内水分平衡,反映了植物对干旱胁迫的适应机制[14]。
一般而言,CO2 浓度升高具有“施肥效应冶,水分减少对植物的影响则为负效应,高 CO2 浓度下发生土壤
干旱胁迫时,CO2 施肥效应受到一定程度的抑制[31]。 但也有研究表明,高 CO2 浓度下玉米和高粱的产量增幅
干旱条件明显大于湿润条件[13]。 本研究表明,在 W2—W5 四个降水量水平条件下,高浓度 CO2(550 滋mol /
mol)显著增加了短花针茅植株总叶面积、单叶面积和生物量,在降水量减少 15% (W2)条件下增加幅度最大;
CO2 浓度升高与降水量变化对短花针茅植株生物量有较强的交互作用。 CO2 浓度的升高在一定程度上可以
缓解干旱胁迫对植株的影响[6],但降水量减少 30% (W1)则抑制了 CO2 浓度升高的效应。 本研究还表明,CO2
浓度升高也将缓解涝渍胁迫(W5),这可能是由于 CO2 浓度升高增加了植物叶面积导致蒸腾作用增强,进而
起到缓解水分涝渍胁迫的效果。
3844摇 14 期 摇 摇 摇 作者摇 等:CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响 摇
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4摇 结论
利用开顶式生长箱(OTC)模拟 CO2 浓度升高和降水量变化协同作用对荒漠草原优势物种短花针茅的影
响表明:降水量变化显著影响短花针茅的生长特性。 降水量减少 30%将严重影响短花针茅植株的存活率、株
高、叶面积、生物量等,而降水量增加 15%与 30%对短花针茅存活影响不显著,对生物量、叶数等影响显著,但
降水量增加 30%已对短花针茅产生轻微的涝渍胁迫。 CO2 浓度升高对降水量减少 30%条件下的短花针茅影
响不显著,但对其它降水量水平下短花针茅的生物量、叶面积等影响显著,可能是降水量严重减少限制了 CO2
浓度升高对短花针茅产生的施肥效应;同时 CO2 浓度升高会对轻度干旱和涝渍产生缓解作用。 这为阐明干
旱和干旱区生态系统优势植物对全球变化的响应和适应机理,分析其脆弱性提供了实验支持。
致谢:感谢孙敬松、孙晓红、张彦敏、刘涛、吕晓敏、侯彦会、宋健等对实验给予的帮助。
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5844摇 14 期 摇 摇 摇 作者摇 等:CO2 浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 14 Jul. ,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
A review of the researches on Alectoris partridge SONG Sen, LIU Naifa (4215)………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Effects of precipitation and nitrogen addition on photosynthetically eco鄄physiological characteristics and biomass of four tree seed鄄
lings in Gutian Mountain, Zhejiang Province, China YAN Hui, WU Qian, DING Jia, et al (4226)……………………………
Effects of low temperature stress on physiological鄄biochemical indexes and photosynthetic characteristics of seedlings of four plant
species SHAO Yiruo, XU Jianxin, XUE Li, et al (4237)…………………………………………………………………………
Decomposition characteristics of maize roots derived from different nitrogen fertilization fields under laboratory soil incubation
conditions CAI Miao,DONG Yanjie,LI Baijun,et al (4248)………………………………………………………………………
The responses of leaf osmoregulation substance and protective enzyme activity of different peanut cultivars to non鄄sufficient irriga鄄
tion ZHANG Zhimeng,SONG Wenwu,DING Hong,et al (4257)…………………………………………………………………
Interannual variation of soil seed bank in Picea schrenkiana forest in the central part of the Tianshan Mountains
LI Huadong, PAN Cunde, WANG Bing,et al (4266)
……………………
………………………………………………………………………………
Physiological & ecological effects of companion鄄planted grow seedlings of two crops in the same hole
LI Lingli, GUO Hongxia, HUANG Genghua, et al (4278)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Effects of magnesium, manganese, activated carbon and lime and their interactions on cadmium uptake by wheat
ZHOU Xiangyu, FENG Wenqiang, QIN Yusheng, et al (4289)
……………………
……………………………………………………………………
Effects of increased concentrations of gas CO2 on mineral ion uptake, transportation and distribution in Phyllostachys edulis
ZHUANG Minghao, CHEN Shuanglin, LI Yingchun, et al (4297)
…………
…………………………………………………………………
Effects of pH, Fe and Cd concentrations on the Fe and Cd adsorption in the rhizosphere and on the root surfaces of rice
LIU Danqing, CHEN Xue, YANG Yazhou, et al (4306)
……………
…………………………………………………………………………
Effects of low鄄light stress on maize ear development and endogenous hormones content of two maize hybrids (Zea mays L. ) with
different shade鄄tolerance ZHOU Weixia, LI Chaohai, LIU Tianxue, et al (4315)…………………………………………………
Effects of maize椰peanut intercropping on photosynthetic characters and yield forming of intercropped maize
JIAO Nianyuan, NING Tangyuan, YANG Mengke,et al (4324)
…………………………
……………………………………………………………………
Cloning root system distribution and architecture of different forest age Populus euphratica in Ejina Oasis
HUANG Jingjing, JING Jialin, CAO Dechang, et al (4331)
……………………………
………………………………………………………………………
Impact of vegetation interannual variability on evapotranspiration CHEN Hao, ZENG Xiaodong (4343)………………………………
Mating behavior of Pachycrepoideus vindemmiae and the effects of male mating times on the production of females
SUN Fang, CHEN Zhongzheng, DUAN Bisheng, et al (4354)
……………………
……………………………………………………………………
Component analysis and bioactivity determination of fecal extract of Locusta migratoria tibetensis (Chen)
WANG Haijian, LI Yili, LI Qing, et al (4361)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Effects of different rice varieties on larval development, survival, adult reproduction, and flight capacity of Cnaphalocrocis
medinalis (Guen佴e) LI Xia, XU Xiuxiu, HAN Lanzhi, et al (4370)……………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Genetic structure of the overwintering Asian corn borer,Ostrinia furnacalis(Guen佴e)collections in Shandong of China based on
mtCOII gene sequences LI Lili,YU Yi,GUO Dong,TAO Yunli,et al (4377)……………………………………………………
The structure and diversity of insect community in Taihu Wetland HAN Zhengwei, MA Ling, CAO Chuanwang, et al (4387)………
Annual variation pattern of phytoplankton community at the downstream of Xijiang River
WANG Chao, LAI Zini, LI Xinhui, et al (4398)
………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Effect of species dispersal and environmental factors on species assemblages in grassland communities
WANG Dan, WANG Xiao忆an, GUO Hua, et al (4409)
………………………………
……………………………………………………………………………
Cyanobacteria diversity in biological soil crusts from different erosion regions on the Loess Plateau: a preliminary result
YANG Lina, ZHAO Yunge, MING Jiao, et al (4416)
……………
………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Zoning for regulating of construction land based on landscape security pattern WANG Siyi,OU Minghao (4425)………………………
Fragmentation process of wetlands landscape in the middle reaches of the Heihe River and its driving forces analysis
ZHAO Ruifeng, JIANG Penghui, ZHAO Haili, et al (4436)
………………
………………………………………………………………………
Analysis on grassland degradation in Qinghai Lake Basin during 2000—2010
LUO Chengfeng,XU Changjun,YOU Haoyan,et al (4450)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Research on soil erosion based on Location-weighted landscape undex(LWLI) in Guanchuanhe River basin, Dingxi, Gansu
Province LI Haifang,WEI Wei, CHEN Jin, et al (4460)…………………………………………………………………………
Effects of host density on parasitoids and hyper-parasitoids of cereal aphids in different agricultural landscapes
GUAN Xiaoqing, LIU Junhe, ZHAO Zihua (4468)
………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of interactive CO2 concentration and precipitation on growth characteristics of Stipa breviflora
SHI Yaohui, ZHOU Guangsheng, JIANG Yanling, et al (4478)
…………………………………
……………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Eco-service efficiency assessment method of urban land use: a case study of Changzhou City, China
YANG Wenrui, LI Feng, WANG Rusong, et al (4486)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Changes in phosphorus consumption and its environmental loads from food by residents in Xiamen City
WANG Huina,ZHAO Xiaofeng,TANG Lina, et al (4495)
………………………………
…………………………………………………………………………
Research Notes
Intercropping enhances the farmland ecosystem services SU Benying, CHEN Shengbin, LI Yonggeng, et al (4505)…………………
Assessment indicator system of eco-industry in mining area WANG Guangcheng, WANG Huanhuan, TAN Lingling (4515)…………
2254 　 生　 态　 学　 报　 　 　 33 卷　
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 14 期摇 (2013 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 14 (July, 2013)
编摇 摇 辑摇 《生态学报》编辑部
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