高浓度CO2对植物生理影响的研究.pdf

在一定浓度环境条件下不仅对植物种子质量、叶面积形态、林木地上、地下生长生物量的积累有一定影响 还有助于森林生态系统的碳循环 但植物长期处于高浓度 环境条件下 不仅对其生长发育、入侵植物的资源利用率及其繁殖能力有一定影响 严重的还会威胁人类的居住环境 为了更好阐明高浓度 对植物所带来的影响 本文基于高浓度 环境条件下对树木生长发育、生理生态及入侵植物的影响进行概括 以期为林木生长发育、森林科学经营管理提供理论支持关键词:高浓度 树木生长发育 入侵植物 生理 生态中图分类号:文献标识码:/收稿日期:作者简介:徐畅()女 硕士 助理工程师 研究方向:林业 技术 相关研究表明 大气中的 浓度已由早期的逐渐增至 伴随现代工业的发展其浓度会继续攀升 当植物长期处于高浓度 条件下不仅会影响其生长发育 严重的还会威胁人类的居住环境 因此 基于高浓度 条件下对植物生理生态影响的研究已迫在眉睫 本研究通过对 浓度升高对林木生长发育、生理生态及入侵植物的影响进行概括 以期为森林科学管理提供可靠理论依据 对林木生长发育的影响 种子、叶面形态及结构研究表明 浓度的高低可影响火炬松成熟期的繁殖速度 当处于高浓度 环境条下火炬松种子产量可提升 倍 其叶面形态及结构也会伴随浓度的高低产生一定变化 由于 主要通过叶片气孔进入植物体内 其气孔数量及功能对 浓度的变化非常敏感 这对植物的生长发育有着重要的影响 因此 近年来专家学者对树木叶片气孔形态和结构的分析研究则尤为突出 研究指出 当欧洲赤松()生长在高浓度 环境下 其针叶上的气孔密度、木质部的面积会相对减少 而针叶的横切面积较之前相比可增加 此外 大气中 浓度的增加与树木叶片表皮蜡质的含量呈正相关 当浓度高于 时正相关则更加显著由此可知 浓度的高低对于植物种子及其叶面形态和结构具有一定影响 植株的生长发育与生物量分配浓度升高对林木地上、地下生长均有促进作用 由于植物间存在一定差异 因此高浓度 对各个植物间生长促进程度也存在一定的差异 相关研究表明 伴随 浓度的升高 使植物根系数量、长度有所增加 可以有效促进植物根部对 的吸收能力及根系生物量的积累 当温室中 浓度升高至 时林木生物量与叶面积分别可以提升 也有专家有着不同意见 认为 浓度升高对植物根冠比变化相对较弱 如对阳生植物红锥()根冠比就存在一定抑制作用 因此 浓度升高对不同林木的生物量影响仍需进一步深入的研究 对植物生理生态的影响 树木光合作用的影响 主要通过光合作用进入生物圈并感知大气中浓度升高 高浓度 对树木光合作用主要分为短期和长期 种形式 其中 短期高浓度 处理可以有效促进树木光合作用 相同条件下 植物比 植物对 浓度变化的影响更加敏感 当水分充足时浓度的增加(即)可使蓝桉()幼苗的饱和光强率提升约 使 植物光合速率提升 左右 由上述结论可知 植物光合速率增长率远远超出 植物 当 浓度持续倍增 个月后 植物的光合作用增加约 植物的光合速率仅增加约 研究表明 灌木对 的 农业与技术 农业科学敏感度大于乔木 相同环境下 灌木含笑属()的光合速率可增加约 而 乔木香椿()的 光 合 速 率 仅 增 加 落叶林木、阳生树木对 的敏感程度优于针叶林木及阴生树种 由此可知 在高浓度 条件下不同植物的光合速率有所差异 因此 针对不同树种在高浓度 条件下长期熏蒸的对比研究 不仅有利于深入揭示树木光合作用的影响 而且对全球碳循环及区域评估均可提供重要的理论依据 树木水分利用效率的影响植物水分利用效率可以反映其干物质积累与耗水之间的关系 伴随大气中 浓度升高 在提升植物光合速率的同时可以降低植物的气孔导度 从而减少植物蒸腾作用而造成的失水影响 随着 浓度的增加 可使植物的水分利用效率提升 在高浓度 条件下不同植物的水分利用效率也不同 如影响 植物水分利用效率的主要原因为净光合速率 而蒸腾速率则是影响 植物水分利用率的主要原因 因此 通过提升 浓度可以有效提升植物水分利用率 从而改善水分胁迫给植物生长带来的不利影响 从而减少植物干旱胁迫现象的发生 树木呼吸作用的影响植物的呼吸作用、光合作用作为植物物质间能量转化主要途径 当处于高浓度 条件下与树木的呼吸作用呈反比 当树木处于高浓度 环境条件下其呼吸速率则降低约 基于高浓度的 环境条件下 不同生长季的植物呼吸速率也有不同研究表明 当红松和樟子松针叶处于第 个生长季中其暗呼吸速率均有所增加 但在第 个生长季中红松针叶的暗呼吸速率仍有所增加 樟子松针叶的暗呼吸速率却有所降低 直到在第 个生长季 红松的暗呼吸速率才会受到抑制 由于树木呼吸所释放的 与全球碳循环关系密切 因此基于高浓度 条件下树木呼吸作用的研究对全球碳循环具有重要的科学意义 树木凋落物的影响林下凋落物的分解作为生态系统养分循环的重要环节之一 目前相关研究主要集中在凋落物质量、分解速率等方面 对于树木根系及其所处的土壤环境的研究较少 在高浓度 环境下可降低白桦树()凋落物的田间分解速率 导致其营养物质矿化速率下降 另外 也有学者指出 植物的凋落分解不仅受 浓度影响 还受到土壤温度、湿度等多种因素的影响 因此 仅认为高浓度 是影响植物碳氮分解速率是不严谨的 在今后应结合多种影响因素进行深入研究 树木抗氧化系统的影响高浓度 条件下可提升植物的保护酶活性 相关研究表明 通过高浓度 条件下栽培桃与野生光核桃分析发现 在短期叶片内的过氧化物酶活性、过氧化氢酶物质均有所提升 因此植物可利用这 种物质缓解由于高浓度 胁迫所带来的不利影响 在相同环境条件下野生光核桃抗氧化酶活性高于栽培桃的抗氧化酶活性 因此 基于高浓度 条件下胁迫所带来的影响低于栽培核桃 这是由于在高浓度 条件下利于植物进行光合作用 使其抗坏血酸谷胱甘肽循环提升 从而加速了自由基的清理 树木有机酸的影响高浓度 条件下番茄幼苗分泌的有机酸主要成分中的柠檬酸含量占比较高为 研究指出高浓度对有机酸的分泌有促进作用 也有学者对高浓度条件下对狗牙根的影响进行研究 结果表明在正常温度时狗牙根含有的丙酮酸和 酮戊二酸含量降低 反之含量则上升 这是由于在一定条件下高浓度 利于促进植物内相关元素分解与供给 为其抵抗恶劣的生存环境提供基础 对植物入侵的影响 增加 植物的入侵性相同条件下 植物比 植物对 浓度变化的影响更加敏感 而 植物对 浓度的敏感度相近于 植物 这不仅会影响植物的光合速率同时还影响植物种间的竞争关系 因此 伴随 浓度的升高 会导致植物群落间构成比例发生一定变化 这是由于 植物入侵 所带来的影响 除此之外 也有研究指出伴随 的升高 植物也会受到 的抑制及人为干扰的影响 入侵植物群落的影响浓度的升高除了对植物入侵有一定影响之外对其植物群落生产量也有一定影响 研究表明伴随 浓度的升高 在水分充足的年份物种的均匀度与多样性指数均有所增加 对入侵植物群落生物量促进明显 在沙漠系统中水分不足的年份 伴随 浓度的升高 由于其不受均匀度与多样性指数的影响 因此仅对地上初级生长量有一定的影响基于高浓度 条件下 对其敏感程度较高的植物种类主要优势部分具有一定影响 从而调整群落的动态关系 相关研究表明 高浓度 条件下 会促进阳性植物生长从而限制耐阴植物的生长空间 并延缓自然演替的进程 在丰富物种多样性的同时完善其结构 农业科学 农业与技术 入侵植物资源利用率及入侵植物繁殖能力的影响浓度对入侵植物的营养利用率也有一定影响宽叶独行菜()在高浓度 条件下 林下组织中、等元素的含量均有所下降 研究可知 在高浓度 条件下为入侵植物积累更多营养物质的同时提升其竞争优势 与此同时 还对植物能量有一定作用 当 浓度升高时可以扩大入侵物种与乡土植物能量的利用差异在高浓度 环境条件下 浓度与入侵植物种子数量呈正比 与种子 含量呈反比 研究表明 含量的降低使入侵植物()种子幼苗生长速率下降的同时 提升入侵植株的种子数量从而弥补种子质量下降而带来的不利影响 干扰体系的影响浓度对植物综合效应及其火干扰体系也有一定的影响 浓度的高低可以促进入侵植物的繁殖这是由于伴随 浓度的升高对稀树草原木本植物有促进作用 利于植物根部的 积累 加速地下部分营养物质的积累及地上部分的生长 从而避免火灾带来的影响 结论展望 植物生长发育通过分析发现 当前关于高浓度 对植物生长发育影响的研究多基于可控条件下实验的结果 在实验中 的浓度被设置成实验所需的不同梯度 对生长在不同浓度 下的植物进行实验分析 但对于植物来说这种影响是有一个长期的过程 仅从短期人工实验得出的结果并不全面 因此 可以引入“”技术获取多因子、多层次的综合相关气候数据 丰富高浓度 在长期及短期对植物的影响研究 植物生理生态近年来 伴随人们对森林立地质量评价的深入研究 林业科学技术正不断向高层次方向发展 研究表明 高浓度 不同植物生理生态间均存在一定差异 由于影响植物并非 一种因素 因此可以通过前期收集植物生理、生化相关资料 并引入相近学科的综合分析进行问题探讨 入侵植物近年来外来入侵植物灾害频发 对农业、林业、渔业都产生一定的威胁 关于外来入侵植物的研究已迫在眉睫 由于入侵植物与乡土植物混植于群落中入侵植物对高浓度 受到一定的制约 因此在今后研究中应考虑多因素对乡土、入侵群落的影响从而进一步分析高浓度 对入侵植物的作用 另外 已有研究表明高浓度 对入侵植物的光合速率、繁殖能力、抗干扰性有一定的影响 对于高浓度 对入侵植物化感作用讨论相对较少 因此这将是今后值得进一步探究的问题 本文基于高浓度 环境条件下对树木生长发育、生理生态及入侵植物的影响进行概括 以期为林木生长发育、森林科学经营管理提供理论支持参考文献 徐胜 陈玮 何兴元 等.高浓度 对树木生理生态的影响研究进展.生态学报 ():.张雪海.浓度增加与干旱胁迫对植物水分生理生态的影响.北京:北京林业大学.徐胜 何兴元 陈玮 等.高浓度 对树木生理生态的影响.生态学报 ():.:.():.:.:.王兰兰 何兴元 陈玮 等.大气中、浓度升高对蒙古栎叶片生长的影响.中国环境科学 ():.姜明诠 徐福玲 李荣钦 等.高浓度 条件下拟南芥叶绿体结构观察.安徽农业科学 ():.王为民 王晨 李春俭 等.大气二氧化碳浓度升高对植物生长的影响.西北植物学报 ():.孙丽红.高浓度 对狗牙根盐胁迫的缓解效应.南京:南京农业大学.():.宋莉英 吴海昌 彭少麟.二氧化碳浓度升高对植物入侵的影响.生态环境 ():.任海 张倩媚 彭少麟 等.植物入侵与其它全球变化因子间的相互作用.热带地理 ():.彭少麟 向言词.植物外来种入侵及其对生态系统的影响.生态学报 ():.():.徐畅 王德彩 刘倩 等.利用数字土壤制图技术评价森林立地质量.土壤通报 ():.(责任编辑 常阳阳)