祁连山北坡中部祁连圆柏叶片N、P的时空变化特征及其生长策略的探讨

I毕 业 论 文论文题目（中文）祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨 论文题目（外文） The Temporal and Spatial Variations in Leaf N,P of Qilian Juniper and Its Growth Strategy in the Middle Part of Northern Slopes of Qilian Mountain, Northwestern China II祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨中文摘要植物 N、P 特征可以明确植物受到哪种元素的限制作用。同时，植物为适应生境而采取的生长策略也可以反映叶片 N、P 的时空变化特征上。祁连山北坡中部的区域气候变化对全球气候变化响应敏感，降水和气温有着显著的垂直递减率。本研究以 3 个海拔高度带（2900m、3300m、4600m）中的祁连圆柏为对象，分析了其叶片 N、P 的时空变化特征，并结合树高、胸径和叶片干物质含量，探讨了该区祁连圆柏的生长策略。结果表明：1）该区祁连圆柏叶片 N 的平均含量为 10.00mg/g12.00mg/g；P 的平均含量 0.80mg/g1.60mg/g； N/P 的平均值为 7.0013.00，显著低于世界和中国植被N、P、N/P 的平均水平。 2）随着海拔升高，祁连圆柏叶片的 P 含量显著升高，N/P 显著降低，N 含量未有显著的变化。在生长季，祁连圆柏的叶片 N 含量持续升高，而 P含量在高海拔处和低海拔处表现出相反的时间变化趋势。3）该区祁连圆柏主要受 N 元素的限制。且海拔越高，限制的程度越严重。4）祁连圆柏为适应当地气候环境，在高海拔处和低海拔处采取了不同的生长策略。在低海拔区域，祁连圆柏主要受干旱胁迫，树木通过增加叶片干物质含量来增加其抗旱性。在高海拔区域，祁连圆柏主要受低温胁迫，树木通过增加叶片的 P 含量来增加其抗寒性。关键词：祁连山 祁连圆柏 叶片 N P N/P 生长策略 胁迫IIIThe Temporal and Spatial Variations in Leaf N,P of Qilian Juniper and Its Growth Strategy in the Middle Part of Northern Slopes of Qilian Mountain, Northwestern China AbstractThe characteristics of plant N and P can be used to determine which elements are restricted. In addition, the plant growth strategy to adapt to the habitat can also reflect the temporal and spatial variation characteristics of leaf N and P. The regional climate change in the middle of the north slope of Qilian Mountain is sensitive to the global climate change. We combined temporal and spatial variation characteristics of the Qilian juniper leaf N, P in 3 elevation belts (2900m, 3300m, 4600m) of Qilian mountain with the tree height, DBH and leaf dry matter content, exploring the growth strategies of Qilian juniper. The results show that: 1) the average content of Qilian juniper leaf N is 10.00mg/g 0.80mg/g 12.00mg/g; the average content of P is 1.60mg/g; the average value of N/P is 7 13, significantly lower than the average P, N,N/P level of the world and China vegetation. 2) with the increase of elevation, the content of P of Qilian juniper leaves increased significantly, N/P decreased significantly, N content has no significant change. In the growing season, the content of N in leaves of Qilian juniper continues to rise, while the content of P in high altitude and low altitude time showed the opposite trend. 3) Qilian juniper is mainly affected by the N elements limit. And the higher the altitude is, the more serious the degree of restriction is. 4) In order to adapt to the local climate and environment in high altitude and low altitude, Qilian juniper adopt different growth strategies. In low altitude area, Qilian juniper is mainly affected by drought stress, the drought resistance of trees increased by increasing leaf dry matter content. In the high altitude region, Qilian juniper is mainly affected by low temperature stress, the cold hardiness of trees increased by increasing the content of P in leaves.Key words: Qilian Mountain P N/P N Qilian juniper leaf growth strategy stress毕业论文 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨0第一章 前言植物的 N 元素和 P 元素是植物是各种蛋白质和遗传物质的重要组成元素(Reich P. B. et al. 2006；Sistla S.A. et al. 2012)，也是植物生长的限制元素（yang et al. 2011） ，与植物生长和代谢过程的关系极为密切，在植物生长和各种生理机制调节方面发挥着重要作用（牛得草等 2011；Niklas et al. 2005） 。不仅如此，由于酶(N 库) 的装配需要大量核酸的复制(P 库)（Agren et al. 2004；张珂等 2014） ，所以植物的 N 元素和 P 元素之间也存在着密不可分的关系。例如，植被 N/P 可以明确植物群落生产力受到哪种元素的限制作用，即，在 P 素相对稀缺、 N 素相对丰富的生境中，植物体的 N/P 含量相对较高，反之亦然。 (Aerts Agren and Weih 2012）。除此之外，叶片的化学计量特征和海拔之间有着非线性的关系。例如，研究显示，叶片的 N、P 特征在中国的贡嘎山和秘鲁的安第斯山脉有着岁海拔升高先增加，在降低的趋势（Han et al. 2005; He et al. 2006）。然而，以上这些研究都是基于不同的生活型或空间分布上展开的，基于时间上展开的叶片 N、P 的研究则少之又少。植物的季节变化伴随植物发育阶段的不同，往往涉及物质在功能代谢方面的非平衡分配，植物生长的不同阶段，植物叶片 N、P 计量特征也可能会出现很大差异（Elser et al. 2000） 。因此，我们急需展开叶片 N、P 随时间变化的相关研究。本次毕业设计的研究区位于青藏高原东北部的祁连山地区，是我国典型的寒旱地区，生态环境相对脆弱（姚檀栋等 1996） 。同时，该区域也是季风和西风系统的交汇作用区域，区域气候变化对全球气候变化响应敏感（Chen et al. 2008；Fang et al. 2010）。研究所涉的树种 祁连圆柏（ Sabina przewalskii）作为青藏高原东北部高山生态系统中的优势树种，主要分布在干热而贫瘠的阳坡或半阳坡，分布范围大概为海拔 2600m 至 4000m 以上，对气候响应敏感。由于受到高山峡谷各种环境因子的胁迫，祁连圆柏的相对生长率较低，具有耐寒、抗旱和抗盐碱等特性，具有很好的生理生态学研究意义（曹宗英 2013；郑万钧等 1983；周以良等 2000） 。本次研究的主要目的为：1）明确祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空分布特征；2）确定祁连山北坡中部祁连圆柏主要受那种营养元素的限制。毕业论文 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨23）探究祁连山北坡中部祁连圆柏的生长策略。第二章 材料与方法1.1区域概况本研究区位于3811 3937N，975310025E。该区位于在祁连山北坡中部，处于青藏、蒙新、黄土，三大高原的交汇地带（姚檀栋等 1996） ，由于青藏高原对大气环流的特殊影响，使夏季来自东南季风的湿润气流得以北进西伸，波及本区；冬季受内蒙古干冷空气，西北寒冷气流的影响，致使本区冬季降温幅度大，气温年较差较大（丁佳等，2011；杨冬梅等 2012）。随着山区海拔的升高，各气候要素发生有规律自下而上的变化，呈明显的山地垂直气候带。自下而上为：浅山荒漠草原气候带、浅山干草原气候带、中山森林草原气候带、亚高山灌丛草甸气候带、高山冰雪植被气候带（何毓荣等 1995）。该区年平均气温在4以下，随着高度的升高气温逐渐降低，递减率为0.58 /100m。降水分布祁连山区的降水特征与气温不同，年降水量在400mm左右，降水变率在0.60左右。降水主要集中在59月，随着海拔升高降雨日增加，降水量增多。本区的降水量总的变化特征是海拔每升高100米，降水量增加4.3%（贾文雄等 2008；纪中华等 2007）。1.2实验设计与样品采集本次研究的采样地点分属祁连山北坡中部的三个海拔梯度带，分别为 2900米，3300 米与 4600 米。在祁连圆柏的生长季分为六次采集，时间分别为四月中，五月初，五月末，六月中，七月中，八月中和九月中。采样时，在每个样点随机选择健康、生长状况良好、代表性强的祁连圆柏各 45 棵，根据不同层次和方位，用高枝剪采集树冠上部东南西北 4 个不同方向的小枝 4 个，手工摘掉叶片后混均匀。所有样品密封在塑料封口袋内带回实验室，微波炉杀青，105 烘干至恒重，粉碎后过 0.2mm 筛制成供试样品本次研究共采集 204 个植物样品。其中，2900 米处共采集 2 个样点 9 棵树47 个样，占比 23.04，挑选了代表性强的 7 棵树测量了完整的叶片 N、P 时间序列（42 个样） 。3300 米处共采集 5 个样点 25 棵树 127 个样，占比 52.25，挑选了代表性强的 9 棵树测量了完整的叶片 N、P 时间序列（54 个样） 。4600毕业论文 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨3米处共采集了 1 个样点 5 棵树 36 个样，占比 14.71，挑选了代表性强的 5 棵树测量了完整的叶片 N、P 时间序列（30 个样） 。所有树均测量了其胸径和树高。另外我们还测量了九月中叶片的饱和鲜重，经室内烘干后再次测量得到干重，经计算得到叶片干物质含量。 叶片干物质 含量 = 叶片干重叶片 饱 和湿重 100%1.3室内测定N、P的测定采用兰州大学西部环境教育部重点实验室的smart chem200全自动化学分析仪。1.4 数据分析在数据处理中，采用SPSS16.0软件进行统计分析，采用ORINGIN8.6做图。N、P、N/P均采用质量比，单位为mg/g。本研究结果分别与其他区域的研究结果采取独立样本的t检验不同海拔高度的叶片N、P 、N/P 的正态分布性检验采用One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test，简称K-S检验。不同海拔之间的N、P、N/P平均值比较采用One-Way ANOVA方差分析，进行多重比较时，首先进行方差齐次性检验，若方差为齐性，用LSD 法进行多重比较；若方差为非齐性，则用TamhanesT2法进行多重比较。在分析N、P的时间变化特征和与其他生理因子的关系时，采用了回归分析和相关分析对于营养限制分析，我们采用Aerts et al. (2000)和Ellison (2006)提出的营养元素限制标准。其标准为：1）当叶片N元素含量20mg/g，而P元素1mg/g时，植物的生长既不受N元素也不受P 元素限制。2）当植物叶片N含量 20mg/g，而P元素1mg/g时，植物生长受N 元素的限制。3）当植物叶片的N含量20mg/g，而P元素1mg/g时，植物的生长受P 元素毕业论文 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨4的限制。4）当植物叶片N含量 20mg/g，而P元素1mg/g时，比较N/P。当N/P 14时，植物受N限制；当N/P16时，植物生长受P 限制；当14N/P16时，植物生长受N、P共同限制。根据这个标准，我们对祁连山中部的祁连圆柏的，的营养水平进行了限制性分析。毕业论文 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨5第三章 结果2.1 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P、N/P 的空间变化为了比较祁连山北坡不同海拔高度处祁连圆柏叶片 N、P、N/P 的空间变化，我们首先不同海拔高度处的叶片 N、P、N/P 分别做了频数分布直方图，并拟合了正太分布曲线，如图 1 所示。图 1 三个海拔高度处叶片 N、P、N/P 的频数分布直方图AM：算术平均数 Arithmetic mean；GM ：几何平均数 Geometric mean；SD：标准差毕业论文 祁连山北坡中部祁连圆柏叶片 N、P 的时空变化特征及其生长策略的探讨6Standard deviation；CV：变异系数 Variation coefficient2900 米处，祁连圆柏叶片的 N 含量分布在 9.4mg/g13.31mg/g，平均含量为 11.15mg/g，其中，超过 60的叶片 N 含量分布在 10.00g/g12.00mg/g；祁连圆柏叶片的 P 含量分布在 0.69mg/g1.17mg/g，平均含量为 0.90mg/g，叶片P 含量在 0.95mg/g 以上的叶片不足 35；祁连圆柏叶片的 N/P 分布在8.6115.01，平均值为 12.53，叶片的 N/P 分布在 11.0014.00 占比超过70。3300 米处，祁连圆柏叶片的 N 含量在分布在 9.20mg/g15.33mg/g，平均含量为 11.46mg/g，70以上的叶片 N 含量分布在 10.00mg/g13.00mg/g，叶片 N 含量在 13mg/g 以上的不到 15；叶片的 P 含量在 0.81mg/g1.50mg/g，平均含量为 1.06mg/g，接近 75的叶片