（生态学专业论文）崇明东滩围垦芦苇生长和繁殖对大气温度升高的响应.pdf

u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 s t u d e n ti d ：5 1 0 7 0 8 0 2 0 1 4 e f f e c t so fa t m o s p h e r i ce l e v a t e dt e m p e r a t u r eo nt h eg r o w t h ， a n dr e p r o d u c t i o no fr e c l a m a t i o np h r a g m i t e sa u s t r a l i si n e a s tb e a c ho f c h o n g m i n g i s l a n d ad i s s e r t a t i o ni ne c o l o g y t ob es u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r b y b i n gs h i s u p e r v i s e db y p r o f e s s o rk a i y u nw a n g e a s tc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s h a n g h a i ，c h i n a m a y , 2 0 1 0 ，s h a n g h a i i i l l l l f r lfi r1 11rl ffrp i ffl l l l f 华东师范大学学位论文原创性声明 y 17 4 2 8 3 8 郑重声明：本人呈交的学位论文崇明东滩围垦芦苇生长和繁殖对大气温度 升高的响应，是在华东师范大学攻读硕幽博士( 请勾选) 学位期间，在导师的 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 五、冰 日期：州。年岁月弓。日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 崇明东滩围垦芦苇生长和繁殖对大气温度升高的响应系本人在华东师范 大学攻读学位期间在导师指导下完成噼博士( 请勾选) 学位论文，本论文 的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使 用此学位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交 学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被 查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库 进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合 理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) () 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密”学位论文 毒，于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 导师签名五邀本人签名圣坐 1 。i o 年岁月 为e l “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定 过的学位论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方 为有效) ，未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认 为公开学位论文，均适用上述授权) 。 虿述硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 宋永昌教授华东师范大学主席 李道季教授华东师范大学 李恺副教授华东师范大学 华东师范人学2 0 1 0 届硕士学位论文摘要 崇明东滩围垦芦苇生长和繁殖对大气温度升高的响应 捅要 全球气候变化已经成为不容置疑的事实。根据i p c c ( 2 0 0 7 ) 第四次评估报告 预测，从现在开始到2 1 0 0 年，全球平均气温将升高1 4 4 o 。湿地是由水陆相 互作用形成，具有独特的物理、化学和生物学结构和功能，对气候变暖的响应必 定有别于其他系统，因此温度升高对湿地植物的影响必定也与其他环境中的植物 不同。本研究采用开顶式生长室( o t c s ) 模拟增温的方法，研究了温度升高条件下 上海市崇明岛东滩围垦区湿地植物芦苇生长，繁殖和重要生理特征的变化趋势和 规律，对于预测未来气候变化条件下湿地植物的生长状况，群落结构和植被生产 力变化具有重要参考价值。研究结果表明： 1 l 温度升高条件下，3 月5 日和3 月2 0 日芦苇发芽数、芽高、芽生物量与 对照相比均显著增加，这说明升温促进了芽的生长。对株高的动态研究发现，温 度升高使4 至9 月的株高显著增加。对基径的动态研究发现，除5 月份以外，升 温时基径的变化不明显。升温时株高增加，基径变化不明显，这会使芦苇植株易 倒伏，对芦苇的生长是不利的。升温显著增加了r g r ，这说明，温度升高加快 了芦苇的生长速率。对r b 的研究表明，从萌发开始，芦苇的生长对温度升高的 响应程度呈现出逐渐减少的趋势，响应的最大值出现在萌发期。 2 ) 温度升高对叶片数量和叶间距影响不显著，使底叶高度显著增加，这表 明升温时株高增加的方式为：在叶片数量和叶间距不变的情况下，包括底叶在内 所有叶片的高度整体增加。温度升高时，叶长和叶宽与对照相比，分别显著增加 了8 7 ，8 6 ；底叶面积变化不明显，顶叶面积显著增加了4 3 6 。对叶面积 的动态研究发现，温度升高使4 至9 月的叶面积显著增加。进一步研究发现，升 温对叶质比( l m r ) 的影响并不明显，对比叶面积( s l a ) 和叶面积比率( e a r ) 有显著 的影响，表现为s l a 和l a r 值随温度升高而明显降低。 3 ) 温度升高使地上部分生物量显著增加，地上部分以6 0 c m 为一层， 0 6 0 c m ，6 0 1 2 0 c m ，1 2 0 1 8 0 c m ， 1 8 0 c m 分别比对照显著增加了2 7 9 、3 6 6 、 3 8 2 、4 1 4 。地下部分2 0 c m 为一层，温度升高时，上层( 0 2 0 c i l l ) 显著增加了 3 5 9 ，中层( 2 0 4 0 锄) 显著减少了2 3 0 ，下层( 4 0 6 0 c m ) 变化不明显。温度升高 对不同器官生物量的影响并不相同，根、茎、叶的生物量显著增加，花的生物量 显著减少。研究还发现，在温度升高时，根和花生物量占总生物量的比例显著下 华东师范火学2 0 1 0 届硕士学位论文摘要 降，茎和叶生物量所占比例显著增加。 4 ) 温度升高时，开花个体数和开花率分别显著减少了3 7 5 ，8 3 4 。温 度升高改变了花序的形状，除了花序轮数以外，花序高、花颈长、轮距、小枝数、 小枝长、穗数、穗长、花数轮、花数d , 枝，花数株在温度升高时均显著减少。 此外，还发现温度升高显著减少了种子数量和种子总数，减少幅度分别为2 5 0 ， 4 8 9 。由此可见，温度升高对芦苇繁殖的抑制作用既体现在开花和种子数量上， 又体现在花序的形状和大小上。 5 1 ) 不同生理特征对温度升高的响应不同。在p n p a r 曲线中，温度升高显 著增加了芦苇净光合速率，使芦苇光补偿点和光饱和点显著提高。升温对气孔导 度的影响与p a r 有关，当p a r 9 0 0 z m o l 皿之s - 1 时，气孔导度降低。还发现，升温显著提高了蒸腾作用，降 低了水分利用效率，对土壤呼吸速率的提高具有一定的促进作用。 关键词：温度升高；芦苇；生长；繁殖；生理 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 a b s t r a c t e f f e c t so f a t m o s p h e r i ce l e v a t e dt e m p e r a t u r e o nt h eg r o w t h ， a n dr e p r o d u c t i o no fr e c l a m a t i o np h r a g m i t e sa u s t r a l i si n e a s tb e a c ho fc h o n g m i n gi s l a n d a b s t r a c t g l o b a lc l i m a t ec h a n g eh a sb e c o m ei n d u b i t a b l e a c c o r d i n gt oi p c c ( 2 0 0 7 ) f o u r t h a s s e s s m e n tr e p o r t ，i tp r e d i c t st h a tg l o b a la v e r a g et e m p e r a t u r e sw i l li n c r e a s eb y 1 4 4 0 * cf r o mn o wt o2 1 0 0 w e t l a n df o r m e db yt h ei n t e r a c t i o nb e t w e e nl a n da n d w a t e r , h a sau n i q u ep h y s i c a l ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a ls t r u c t u r ea n df u n c t i o n t h e r e s p o n s eo fw e t l a n dt oc l i m a t ew a r m i n gm u s tb ed i s t i n c tf r o mo t h e rs y s t e m s ，s ot h e e f f e c t so fe l e v a t e dt e m p e r a t u r eo nw e t l a n dp l a n t sm u s tb ed i f f e r e n tf r o mp l a n t si n o t h e re n v i r o n m e n t s at o t a ln u m b e ro f8o p e nt o pc h a m b e r ( o t c ) e x p e r i m e n t sw e r e c a r r i e do u ti ne a s tb e a c ho fc h o n g m i n gi s l a n do fs h a n g h a ii nm a r c h2 0 0 8 t h e e f f e c t so fe l e v a t e dt e m p e r a t u r e ( 四o nt h eg r o w t h ，r e p r o d u c t i o na n dp h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fr e c l a m a t i o np h r a g m i t e sa u s t r a l i sw e r ee x a m i n e df r o mm a r c ht o n o v e m b e ri n2 0 0 8 o u rs t u d yh a sg r e a tr e f e r e n c ev a l u et op r e d i c tt h eg r o w t ho f w e t l a n dp l a n t s ，c h a n g e si nc o m m u n i t ys t r u c t u r ea n dv e g e t a t i o np r o d u c t i v i t yu n d e rt h e c o n d i t i o no ff u t u r eg l o b a lc h a n g e r e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 ) i nc o m p a r i s o nw i t ht h ec o n t r o l ，t h en u m b e ro fr e e d ss p r o u t ，s h o o th i g h ，s h o o t b i o m a s so nm a r c h5a n dm a r c h2 0w e r es i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e du n d e rt h ee t , w h i c h i n d i c a t e dt h a te tc o n t r i b u t e dt ot h eg r o w t ho fb u d s o nt h es t u d yo ft h ed y n a m i c c h a n g e so fp l a n th e i g h t ，w ef o u n dt h a tt h ep l a n th e i g h ti n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y o nt h e s t u d yo ft h ed y n a m i cc h a n g e so fb a s a ld i a m e t e r w ef o u n dt h a tb a s a ld i a m e t e rd i dn o t c h a n g es i g n i f i c a n t l y u n d e rt h ee tt h ep l a n th e i g h ti n c r e a s e d ，b u tb a s a ld i a m e t e rd i d n o tc h a n g e ，w h i c hm a d ep h r a g m i t e sa u s t r a l i ss u s c e p t i b l et ol o d g i n g ，a n dw o u l dh a v e n e g a t i v ee f f e c t r g ri n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi nr e s p o n s et ot h ee t , w h i c hs h o w st h e g r o w t hr a t ea c c e l e r a t e do ne t t h er e s e a r c ho fr bs h o w e dt h a tt h er e s p o n s ed e g r e eo f g r o w t ht oe td e c r e a s e dg r a d u a l l y , w i t ht h em a x i m u mi ng e r m i n a t i o ns t a g e 2 ) t h ee f f e c to fe to nl e a fn u m b e r sa n dl e a fs p a c i n gw a sn o ts i g n i f i c a n t ，a n d t r e a t m e n te tm a d et h eh e i g h to fb o t t o ml e a v ei n c r e a s es i g n i f i c a n t l y , f r o mw h i c hw e c a nc o n c l u d et h a tp l a n t h e i g h t i n c r e a s e dw i t hl e a fn u m b e r sa n dl e a fs p a c i n g m 华东师范大学2 0 1 0 届硕一b 学位论文 a b s t r a c t u n c h a n g e da n d a l lo v e r a l li n c r e a s ei nt h eh e i g h to fa l lt h el e a v e s u n d e rt h ee t , l e a f l e n g t ha n dl e a fw i d t hi n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb y8 7 ，8 6 ，r e s p e c t i v e l y , c o m p a r e d w i t ht h ec o n t r 0 1 t h ea r e ao fb o t t o ml e a v ed i dn o tc h a n g er e m a r k a b l y , b u tt h ea r e ao f t o pl e a v ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb y4 3 6 t h es t u d yo ft h ed y n a m i cc h a n g e so f l e a v ea r e a sf r o ma p r i lt o s e p t e m b e rs h o w e d t h a tt h el e a v ea r e a si n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y f u r t h e rs t u d yf o u n dt h a tt h ee f f e c to fe to nl m r ，s l aa n dl a rw a s d i f f e r e n t e th a dn os i g n i f i c a n te f f e c to nl e a fm a s sr a t i o ( l m r ) ，b u ts p e c i f i cl e a fa r e a ( s l a ) a n dl e a fa r e ar a t i o ( l a g ) d e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yw i t hi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e 3 )a b o v e g r o u n db i o m a s sw a ss i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e da n dt h eb i o m a s so f 0 6 0 c r n ，6 0 - 1 2 0 c m ，1 2 0 1 8 0 c m ， 1 8 0 c r ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb y2 7 9 ，3 6 6 ， 3 8 2 4 1 4 c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1 u n d e rt h ee te v e r yl a y e ro fu n d e r g r o u n d b i o m a s sc h a n g e dd i f f e r e n t l y t h eu p p e r ( 0 - 2 0 c m ) i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb y3 5 9 ， t h em i d d l e ( 2 0 - 4 0 c m ) d e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb y2 3 0 ，b u tt h el o w e r ( 4 0 6 0 c m ) d i d n o tc h a n g er e m a r k a b l y t h ee f f e c t so fe to nt h eb i o m a s so fd i f f e r e n to r g a nw e r e d i f f e r e n t t h eb i o m a s so fr o o t ，s t e ma n dl e a v ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y , a n dt h eb i o m a s s o ff l o w e rd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yu n d e rt h ee t t h es t u d ya l s of o u n dt h a tw h e n t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h e r o o ta n df l o w e rb i o m a s sr a t i oo ft h et o t a lb i o m a s s d e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y , s t e ma n dl e a fb i o m a s sp e r c e n t a g ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y 4 ) u n d e rt h ee tt h en u m b e ro fi n d i v i d u a l sf l o w e r i n ga n df l o w e r i n g r a t e sw e r e s i g n i f i c a n t l y r e d u c e db y3 7 5 ，8 3 4 ，r e s p e c t i v e l y e tc h a n g e dt h es h a p eo f i n f l o r e s c e n c e w h e nt h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，i n f l o r e s c e n c eh i g h ，f l o w e rn e c kl e n g t h ， r o u n dd i s t a n c e ，s p r i gn u m b e r , t w i gl e n g t h ，n u m b e ro fe a r s ，e a rl e n g t h ，f l o w e rn u m b e r r o u n d 。f l o w e rn u m b e r t w i g ，a n df l o w e rn u m b e rlp l a n tw e r es i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ，i n a d d i t i o nt or o u n dn u m b e r so fi n f l o r e s c e n c e m o r e o v e r , t h en u m b e ro fs e e d sa n dt h e t o t a ln u m b e ro fs e e d sd e c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yb y2 5 o ，4 8 9 ，w i t ht e m p e r a t u r e i n c r e a s i n g t h i ss h o w st h a tt h ee ti n h i b i t e dn o to n l yf l o w e r i n ga n dn u m b e ro fs e e d s ， b u ta l s oo nt h es h a p ea n ds i z eo ft h ei n f l o r e s c e n c e 5 ) t h ee f f e c t so fe to nd i f f e r e n tp h y s i o l o g i c a lf e a t u r e sw e r ed i f f e r e n t i n p n p a rc u r v e s ，u n d e rt h ee tn e tp h o t o s y n t h e t i cr a t e ( p n ) ，l i g h tc o m p e n s a t i o np o i n t a n dl i g h ts a t u r a t i o np o i n ti m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y t h ee f f e c t so fe to ns t o m a t a l c o n d u c t a n c ew e r er e l a t e dt op a r w h e np a r 9 0 0 t m 0 1 m - 2 s ，t h es t o m a t a lc o n d u c t a n c e d e c r e a s e d w ea l s of o u n dt h a tt r a n s p i r a t i o ni n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y , w a t e ru s e e f f i c i e n c yw a s r e d u c e ds i g n i f i c a n t l y , a n ds o i lr e s p i r a t i o nr a t ei m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y k e yw o r d s ：e l e v a t e dt e m p e r a t u r e ；p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ；g r o w t h ；r e p r o d u c t i o n ； p h y s i o l o g y v 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章前言1 1 1 研究背景1 1 2 研究目的2 1 3 研究内容3 1 4 研究意义一3 第二章国内外研究进展5 2 1 大气温度升高对植物生长的影响5 2 2 大气温度升高对植物生物量的影响5 2 3 大气温度升高对植物形态结构的影响。6 2 4 大气温度升高对植物繁殖的影响。7 2 5 大气温度升高对植物生理特征的影响8 2 5 1 大气温度升高对植物光合作用的影响8 2 5 2 大气温度升高对植物土壤呼吸的影响9 2 5 3 大气温度升高对植物其他生理特征的影响。1 0 2 6 大气温度升高对植物物候的影响1 1 2 7 大气温度升高对芦苇的影响1 2 第三章材料与方法。1 3 3 1 研究区域概况1 3 3 1 1 上海市崇明岛地理概况。1 3 3 1 2 上海市崇明岛东滩湿地概况1 3 3 1 3 上海市崇明岛东滩芦苇群落概况1 4 3 2 研究对象与研究方法1 5 3 2 1 研究对象介绍1 5 3 2 2 开顶式生长室及升温作用1 5 3 2 3 实验设计和土壤条件1 7 3 2 4 植物样品采集及参数测定1 8 3 3 数据计算与统计分析2 0 3 4 技术路线2 0 v 1 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文 目录 第四章研究结果与分析2 1 4 1 大气温度升高对芦苇生长的影响2 1 4 1 1 大气温度升高对芦苇单株生长的影响2 1 4 1 2 大气温度升高对芦苇单叶生长的影响2 5 4 1 3 大气温度升高对芦苇生物量分配的影响2 7 4 1 4 大气温度升高对芦苇群落生长的影响3 0 4 2 大气温度升高对芦苇繁殖的影响3 1 4 2 1 大气温度升高对芦苇开花率的影响3 1 4 2 2 大气温度升高对芦苇花序结构的影响3 2 4 2 3 大气温度升高对芦苇种子数量的影响。3 4 4 3 大气温度升高对芦苇部分生理特征的影响3 5 4 3 1 大气温度升高对芦苇净光合速率的影响3 5 4 3 2 大气温度升高对芦苇气孔导度与蒸腾速率的影响3 6 4 3 3 大气温度升高对芦苇水分利用效率的影响3 7 4 3 4 大气温度升高对芦苇土壤呼吸的影响3 7 第五章结论、讨论与展望3 9 5 1 结论与讨论3 9 5 1 1 生长。3 9 5 1 2 繁殖。4 1 5 1 3 生理特征。4 1 5 2 研究不足与展望4 2 参考文献4 3 附两之5 3 致谢5 4 v n 华东师范大学2 0 1 0 届硕卜学位论文 前苦 第一章前言 1 1 研究背景 全球气候变化已经成为不容置疑的事实( o r e s k e s ，2 0 0 4 ) 。联合国气候变化框 架公约将“气候变化 定义为：“经过相当一段时间的观察，在自然气候变化 之外，由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变( u n f c c c ， 1 9 9 2 ) 。以c 0 2 浓度和温度升高、降雨量分布格局改变为主要特征的全球气候变 化日益受到人们的关注。美国、中国、俄罗斯、加拿大、英国、欧洲大陆、澳大 利亚等主要国家或地区，几十年乃至近百年的观测资料显示出气候变化的总的变 化趋势：即温度增加，降水增多，极端天气情况频繁发生( 雷w e ne ta l ，2 0 0 3 ) 。气 候变化究其原因可概括为自然的气候波动和人为因素两类。科学研究认为，太阳 辐射的变化、地球轨道的变化、火山活动、大气与海洋环流的变化等是造成全球 气候变化的自然因素。而人类活动特别是工业革命以来人类活动是造成气候变化 的主要原因( 张强等，2 0 0 5 ) 。联合国政府间气候变化专门委员会( i p c c ) 第四次报告 ( 2 0 0 7 ) 中明确地指出全球平均温度的升高超过9 0 的可能性是由于人为温室气 体浓度的增加引起的。由于全球气候系统在短时期内的大幅度变化，可能对自然 生态带来重大的影响。i p c c 第三次报告( 2 0 0 1 ) 表明以下几个方面的变化可能对 人类生存与发展产生较大的影响：干旱和半干旱地区变得更干旱，2 1 0 0 年海平 面将上升，厄尔尼诺现象发生的频率和强度可能增加这将导致热带和亚热带地区 严重的洪涝和干旱，一些极端事件的影响范围增大。 全球变暖是气候变化的重要表现之一。自工业革命以来，由于煤炭、石油等 化石燃料的过度使用以及大规模滥伐森林，大气c 0 2 浓度逐步上升，已由1 0 0 年前的2 7 0 u m o l m o l 0 升高到现在的3 5 0 u m o l m o l 一，预计到2 1 世纪未大气c 0 2 浓度将达到7 0 0 u m o l m o l 4 左右( h o u g h t o ne ta l ，1 9 9 5 ) 。大气中c 0 2 浓度及其他温 室气体浓度的增加阻挡地表以红外线形式向外辐射热量，这使大气层温度上升、 导致全球性的温度升高。i p c c 报告指出，由于人类活动的影响使得大气中温室 气体浓度不断增加，导致近1 0 0 年来全球平均气温大约上升了0 3 加6 。c 左右， 预计到2 1 0 0 年前后，全球平均气温将升高1 4 4 0 * c ( i p c c ，2 0 0 7 ) 。 从总体上讲，中国在2 0 世纪的年平均气温变化趋势与同期北半球的年平均 气温变化趋势基本一致( 王晓春，2 0 0 3 ) 。中国近百年增温的幅度为0 5 加8 0 c ，近 5 0 年升温速率达0 2 2 。c 1 0 a ，远大于北半球平均的升温速率( 丁一汇等，2 0 0 6 ) 。 多个模式和排放方案计算表明，2 1 世纪由于人类排放增加，中国将继续变暖。 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文和吾 到2 0 2 0 年我国的年平均气温将可能变暖1 5 2 1 ，2 0 5 0 年变暖2 3 3 3 ，2 1 0 0 年变暖3 9 6 0 仃一冲等，2 0 0 7 ) 。过去5 0 多年来，长三角地区气温逐年升高，东 部沿海区域增温强度最大，其中以上海最明显，年平均气温以0 4 1 0 a 的倾向 率增温( 林小峰，2 0 0 9 ) 。长江中下游地区2 1 世纪的未来温度变化与全球和全国一 样，都将呈增加的趋势。2 0 5 0 年和2 1 0 0 年长江中下游地区的变暖幅度分别为2 2 和4 5 左右( 徐影等，2 0 0 4 ) 。 温度是影响植物生长、发育和功能的重要环境因子( m o r i s o n e ta l ，1 9 9 9 ) ，是 调节许多陆地生态系统生物地球化学过程的关键因素之一，如土壤呼吸、凋落物 分解、n 的矿化和硝化、细根动态、植物生产力和植物养分吸收都受其影响( r u s t a d e ta l ，2 0 0 1 ) 。温度的变化或温度与其它因子( 如c 0 2 浓度、降水和光照等) 的复合 变化必将引起植物乃至陆地生态系统类型等不同尺度的变化。 目前，全球变暖影响的研究重点是对全球森林，农田系统的影响以及高纬度 或高海拔地区群落交错区的响应( 杨振林和石培礼，2 0 0 7 ) 。本文的研究对象是位 于上海市崇明岛东滩的芦苇( p h r a g m i t e s a u s t r a l i s ) ，东滩湿地属于河口湿地，河e l 湿地是陆海相互作用的集中地带，其生态系统是融淡水生态系统、海水生态系统、 咸淡水生态系统、潮滩湿地生态系统等为一体的复杂系统，具有独特的物理、化 学、生物和地质过程( 黄桂林等，2 0 0 6 ) ，对气候变暖的响应必定有别于其他系统， 因此气候变暖对河口湿地植物的影响必定也与其他环境中的植物不同。 近几年东滩湿地一部分进行了围垦，湿地围垦是在人为干预下使湿地面积缩 小，迅速改变湿地的水热状况和原始湿地的理化性质，在人类主观意识推动下， 使滩地成为特定专业用地( 何小勤和顾成军，2 0 0 3 ) 。围垦后湿地生态系统的许多 性质都发生了变化，那么生活在湿地中的植物其生长和繁殖也会相应发生变化。 本研究正是在这种环境下，采用开顶式生长室( o t c s ) 模拟增温试验，来阐明上海 市崇明岛东滩湿地围垦区芦苇的生长和繁殖对大气温度升高的响应机理。 1 2 研究目的 本硕士论文为国家“十一五 科技支撑计划重大项目( 2 0 0 6 b a c 0 1 a 1 4 ) 崇 明岛生态系统修复和生态安全预警关键技术与模式的- d , 部分，根据项目的总 目标，同时结合本文研究背景，确定研究目的如下： ( 1 ) 阐明在温度升高的条件下，崇明东滩围垦区芦苇的生长规律； ( 2 ) 分析与常温相比，升温后崇明东滩芦苇部分生理特征的变化规律； ( 3 ) 分析温度升高对芦苇繁殖的影响，并初步探讨影响作用的机理。 2 华东师范人学2 0 1 0 届硕上学位论文前言 气候变暖对全球的影响有利有弊，而且是弊大于利( 周丽静，2 0 0 9 ) 。通过分 析温度升高对芦苇生长和繁殖的影响，确定气候变暖对芦苇影响的利弊，也是本 文的重要研究目的。 1 3 研究内容 本文以上海市崇明岛东滩湿地公园围垦区优势种芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ) 为研究对象，通过开项式生长室( o t c s ) 模拟未来气候变暖的方法，研究大气温度 升高对围垦区芦苇生长，生理和繁殖的影响。通过对芦苇单株，单叶，生物量的 研究，明确了温度升高条件下芦苇生长的变化特点；并分析温度升高对芦苇繁殖 的影响，探讨温度升高下芦苇繁殖的响应机理。因此，本文的研究内容： ( 1 ) 根据当地气象数据和o t c 内温度数据，绘制芦苇生长的日平均气温变 化曲线，阐明o t c 的增温作用； ( 2 ) 在温度升高条件下，芦苇单株生长和单叶生长的变化； ( 3 ) 芦苇群落中，温度升高时芦苇个体生物量分配和群落生物量的变化； ( 4 ) 在温度升高时，芦苇部分生理特征的变化，包括：光合速率，气孔导度， 蒸腾速率，水分利用效率，土壤呼吸； ( 5 ) 在温度升高条件下，从开花率，花序结构，种子数量三个方面来研究芦 苇繁殖状况变化，阐明升温对芦苇生长的作用，并分析作用发生的机理。 通过对以上内容的研究，本文将解决以下几个关键问题： ( 1 ) 温度升高时，芦苇茎横向和径向生长的比例是否协调；叶长和叶宽的变 化比例是否一致； ( 2 ) 温度升高时，芦苇的繁殖状况是否发生变化，如何变化，变化的机理以 及这种变化对芦苇种族繁衍的作用如何； ( 3 ) 对比温度升高对芦苇生长和繁殖影响的差异，分析升温是否改变了芦苇 营养生长和生殖生长的平衡关系。 1 4 研究意义 由于全球变化对地球生态系统的影响，是关系到人类社会和经济生活、农林 牧业生产、资源和生存环境的重大问题，因此已经引起了各国政府、科学界与公 众的强烈关注。全球变化研究的核心在于探索由于人类活动引起的全球环境变化 对于人类赖以生存和持续发展的陆地生态系统与人类生存环境的作用及其反应， 以期找出应对的科学策略，最大限度地减少全球变化的不利影响f 张志强和孙成 权，1 9 9 9 ) 。目前，国内外植物学和生态学工作者在气候变暖对植物的影响方面开 3 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文 前言 展大量的研究，但是湿地围垦区芦苇的生长和繁殖对大气温度升高的响应研究还 不够充分。本文采用开顶式生长室( o t c s ) 模拟增温试验，研究了温度升高时芦苇 生长，繁殖和生理的变化规律，可以更好地理解植物对气候变化的响应机制，为 气候变化条件下植物的研究提供基线数据，对于预测未来气候变化条件下湿地植 物的生长状况，群落结构和植被生产力变化具有重要参考价值。 4 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文国内外研究进展 第二章国内外研究进展 2 1 大气温度升高对植物生长的影响 温度升高对植物的影响可分为直接和间接两种作用( j o n a s s o ne ta l ，1 9 9 9 ； r u s t a de ta l ，2 0 0 1 ) 。直接影响是对植物本身的影响，温度升高将直接改变植物的 光合能力和生长速率( k l a n d e r u da n dt o t l a n d ，2 0 0 5 ) ，从而改变植物的物候( w a l t h e r , 2 0 0 5 ) ，并延长植物的生长期( h i l l i e r , 1 9 9 4 ) 。但是温度对植物的间接影响比直接影 响更明显( w e l k e re ta l ，1 9 9 7 ) 。间接影响是对植物的生态环境因子的影响，包括对 凋落物分解、n 矿化作用、微生物生命活动程度、植物营养的有效性、土壤水分 有效性的影响，因此植物的生长( h e n r ya n dm o l a u ，1 9 9 7 ) ，生物量生产及分配 ( s p r i n ge ta l ，1 9 9 6 ) 也将随之发生改变。 许多研究都表明，温度升高对植物的生长具有一定的促进作用。李小艳等 ( 2 0 0 9 ) 采用开项式生长室模拟增温，研究发现温度升高加快了草本植物西川韭 ( a l l i u mx i c h u a n e n s e ) 与草玉梅( a n e m o n er i v u l a r i s ) 的生长。r u s t a d 等( 2 0 0 1 ) 综合分 析了2 0 个寒带和温带生态系统变暖实验样地的数据，结果表明，气候变暖明显 地增加了地上部分的植物生产力，比对照样地平均增加1 9 。王淼等( 1 9 9 5 ) 分析 表明，在1 9 8 7 1 9 9 1 年年平均气温增加0 4 8 ，年轮平均宽度增加6 1 ，预测 年均温度增加1 将使阔叶树红松林的材积增加，同