CO2浓度升高及降水变化对红砂植物碳氮特征的影响

本研究以荒漠优势植物红砂（Reaumuria soongorica） 1年生幼苗为研究对象,采用开顶式生长箱（Open top chambers,OTCs）模拟CO₂浓度变化（350和700 μmol·mol^-1）,研究了降水变化（-30%,-15%,0,+15%和+30%）及其协同作用对红砂地上和地下部分碳、氮含量与积累量的影响。结果发现：CO₂浓度倍增和降水对红砂地上和地下部分有机碳、全氮含量和有机碳积累量以及地上全氮积累量影响极显著,并且表现出极显著的交互作用。CO₂浓度倍增下,红砂地上和地下部分有机碳、C/N和有机碳积累量以及地下部分全氮显著增加。随着降水增加,红砂地上和地下部分有机碳含量和积累量以及地下部分全氮均呈增加趋势,地上和地下部分C/N呈先降后升趋势,而地上部分全氮先升后降。综上所述：未来CO₂升高时,降水增加协同高CO₂浓度有助于红砂植株有机碳积累,从而促进红砂植株对氮素的吸收,降水减少则有利于红砂调节自身碳氮平衡从而提高其抗旱性。     

红砂对大气CO_2浓度升高及降水变化的生长响应

以荒漠植物红砂(Reamuria soongorica)为试材,采用开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度变化(350,550和700μmol·mol–1),研究了降水变化(-30%,-15%,0,+15%,+30%)及其与CO_2的协同作用对红砂生长特性的影响。结果表明:在6、7、8月份,CO_2浓度增加对5种降水下红砂的株高、地上生物量、根生物量和总生物量均有增肥效应,且降水增加时的增肥效应大于降水减少时的。6、7月份,红砂的根质量分数和根冠比在5种降水下均随CO_2浓度的升高而降低;而在8月份仅降水为-15%时,CO_2浓度增加可促进红砂的根质量分数和根冠比。综上所述,未来降水增多时,CO_2浓度升高可促进红砂地上生物量积累来获取更多资源;降水减少,CO_2浓度增加可促进地下生物量的分配来适应干旱环境,但这种调节作用与降水的多少及处理时间长短有关。     

红砂根系形态和功能特征对CO2浓度升高和降水量变化的响应

【目的】探明CO₂浓度升高及降水变化对红砂 (Reaumuria soongorica) 根系形态结构及其功能特征的影响,为预测未来荒漠生态系统中CO₂浓度升高及降水变化下荒漠植物红砂的生长提供基础数据和理论参考。【方法】采用盆栽试验和开顶式CO₂控制气室,研究了红砂根系形态及功能特征对不同CO₂浓度变化 (350、550和700 μmol/mol) 和降水处理 [–30%、–15%、100% (自然降水)、+15%、+30%] 的响应。【结果】CO₂浓度升高、降雨量变化及二者的交互作用对红砂总根长、总表面积、根生物量和根平均直径均有极显著影响 (P < 0.01),CO₂浓度升高和降水量变化对红砂根冠比、比根长和比表面积均有极显著影响 (P < 0.01),而两者的交互作用对其影响不显著 (P > 0.05)。CO₂浓度升高和降水量变化显著提高了红砂总根长、总表面积、总根体积、根生物量和根平均直径 (P < 0.01),但总根长、总表面积、总根体积和根平均直径在降水量减少时的增加量大于降水量增加时的增加量 (平均高出18.53%),生物量在降水量增加时的增幅大于降水量减少时的增幅 (平均高出120.84%)。红砂根冠比在降水量减少时比降水量增加时提高更显著 (平均高出57.14%),CO₂浓度升高显著降低了红砂的根冠比。降水量增多,红砂比根长和比面积显著降低,CO₂浓度升高则显著提高了这两个指标。降水量增加显著提高红砂根系的碳、氮含量,CO₂增加显著增加根系碳含量而降低氮含量;CO₂升高和各降水量的耦合导致红砂根系的C/N随CO₂的升高而升高,随降水量的增加而呈波浪形变化。【结论】CO₂升高对除红砂根冠比以外的根系形态指标具有显著的正效应,总根长、总根体积、根平均直径、根冠比、比根长和比表面积对降水量减少的响应更为显著,而总表面积和根生物量则对降水增加的响应较为显著。红砂可通过升高C/N来响应CO₂浓度的升高,但C/N比对CO₂与降水量耦合的响应则因CO₂浓度及降水量多少而不同。     

模拟CO2升高及降水变化对红砂碳氮特征的影响

为探讨荒漠植物红砂根、茎、叶在CO₂升高与降水变化条件下的碳氮含量及分配特征,以当年生民勤红砂为试验材料,利用开顶式CO₂控制气室,研究了350、550及700 μmol·mol^-13种CO₂浓度和降水减少30%(-W₂)、减少15%(-W₁)、自然降水(W₀)、增加15%(+W₁)和增加30%(+W₂)5个降水变化下红砂根、茎、叶的有机碳、全氮含量、C/N及有机碳和全氮积累(吸收)量。结果表明:1)相同降水条件下,CO₂浓度升高使根、茎、叶有机碳含量显著增加,全氮含量显著减少;在-W₂降水量和700 μmol·mol^-1CO₂浓度时根有机碳含量增幅最大(13.33%),在+W₁降水量和700 μmol·mol^-1CO₂浓度时叶全氮含量降幅最大(56.31%);CO₂浓度升高使红砂根、茎、叶C/N显著升高,对有机碳、全氮积累(吸收)量影响显著。2)相同CO₂浓度条件下,降水增加对根、茎、叶有机碳含量及全氮含量影响显著;550 μmol·mol^-1CO₂浓度和+W₂降水量时叶有机碳含量增幅最大(11.56%),700 μmol·mol^-1CO₂浓度和+W₂降水量时叶全氮含量降幅最大(35.31%);降水量对红砂根、茎、叶的C/N及有机碳、全氮积累量影响显著。3)在CO₂浓度升高与降水变化下,红砂有机碳含量在根中最高,全氮含量在叶中最高,C/N在根中最大,红砂有机碳、全氮积累(吸收)量在叶中最高。综上所述,未来CO₂浓度升高及降水改变的情况下,红砂生长情况取决于CO₂浓度与降水量的协同作用对有机碳、全氮含量的影响,CO₂浓度升高会在一定程度上减缓干旱对红砂碳氮吸收及利用的抑制作用,在湿润条件下能有效地增强红砂对碳氮的吸收及利用能力。