长白山林线树种岳桦的碳储存和水分利用策略

作     者：马玥 

作者单位：沈阳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏宝玲;于大炮;周旺明

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：岳桦 水分胁迫 水分利用效率 非结构性碳水化合物 长白山 高山林线 

摘      要：高山林线的形成机理,也就是高山树木分布格局的形成机理一直是气候变化关注的热点之一。尽管目前已有大量的相关研究成果,但对林线树种适应胁迫环境的生理机制还存在诸多不确定性。高山岳桦(Betula ermanii)林线是我国东北地区典型的由落叶阔叶树组成的林线,以往的研究多关注于其适应低温胁迫的机理,但对其对于水分胁迫的研究还不多见。因此,本文以长白山高山林线树种岳桦为研究对象,通过分析不同大小岳桦个体的水分利用策略、不同组织器官中非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrate,NSC)的浓度及其对干旱胁迫的响应特征,探讨岳桦在胁迫环境中的碳储存和水分利用策略。主要结果如下:(1)岳桦和幼苗叶片水分利用效率(water-use efficiency,WUE)在不同海拔差异不同。随着海拔升高,岳桦叶片δC由大树显著高于幼苗转变为幼苗高于大树,并在林线处(海拔2000m)表现为没有显著差异;无论个体大小,岳桦叶片WUE沿海拔梯度显著增加,说明岳桦在林线上可能存在水分限制,且随着海拔升高,岳桦幼苗比大树更易遭受水分胁迫。(2)控制实验表明,干旱及持续时间对岳桦幼苗光合特性和NSC储存和分配有显著影响。干旱显著降低了岳桦幼苗的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs),提高了其瞬时水分利用效率(WUE);干旱显著增加了岳桦幼苗叶、皮、干和根中的可溶性糖和总NSC的含量,但显著降低了淀粉含量;随着干旱的持续,叶片的Pn、Gs和WUE迅速降低;在试验末期,叶片90%发黄,岳桦幼苗干、皮和根中可溶性糖与淀粉的比值均显著高于对照。这表明岳桦通过会迅速降低Gs以减少水分散失,提高WUE,属于避旱型植物;岳桦通过优先储存策略来提高组织器官中可溶性糖含量、增加淀粉与糖之间的转化率来应对水分亏缺的不利环境;在遭受持续干旱,幼苗面临死亡的时候,干旱胁迫可能超过了植物自我调节的阈值,但此时其组织器官中NSC含量并未降低,这说明岳桦最终的死亡可能不是碳饥饿导致的。(3)随着岳桦个体大小(径级)的增加,除叶片淀粉含量外,叶和枝的NSC及其组分含量均随个体的增大显著增加;根的可溶性糖与NSC含量在不同岳桦个体大小间差异显著,但淀粉差异不大;树干的NSC、可溶性糖和淀粉含量随径级的增加均显著降低,且大树心材中有较高的NSC、可溶性糖以及可溶性糖与淀粉的比值,这说明大树树干内部木质组织可能存在较大NSC库。据已有的研究报道,心材中的NSC在树木遭受严重胁迫时仍可被利用,并用于维持存活,因此,在未来气候变化条件下,岳桦大树可能要比小树更能抵御胁迫,容易存活。