题名城市硬化地表和干旱对树木生理生态的影响
作者汪旭明
答辩日期2019-12
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师王效科
关键词硬化地表 干旱 光合 和 生化特性,蒸腾耗水 生物量 Pavement, Drought, Photosynthetic And Biochemical Characteristics, Transpiration, Biomass
学位名称理学博士
其他题名Effects of pavement and drought on the ecophysiology of urban trees
学位专业生态学
英文摘要

      城市树木作为城市绿色设施的重要组成部分,具有缓解热岛效应、减轻城市内涝、净化空气、降低噪音污染、提高碳吸存和美化景观环境等重要生态服务功能。 然而, 不断扩大的 城市 硬化地表 可 显著改变树木生长的环境条件 ,进而影响树木生长、碳代谢和水分利用 ,最终限制其生态服务功能的发挥。全球变暖 预计将加剧 城市热岛效应, 使城市树木遭受 更加严重的环境 胁迫 。研究硬化地表与其他胁迫因子(如干旱等)的复合作用对树木生理生态的影响,可为 预见 未来环境胁迫加重的趋势下城市树木的响应提供参考,进而 更好地 保证城市树木健康 生长并持续发挥 其 生态 功能 ,但是目前相关研究较少 。
      本研究采用盆栽田间模拟的试验方法,选取北京市广泛种植 且生长速率和生理特征存在明显区别的 2 种绿化树白蜡( Fraxinus chinensis )和银杏 Ginkgobiloba 分别设置 4 种处理(对照、硬化、干旱和硬化 干旱) 试验周期为2年 。 综合探讨 硬化地表和干旱胁迫 下, 白蜡和银杏 叶片生理生化特性、光合作用、叶片蒸腾和植株耗水 、 生长速率 及 生物量积累和分配 的响应。 在此基础上,提出关于 硬化地表上绿化树种选择和健康管理等 的 参考建议。主要研究结果如下:
      (1)硬化地表较 自然地表 使空气温度 和 地面温度 分别 显著升高 0.11 °C和5.35 °C,原因是硬化材料具有较高的吸热和储热能力、较高的长波反辐射和显热比例。硬化地表使空气湿度显著降低 由于 硬化地表阻隔土壤蒸发且缺少如自然地表上草本植物的蒸腾。 2种地表的温湿度差别在夜间表现得更加明显。硬化地表显著降低土壤水分,由于地表水分入渗 较少且土壤压实不利于水分涵养。硬化地表可加重干旱发生时土壤温度的升高 及 土壤水分的不足,因此,硬化地表和干旱复合作用时植物 受到 的热胁迫和干旱胁迫将更加严重。
      (2)无论是否位于硬化地表上,干旱使白蜡单叶面积、长和宽均显著降低而银杏的这些指标仅在硬化 +干旱处理下显著下降 。 当供水不足时,硬化地表显著降低银杏叶片 相对含水量和 氮含量、白蜡和银杏叶片叶绿素含量,提高银杏碳氮比、脯氨酸和丙二醛含量。 不同处理未对 2种供试树种的叶片长宽比 、比叶重和可溶性糖含量 产生显著影响。 水分供应是控制叶片形态和生化特征参数的关键因素, 但 同时大部分参数的显著变化主要发生在硬化地表和干旱 的 共同作用下。
      (3)水分供应充足时硬化地表对银杏净光合速率和最大光合能力 均 产生抑制作用。干旱导致白蜡和银杏净光合速率 分别显著降低 31.6%和 25.7%且 最大光合能力下降, 同时 硬化地表和干旱复合作用时 净光合速率 下降 更大分别为 44.9%和 35.9%。气孔调节在干旱及硬化和干旱复合作用对树木叶片气体交换的影响上起关键作用,但同时非气孔调节作用亦不可忽视。非气孔调节作用 可 通过叶片光合过程 受到 的影响 进行 阐释 ,相关的参数 包括 PSII光合系统的 光化学效率和电子传递速率( Fv/Fm、 ΦPSII、 ETR和 Jmax)、 Rubisco含量和活性( Vcmax)及磷酸丙糖利用速率( TPU);这些参数在干旱条件下降低且在硬化地表和干旱复合作用时更大程度的降低,进而导致光合作用的显著下降。
      (4)硬化地表无论在供水是否充分的情况下均能提高土壤蒸发量和总蒸散量。在供水充足条件下硬化地表使银杏叶片蒸腾速率降低、 受气孔调节影响, 树干液流和 植株蒸腾量增加 、可能由于更高的总叶面积 ,但未对白蜡造成显著影响。硬化地表加剧了银杏 树干液流 和植株蒸腾在供水不足时的下降,白蜡则相反。
      (5 )供水充足时,硬化地表虽未显著影响树木总生物量,但明显促进了银杏叶片生长和 叶 生物量的积累。干旱和硬化 干旱 处理下 均使白蜡株高、基径、总叶面积及各器官和总生物量显著降低,但并未对银杏造成显著影响。水分缺乏是抑制白蜡生长和生物量积累的关键因素。硬化地表和干旱复合作用时,白蜡 根重占比和 根冠比显著提高,根系生长 的受抑制程度 较地上部分生长更轻。
      综合而言,白蜡 叶片形态和生化特性 、 光合作用 和植株蒸腾 较银杏表现出 对硬化地表和干旱 更强的 耐受 性 更适合种植于硬化地表等环境胁迫 较 强的地点。由于充分的水分供应能保持硬化地表上树木 生理功能、光合作用和健康生长 ,因此, 尤其在持续干热的天气, 必须对 新栽 树木进行适当的灌溉 但同时须避免加剧树木与其他用水之间的矛盾。

语种中文
页码124
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/42296]  
专题生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
汪旭明. 城市硬化地表和干旱对树木生理生态的影响[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2019.
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