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题名: 城市典型植物对热岛效应的响应与适应研究
作者: 王亚婷
学位类别: 博士
答辩日期: 2013
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 胡聃
关键词: 热岛效应 ; Urban heat island ; 大叶黄杨 ; Buxus megistophylla Lévl ; 丁香 ; Syzygium aromaticum ; 生理生态响应 ; 形态可塑性
其他题名: Responses and Adaptations of Typical Plants to Urban Heat Island
中文摘要:       由于城市中特殊的下垫面和人类活动的影响,城市表现出明显不同于郊区和农村的独特气候特征。热岛效应是城市气候最直观也是最典型的表现之一。随着城市化进程加快,热岛效应日益突出,城市水热条件发生了显著改变,这些改变导致了城市植物在生理和个体水平表现出不同的适应性调整,进而影响城市植被的生产力和生态服务功能。研究城市植物对热岛效应的响应有助于揭示植物对过去环境增温的响应机制,也有助于预测植物对未来气候变化的响应情况。 本实验在2010―2012年植物生长期开展,以城市中典型的园林植物大叶黄杨(Buxus megistophylla Lévl)和丁香(Syzygium aromaticum)为研究对象,在生理生态和个体形态水平上整合研究两个常见种对热岛效应的响应与适应。选取城市中具有代表性的商业区作为热岛点,选取有大量绿植覆盖的地区作为低温对照点。观测热岛点与低温点生境条件以及生长在不同温度条件下植物的光合作用、蒸腾作用、气孔导度、叶片相对含水量等生理活动;研究生物量积累、生物量分配模式、气孔密度以及叶性因子等个体形态特征的适应性改变;测定植物叶片中的元素含量并计算其化学计量比,探讨了不同温度条件下大叶黄杨和丁香的碳同化维持机制。 研究结果表明,通过平均值的计算方法来表征热岛强度实际上削弱了热岛强度。以北京为例,0―2℃的热岛强度发生天数最多,最大热岛强度可以达到6℃以上。由此可见,热岛效应对植物生长可能存在潜在的重要影响。在本研究中,两个实验地点的土壤温度和空气温度的差异显著影响植物的生理过程和个体形态,尽管大叶黄杨和丁香是不同功能型植物但是对温度升高的响应几乎一致。气孔调节是这两种植物碳水平衡适应热环境改变的关键响应机制,特殊的气孔行为体现了植物以高水分消耗为代价,实现碳获取最大化的适应策略。在植物的最适生长温度范围内,温度上升能促进大叶黄杨和丁香的光合能力。高温同时提高了植物的蒸腾速率,然而定期的灌溉方式为植物生长提供了充分的土壤水分条件,使植物在高温条件下避免受到水分胁迫。由于光合能力提高,土壤水分充足,在热岛点生长的大叶黄杨和丁香新枝的生物量显著增加。为了更好的利用有利环境固碳,植物在新枝和叶水平的生物量分配都表现出最优策略。热岛点生长的植物倾向于将更多的生物量分配到光合组织,而减少支持组织的生物量投入。受到温度升高的影响,热岛点植物碳含量显著增加,这种现象与热岛点植物生物量增加表现一致。然而两种植物的氮含量的变化并不一致,表现出种间差异。与此同时,在热岛点生长的两种植物的全磷含量极显著降低(P<0.001)。元素生态化学计量比受到植物生理驯化的影响发生改变,在热岛点生长的大叶黄杨和丁香表现出较高的碳氮比、碳磷比和氮磷比。 本研究表明,城市植物应对热环境改变时,具有高效的自我协调与适应能力,在生理水平上的自我调节,主要通过提高光合能力实现,个体水平上的自我调节则主要通过改变叶片形态特征和生物量分配模式实现,体现为增加光合组织生物量投入和增加光合有效叶面积。生理水平和个体水平的适应机制相互协调,共同构成了碳获取的最优策略。城市热环境改变下不同功能型植物的响应特征和适应策略的多水平研究,为预测未来城市热环境变化提供理论依据,也是了解城市化背景下城市生态系统过程与植物适应性研究的有效途径。
英文摘要:       Because of the special underlying surface and influences of human activity, urban exhibited a unique climate feature, which significantly differed from the climate in suburban and rural. Urban heat island (UHI) was one of the most visual and typical performances of urban climate. Along with accelerating urbanization, UHI became increasingly outstanding. Hydrothermal condition in urban changed significantly, which induced the varied adjustments of urban plants at both physiological and individual levels. These adaptive adjustments further influenced the production and ecological service function of urban plants. Studying on the responses of urban plants to UHI was beneficial to reveal response mechanism of plants to the increased temperature in the past. Furthermore, the results would help to predict the responses of plants to climate change in future. During the growth season of 2010 to 2012. The responses and adjustments of two typical ornamental plants, Buxus megistophylla Lévl and Syzygium aromaticum, were investigated at physiological ecology and individual morphology levels. We chose a typical business district as the experimental site of UHI, and a rural district covered with plenty of plants as the reference site. Changes in different habitats, photo-synthesis, transpiration, stomatal conductance, relative water content were observed under the contrasting temperature environment. Adjusting changes of individual morphology characteristics, such as accumulation of biomass, allocation mode of biomass, stomatal density and leaf traits, were also investigated. We measured element content of leaves and calculated the stoichiometry. The maintaining mechanism of carbon assimilation of B. megistophylla Lévl and S. aromaticum under varied temperature conditions was discussed.
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/35174
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王亚婷. 城市典型植物对热岛效应的响应与适应研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013.
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