荒漠植物红砂对大气CO2浓度升高及降水变化的响应与适应机制

Global climate change has become a widespread concern society as a whole，and desert ecosystems as the very important part of terrestrial ecosystems is worth to pay more attention under elevated CO2 concentration and changing precipitation. According to the change of future CO2 concentration and precipitation, we selected Reaumuria soongorica which belongs to dominant species of desert ecosystem to be the object in our research.Through manipulation experiments simulating the change of future CO2 concentration and precipitation, the growth characteristics such as crown diameter, plant height ,branch number and biomass of R. Soongorica were investigated; the physiological characteristics such as photosynthesis characteristics,water use efficiency, anatomical structure ,mass accumulation and allocation, osmoregulation substances and protective enzyme system of R. Soongorica are determined under the different treatments. The impact mechanism of elevated CO2 concentration and changing precipitation on growth and physiological characteristics of R. Soongorica is analysed, the effect of coupling relation between elevated CO2 concentration and changing precipitation on R. Soongorica is researched, the growth and physiological characteristics dates of R. Soongorica adapte to global climate changing is found out , and the adaptation strategy of R. Soongorica to global climate changing is revealed. The achievements in scientific researches have the very important meaning on the growth and existing safety of desert plants in the future,and also provide a strong reference to predict the response of desert ecosystem to the future global change.

全球气候变化已成为全社会广泛关注的课题，荒漠生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，其对CO2浓度升高及降水变化的响应特征同样值得关注。基于未来大气CO2浓度和降水量的变化，以荒漠生态系统优势植物红砂为研究对象，通过人工模拟实验，对不同CO2浓度和生长季降水量下的红砂株高、冠幅、分枝数、生物量等生长发育特性进行调查，对其光合特性、水分利用效率、解剖结构、干物质积累与分配、渗透调节物质和保护酶系统等生理指标进行测定，分析红砂生长发育和生理生态特性变化对大气CO2浓度升高及降水变化的响应机制，研究CO2和降雨变化对红砂进行影响的耦合关系，找出红砂响应气候变化的生长和生理特征数据，揭示其对气候变化的适应策略。其研究成果对于我国荒漠植物在未来环境下的生长发育和生存安全具有重要意义，也为荒漠生态系统对全球变化的响应预测提供参考。

未来大气CO2浓度显著升高将引起降雨格局的变化，这种变化必将对荒漠生态系统产生严重影响。为此，本项目以荒漠优势植物红砂（Reaumuria soongorica）为研究对象，采用开顶式CO2控制气室模拟CO2浓度变化，开展了降水变化及其与CO2的协同作用对红砂光合、生理、生长、形态、碳氮含量及分配特征影响的研究。找出红砂响应气候变化的生长和生理特征数据，揭示其对气候变化的适应策略。.主要结论与意义：(1) CO2浓度增加可显著提高红砂的光合速率，但长时高CO2浓度会导致红砂出现光合适应现象。CO2增加会显著提高红砂的水分利用效率，降雨越少这种作用越明显。未来CO2浓度升高可在一定程度上提高红砂的光合能力，尤其是在降雨减少时因CO2增加会提高水分利用效率而增强其抗旱性。(2) CO2浓度升高，红砂体内抗氧化酶活性，渗透调节物质增加，丙二醛（MDA）则下降。降水减少，红砂的抗氧化酶活性和丙二醛增加，而渗透调节物质无论降水增加或减少都会增加。高浓度CO2和降水减少时，利于红砂渗透调节物质的积累，且能促进其抗氧化酶活性的表达，对植物的氧化损伤有一定的保护作用。 (3)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、总根体积等对降雨量减少的响应更为显著。红砂可通过升高C/N来响应CO2浓度的升高，但C/N比对CO2与降雨量耦合的响应则因CO2浓度及降雨量多少而不同。(4) CO2浓度上升显著性的促进红砂的生物量，降雨量增加或减少显著性的促进或抑制了这一作用。未来全球CO2浓度升高时，在降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复；在降雨减少的地区，红砂则以较高的根冠比来维持其在荒漠生态系统中地位。(5)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的增强红砂对碳氮的吸收及利用能力。.项目积累了大量的红砂响应气候变化的数据。目前已发表论文26篇，出版专著1部，培养研究生3名。