城市不同遮阴微环境对植物光合、形态及生理的影响研究

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随着城市的扩张和高层建筑的增多以及地表构筑物的多样化发展,密集高层建筑群中环境因子的变化及其与植物、人类的相互关系成为研究的热点。本研究通过分析城市不同遮阴微环境中环境因子的特征,以及遮阴环境中大叶黄杨和现代月季光合、形态、生理参数的改变,探讨了不同遮阴环境对城市植物光合固碳和个体生长的影响程度和影响差异,并分析了植物对城市不同遮阴环境的适应机制,以为城市绿化及基于生态服务功能的城市规划等提供参考和依据。  1)建筑遮阴环境特征:  不同遮阴环境之间的差异主要体现在光强和光质上,其它环境因子差异很小。建筑遮阴环境中太阳直射时间的缩短直接导致了日总光强的显著降低,中度遮阴环境日总光强可降至全光照的60%和40%水平,重度遮阴环境日总光强为全光照的4%水平。建筑遮阴下红光与远红光的比例(R/FR)、蓝光与红光的比例(B/R)高于全光照环境。建筑遮阴下日均气温比全光照处低不超过1.0℃。气温易受建筑布局、下垫面和绿化的影响。相比全光照,密集建筑群中CO2浓度的增加不超过10.83μmol·m-2·s-1。  2)建筑遮阴与乔木冠层遮阴环境差异:  建筑遮阴与冠层遮阴环境之间的差异主要体现在光强的季节波动和光质的改变,其它环境因子差异很小。由于落叶冠层的发展,乔木遮阴下日总光强在春秋两季高于夏季。建筑遮阴则没有明显的季节波动,形成相对静止的遮阴环境。在三个季节,冠层遮阴下的R/FR和B/R均低于建筑遮阴环境。乔木冠层下日均温比全光照处的降低幅度与重度建筑遮阴的降温效果相当。建筑遮阴处日均CO2浓度高出冠层遮阴处最多不超过10.90μmol·m-2·s-1。  3)不同梯度的建筑遮阴对城市植物光合生长的影响:  在60%和40%水平的中度建筑遮阴环境下,大叶黄杨的光合能力分别下降了14.60和21.86%,新枝生物量下降3.12和15.00%。植物的光合、形态和生理性状均发生改变以适应光强的降低。形态和生理性状的改变一方面增加植物在弱光下的捕光能力,另一方面提高植物对光能的利用能力,以使植株能够维持正向的碳平衡。  月季对遮阴环境的变化比大叶黄杨更敏感。遮阴环境下月季叶片日净固碳量和新枝生物量的下降程度(16.24-35.47%)大于大叶黄杨。建筑遮阴下单叶面积下降、株高增加,以及高的形态和生理的可塑性说明月季在遮阴环境中更倾向于投资到支撑组织,以增强对资源的获取,而大叶黄杨的适应策略是减少碳损失。  4)建筑遮阴和乔木遮阴对城市植物的影响差异:  建筑遮阴和乔木冠层遮阴下光环境的季节波动不同使植物的生长模式不同。春季冠层未封闭时冠层遮阴下更优的光环境使大叶黄杨能够在生长季前期保持相对更快的叶的生长速率和更大的光合能力,以最大程度的利用光能。  4%水平的重度建筑遮阴不利于大叶黄杨的生长,虽然大叶黄杨的形态和生理作出了对弱光环境的适应,其光合能力仍然比全光照下降了53.46%,低的光合能力无法积累更多的生物量,新枝的生物量比全光照下降了47.92%。这说明建筑遮阴处植物受到全年相对静止的弱光环境影响,但建筑遮阴下高的B/R和玻璃反光光斑的存在有利于大叶黄杨的光合生长。  月季在冠层遮阴下光合受到抑制的程度大于大叶黄杨,无法在重度遮阴中长期生长。月季的Pnmax在冠层遮阴下比全光照低62.48%,光合能力低,暗呼吸水平高,不利于其在冠层遮阴下的碳积累,因此新枝和叶的生物量降低至低的水平,并存在高的死亡率。这种影响不仅来自光强的降低,也来自冠层遮阴下R/FR的降低。
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