Study on plant photosynthate allocation dynamic and simulation of grassland and maize agricultural ecosystems

Abstract

植物光合产物分配直接影响到陆地生态系统的生产力。准确模拟植物光合产物分配动态及其对环境变化的响应将直接影响陆地生态系统生产力和碳收支的准确评估。本论文首先探讨了土柱法和不同直径的土钻法及其不同取样方案对草原根系生物量测定结果准确性的影响；进而基于羊草种群的温室模拟试验数据、2004~2008 年玉米农田生态系统野外观测试验数据和文献数据，研究了种群密度和环境因子对植物光合产物分配格局的影响，发展了草原与玉米农田生态系统的植物光合产物分配模型。主要结论如下： (1) 小钻法(3.8cm)较土柱法和大钻法(10cm)显著地低估了草原植物的根系生物量。与土柱法(1m´1m)相比，小钻法对0~30cm 土层根系生物量的低估比例达52%，这主要是由洗根和取样过程中的根系损失造成的。 (2) 草原植物根系生物量取样误差(Coefficient of variation, CV)随取样数目的增加呈对数关系减小(CV=14.37-3.42 ln(Sample size-0.0011), R2=0.75, n=26, P＜0.001)。需要5 个0.5m×0.5m土柱、15 个直径为10cm的土钻或65 个直径为3.8cm的土钻，方可获取95%置信区间下10%相对误差的草原植物根系生物量。在内蒙古典型草原，小钻法不是根系生物量适宜的取样方法，系统取样较随机取样并没有降低根系生物量的取样误差，建议分层随机取样更适合该类型根系生物量的获取。 (3) 本研究中密度竞争对羊草种群的光合产物分配格局没有直接的影响，但其造成微环境的差异会导致羊草种群的光合产物分配格局发生改变，羊草种群光合产物向根系的分配比例随生长进程逐渐增加。 (4) 发展了基于光照、水分和养分影响的普适性植物光合产物分配模型，并在个体、站点和区域水平进行了验证。结果表明，所建光合产物分配模型较Friedlingstein 光合产物分配模型能更好地模拟不同植被类型和不同空间尺度的植物光合产物分配动态