不同基因型冬小麦旗叶的稳定碳同位素比值及其与产量和水分利用效率的关系

以我国北方12个冬小麦(Triticum aestivum)品种(系)和美国德克萨斯州3个冬小麦品种(系)为供试材料, 在甘肃陇东黄土高原旱作和拔节期有限补灌条件下, 比较研究了不同基因型冬小麦之间产量、水分利用效率(WUE)和灌浆期旗叶稳定碳同位素比值(δ¹³C)的差异, 以及δ¹³C值与产量和WUE的关系。旨在通过分析δ¹³C值与产量和WUE的关系, 明确δ¹³C值在评价植物WUE方面的可靠性, 为抗旱节水品种的筛选提供理论依据。结果表明: 不论旱作还是有限补灌, 不同基因型冬小麦之间产量、WUE、旗叶δ¹³C值存在显著差异, 随着灌浆过程的进行, 旗叶δ¹³C值呈缓慢增大的趋势, 而且旗叶δ¹³C值旱作高于有限补灌。不论旱作还是补灌条件, 旗叶δ¹³C值在4个测定时期的平均值与籽粒产量、WUE呈显著正相关关系(R²= 0.527 3-0.691 3)。小麦拔节期补灌100 mm水分后, 不同基因型小麦表现出明显的水分超补偿效应。说明冬小麦灌浆期旗叶δ¹³C值在旱作条件下和在补灌条件下均可较好地评价WUE, 可将冬小麦灌浆期旗叶δ¹³C值作为筛选高效用水品种的参考指标之一。     

三峡库区岸边共存松栎树种水分利用策略比较

对三峡库区木鱼岛上马尾松(Pinus massoniana)、槲栎(Quercus aliena)和栓皮栎(Q. variabilis)组成的针阔混交林成林和幼林的光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、清晨和中午水势(ψ_pd和ψ_md)以及叶片稳定碳同位素(δ¹³C)进行了测定。实验结果表明:针叶树马尾松P_n、G_s均低于阔叶树槲栎和栓皮栎(差异达到极显著水平,p<0.001),但马尾松内在水分利用效率(WUE_i, P_n/G_s)却高于槲栎(p=0.003)和栓皮栎(p=0.025)。反映了裸子植物和被子植物木质部不同的水力特性。针阔叶树幼树的P_n和G_s高于成年树,但WUE_i和δ¹³C却低于成年树。表明水分利用效率与水分在树体内传输的距离有关。幼树属于挥霍型水分利用策略,成年树属保守型水分利用策略。三峡大坝的建设所造成的生态环境的改变可能会对三峡库区针阔混交林的演替产生一定的影响,但这需要长期的研究。     

中国区域478种C3植物叶片碳稳定性同位素组成与水分利用效率

目前, 在中国区域关于植物碳稳定性同位素组成(δ¹³C)已经有了很多的研究, 同时, δ ¹³C作为植物水分利用效率(WUE)的替代指标, 得到了越来越广泛的应用。而这些研究多集中在站点或小的区域尺度, 那么在整个中国区域尺度上, δ¹³C能否作为植物WUE的替代指标值得探讨。该文通过对文献资料的收集整理, 研究了中国区域187个采样点478种C₃植物叶片的δ¹³C, 统计分析结果表明δ¹³C的变化范围为-33.50‰- -22.00‰, 均值为-(27.10 ± 1.70)‰。在乔木、灌木和草本3种不同的生活型间, 叶片δ¹³C的差异达到极显著水平, 其中以草本的δ¹³C最高, 乔木最低, 这与在站点或小的区域尺度上的研究结果不同。对不同系统发育类型的植物而言, 种子植物的δ¹³C极显著地大于蕨类植物; 祼子植物与被子植物间的差异未达到显著水平; 单子叶植物极显著地大于双子叶植物。叶片δ¹³C值随经度的变化没有明显的规律, 但是随纬度的增加, δ ¹³C极显著地升高。随年均温度和年均降雨量的降低, 叶片δ¹³C值极显著升高。年均降雨量与δ¹³C间的这种极显著的负相关关系, 与WUE和降水量间的关系一致, 这表明在大的区域尺度上, δ¹³C可以作为植物WUE的指示指标。     

增强UV-B辐射对暖温带落叶阔叶林土庄绣线菊水分利用效率、气孔导度、叶氮素含量及形态特性的影响

在北京东灵山暖温带森林生态系统中,选择常见灌丛土庄绣线菊(Spiraea pubescens),建立UV-B控制实验。连续3个生长季每天增补9.4 kJ·m^-2的辐射剂量,模拟臭氧衰减17%时近地表面UV-B辐射的增强。该实验的目的是在野外环境下观测,长时间人工增强UV-B辐射对土庄绣线菊叶片的气孔导度、碳同位素比率(δ¹³C)、叶含水量、叶面积、特别是水分利用效率(WUE)和叶片全氮含量等指标的影响。实验结果表明,增强UV-B辐射显著减少了土庄绣线菊的叶面积(50.1%),提高了叶片全氮含量(102%)。同时,UV-B辐射还在一定程度上(尽管统计显示不显著)降低了气孔导度(16.1%)、胞间CO₂浓度与大气CO₂浓度之比(C_i/C_a) (4.0%)、提高了碳同位素比率(δ¹³C)(20.5‰)、叶含水量(3.1%)及比叶重(SLW)(5.2%),从而导致WUE的增加(4.1%)和植物的抗旱能力增强。值得注意的是,深层土壤(30~40 cm)含水量变化会影响气孔导度、δ¹³C和WUE对紫外辐射的响应程度:在土壤干旱的季节(6月和9月),气孔导度、δ¹³C、WUE这些指标处理和对照的差异很小,但是当土壤水分充足时(7月和8月),处理和对照的差异就较为显著。另外,随着实验处理时间的延长,UV-B的效应变得不显著。相关分析表明,UV-B辐射降低了土壤含水量(30~40 cm)与土庄绣线菊叶含水量、δ¹³C、C_i/C_a和气孔导度的相关系数,增强了WUE与土壤含水量的相关性,这也许是由于UV-B辐射增强了WUE对土壤水分变化的敏感性。该研究的结果表明UV-B辐射对土庄绣线菊的形态和生长有显著的影响,但对主要水分生理指标影响不显著。     

晋西黄土区典型乔灌木短期水分利用效率对环境因子的响应

为明确晋西黄土区植物的水分利用规律及对半干旱区的适应策略, 提高黄土地区植被建设效益, 该研究对该地区典型乔灌木短期水分利用效率随环境因子的变化进行了探究。以典型乔木油松(Pinus tabuliformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)及其林下灌木黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)为研究对象, 测定叶片可溶性糖稳定碳同位素比值(δ¹³C_leaf)与枝条渗出液稳定碳同位素比值(δ¹³C_branch), 使用δ¹³C_leaf推导计算7-10月叶片尺度下植物短期水分利用效率(WUE_leaf)变化趋势, 使用δ¹³C_branch明确植物光合作用后分馏情况, 确定半干旱区植物在生长季的水分变化规律对环境因子变化的响应。结果表明: (1) 7-10月4种植物δ¹³C_leaf总体呈现降低趋势, δ¹³C_branch呈现先升高后降低趋势。δ¹³C_leaf在种间和生活型中均存在差异。具体表现为: 灌木>乔木, 常绿乔木(油松) >落叶乔木(刺槐)。研究过程中未发现明显的碳同位素在光合作用后发生分馏的情况。(2) 4种植物WUE_leaf在7-8月保持稳定, 9-10月逐渐升高。21.5 ℃、0.9 kPa、52.4%分别为WUE_leaf随温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)、相对湿度(RH)变化的突变点, 突变点之后4种植物WUE_leaf均表现出稳定的变化趋势, 不再随T_a、VPD、RH升高而降低。(3) WUE_leaf与T_a、RH、VPD之间存在显著负相关关系, T_a通过非气孔因素, 即酶的作用改变光合速率, 引起WUE_leaf变化。RH、VPD等水分因子则通过改变气孔开度, 影响蒸腾, 进而改变WUE_leaf。随着土壤含水量(SWC)的升高, WUE_leaf呈现先升高后降低的趋势。油松林和刺槐林在SWC分别达到15%-18%、13%-14%时, WUE_leaf达到最高值。经过混合线性模型(LMM)分析得到, 油松和刺槐WUE_leaf主导环境因子分别为RH和VPD, 黄刺玫和杠柳WUE_leaf主导环境因子均为T_a。该研究得到了黄土地区典型乔灌木生长季水分利用效率变化的规律和主要环境影响因子, 明确了黄土地区植物对气候因子变化的适应机制。     

贝壳堤岛旱柳光合效率的土壤水分临界效应及其阈值分级

为阐明黄河三角洲贝壳堤岛旱柳(Salix matsudana)叶片光合效率对土壤水分的适应机制, 明确其水分阈值效应, 以二年生旱柳为材料, 采用人工给水与自然耗水相结合获取系列水分梯度的方法, 测定分析贝壳砂生境下旱柳叶片光合效率参数对土壤水分的响应特征及其生产力分级。结果表明: 旱柳叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)及光合光响应参数具有明显的水分临界效应。(1) P_n、T_r、WUE和潜在水分利用效率均随土壤水分的降低先升高后下降, 但各指标水分临界值表现不同步, 其中P_n水分气孔限制转折点和水分补偿点分别出现在相对含水量(W_r)为42.9%和14.4%时; P_n和T_r的水分饱和点为73.1%和68.9%, WUE水分高效点为80.1%; (2)水分胁迫下旱柳叶片具有明显的光抑制现象, 可通过减弱对光的利用来适应水分逆境。随土壤水分的增加, 表观量子效率(AQY)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(P_nmax)表现为先升高后降低, 但光补偿点(LCP)相反。P_n、AQY、LSP、P_nmax和暗呼吸速率(R_d)均表现为渍水胁迫明显高于干旱胁迫。W_r为69.1%时, LCP达到较低值(18.6 µmol∙m ^-2∙s^-1), AQY最高(0.05), 利用弱光能力较强。W_r为80.9%时, LSP达到最高(1775 µmol∙m ^-2∙s^-1), 光照生态幅最宽, 光能利用效率最高, 水分对光强的补偿效应显著; (3)采用临界值分类法确定出贝壳砂生境下旱柳光合效率的5级水分阈值, 73.1%_r<80.1%范围内为高产高效水, 此时旱柳具有较高的光合能力和高效生理用水特性。贝壳砂生境内旱柳表现出一定的耐水湿而不耐干旱的适应特性, 在干旱缺水的贝壳堤岛滩脊地带栽植时需充分考虑其水分环境。     

帽儿山17个种源落叶松针叶的水分利用效率比较

研究环境变化下的树木水分利用效率对探讨森林生态系统碳水耦联关系及其对气候变化的响应和适应对策具有重要意义。落叶松(Larix gmelinii)为我国北方森林的建群种之一。将水热条件不同的17个种源落叶松种植在帽儿山森林生态系统研究站的同质园内30年后, 测定其针叶水分利用效率(WUE)及其相关因子。结果表明: WUE、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、比叶面积(SLA)和叶片氮含量(N_L)均存在显著的种源差异(p < 0.05)。WUE和G_s呈显著指数相关关系, 当G_s < 0.2时WUE随G_s的增大而明显增大, 而当G_s > 0.2时WUE趋于稳定。WUE和SLA及N_L分别呈线性负相关和正相关关系, 且随种源原地的干燥度指数(AI)的增大其相关性明显增强。WUE和种源原地年平均气温、平均年降水量及AI分别呈线性负相关、负相关和正相关关系, 并且相关系数依次增大; T_r则仅和种源原地年平均气温呈线性正相关关系, 而P_n和种源原地AI呈线性正相关关系。不同种源落叶松由于对种源原地环境条件的适应而存在针叶结构和生理特征的显著差异, 并因此引起针叶水分利用效率的差异。     

毛白杨杂种无性系叶片δ13C差异与气体交换参数

在苗木生长的不同时期对13个毛白杨(Populus tomentosa)杂种无性系叶片碳同位素δ¹³C和气体交换参数(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、瞬时水分利用效率WUE_i、气孔导度G_s和胞间CO₂浓度C_i)的差异进行研究, 分析不同无性系间δ¹³C与气体交换参数的相互关系, 目的在于探求δ¹³C在筛选高光合及高水分利用效率毛白杨杂种无性系中的应用价值。结果表明: 不同生长时期和不同无性系间δ¹³C、T_r、WUE_i、G_s和C_i的差异均显著, δ¹³C和WUE_i表现为9月>7月, T_r、G_s和C_i表现为7月>9月, P_n在不同生长时期差异不显著。季节变化是引起毛白杨杂种无性系叶片δ¹³C差异的主要原因。同一时期, 无性系间δ¹³C和WUE_i表现出较好的一致性, 即WUE_i较高的无性系30、42、46、83、BL2和BL5, 其δ¹³C值也较高, WUE_i较低的无性系B331和TG34, 其δ¹³C值也较低, 且不同时期(7月和9月) δ¹³C和WUE_i呈较强的正相关, 相关系数r分别为0.739 0和0.545 8, 高δ¹³C可以作为筛选高WUE_i毛白杨的有效指标, 且在苗木生长旺盛时期选育能得到更为可靠的结果。对毛白杨而言, 高WUE_i的无性系, 一般具有适中或较低的G_s和C_i, 但不一定具有很高的P_n, 气孔调节使得毛白杨在不影响光合作用的同时保持较高的WUE。     

基于年降水、生长季降水和生长季蒸散的高寒草地水分利用效率

水分利用效率是深入理解生态系统碳、水循环间耦合关系的重要指标。以前研究青藏高原的水分利用效率多基于年降水量(AP)来分析, 但植物对水分的利用主要在生长季。该研究采用以AP、生长季降水量(GSP)和生长季蒸散量(ET_gs)分别计算的年降水利用效率(PUE_a)、生长季降水利用效率(PUE_gs)和生长季水分利用效率(WUE_gs), 分析了2000-2010年间青藏高原两种主要植被类型高寒草甸和高寒草原PUE_a、PUE_gs和WUE_gs的差异及其与降水量、蒸散量和气温的关系。结果表明: (1)高寒草甸的PUE_a、PUE_gs均大于高寒草原, 但两种草地类型的WUE_gs无显著差别, 这说明两种草地类型可能存在相似的内在的水分利用效率。(2)从年际动态来看, PUE_a和PUE_gs的波动范围相似, 而WUE_gs的波动范围更大, 说明以蒸散为依据的WUE_gs可能比PUE_a和PUE_gs更敏感, 因而可能更好地反映生态系统的水分利用能力。(3)高寒草甸和高寒草原的PUE_a、PUE_gs和WUE_gs分别与AP、GSP和ET_gs呈单调递减趋势, 表明3种水分利用效率均随降水量或蒸散量的增加而降低。高寒草原的3种水分利用效率中仅WUE_gs随着气温的增加而增加, 而高寒草甸的3种水分利用效率均与气温无显著关系, 这说明相比高寒草甸, 高寒草原的水分利用效率对气温更加敏感。     

山杏叶片光合生理参数对土壤水分和光照强度的阈值效应

以半干旱黄土丘陵区主要灌木树种山杏(Prunus sibirica)为试验材料, 应用CIRAS-2型光合作用仪测定不同土壤质量含水量(W_m)下山杏叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)及水分利用效率(WUE)的光响应过程, 探讨山杏光合特性对土壤水分和光照条件的适应性。结果表明: P_n、T_r及WUE对W_m和光照强度的变化有明显的阈值响应。随着W_m (6.5%-18.6%)的递增, 光补偿点降低, 光饱和点、表观量子效率和最大净光合速率均升高; 在W_m为18.6%时, 山杏利用弱光和强光的能力最强, 光照生态幅最宽。随着W_m (9.2%-18.6%)的递增, P_n、T_r有明显升高的趋势, 水分过高或过低, 两者均呈现下降趋势; 山杏对光照环境的适应性较强, 在光合有效辐射为800-1 200 µmol∙m^-2∙s^-1时, P_n和WUE都具有较高水平, 饱和光强在983-1 365 µmol∙m ^-2∙s^-1之间。以光合生理参数为指标对山杏土壤水分有效性及生产力进行分级与评价, 确定W_m < 9.2%或W_m > 22.3%时为“低产中效水”; W_m在20.5%-22.3%和9.2%-12.9%时, 分别为“中产低效水”和“中产中效水”; W_m在12.9%-20.5%时为“高产高效水”。其中W_m为18.6%时为“最佳产效水”, 对应光强为1 365 µmol∙m^-2∙s^-1。     

油蒿资源利用效率在生长季的相对变化及对环境因子的响应

为了探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)叶水平资源利用效率的相对变化及对环境因子的响应机制, 该研究于2018年5-10月, 使用LI-6400XT便携式光合仪测定了毛乌素沙地油蒿叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(E)、叶表面光合有效辐射(PAR_l)、叶表面温度(T_l)、叶表面相对湿度(RH_l), 在实验室计算叶片单位面积氮含量(N_area), 分析了叶片氮利用效率(NUE)、水分利用效率(WUE)、光利用效率(LUE)与环境因子之间的关系及NUE、WUE、LUE之间的相对变化。研究结果表明, 在充足且稳定光强下油蒿的P_n主要受温度的影响, NUE、WUE与VPD_l、T_l之间具有显著负相关关系, NUE、WUE与LUE间为正相关关系, NUE、WUE和LUE最大值分别发生在5、7和9月, 分别为9.43 μmol CO₂·g^-1·s^-1、3.86 mmol·mol^-1、0.04 mol·mol^-1, 资源利用效率的变化主要受P_n的影响。温度通过影响植物N分配来改变P_n, 进而影响着资源利用效率, WUE与LUE显著正相关, 对构建荒漠区生态系统能量交换过程模型有重要意义。     

生产力调控对翌年苹果园土壤水分和苹果叶片光合特性的影响

以盛果期‘长枝富士’为试验材料, 以生产力调控翌年苹果(Malus pumila)树坐果期为主要观测期, 对不同生产力水平下果园土壤水分状况及苹果叶片光合特性进行了研究。结果表明: 在生产力调控范围内, 土壤剖面各个层次土壤含水量均随着生产力水平的减小而增加, 其中在60 cm处达到最大增量, 为31.02%; 而在600 cm范围内土壤贮水量最大能够提高15.41%。随着生产力水平的降低, “光合午休”现象减弱, 净光合速率(P_n)增加, 最大增幅为25.71%, 下午时段的蒸腾速率(T_r)下降迅速, 水分利用效率(WUE)最大提高34.12%。通过相关分析表明, 土壤贮水量(WSC)与P_n、T_r、WUE之间均达到显著相关, 其相关系数分别为: 0.973^**、-0.543^*和0.992^**。土壤贮水量(x)与水分利用效率(y)之间符合y = 0.002 3x - 1.480 6, R²= 0.984 4^**的回归模型。通过生产力调控可以改善土壤水分状况和果树光合能力, 提高WUE。     

四种灌木幼苗对水分胁迫的生理响应

柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、白皮锦鸡儿(C.leucophloea)、刺叶锦鸡儿(C.acanthophylla)和长枝木蓼(Atraphaxis virgata)是乌鲁木齐周边植被组成中的重要植物种,在植被恢复中具有潜在价值。研究通过人工控制水分比较这4种灌木对干旱胁迫的生理响应,结果表明:叶片的组织含水量和叶绿素含量随着干旱胁迫的加剧而降低;脯氨酸在干旱胁迫下的积累程度较可溶性糖大;除刺叶锦鸡儿外其它植物幼苗的丙二醛在干旱胁迫下均无明显的积累(P>0.05)。4种灌木在干旱胁迫下通过渗透调节、保持膜系统稳定等途径维持正常的生理活动,对干旱具有一定的适应能力。4种灌木抗旱能力的排序为白皮锦鸡儿>柠条锦鸡儿>长枝木蓼>刺叶锦鸡儿。     

祁连山两种优势乔木叶片δ13C的海拔响应及其机理

以分布于祁连山北麓中段的两种优势乔木祁连圆柏(Sabina przewalskii)和青海云杉(Picea crassifolia)为研究对象, 分析了高山乔木叶片δ¹³C值对海拔(2 600-3 600 m)、土壤含水量和叶片含水量、叶片碳氮含量的响应及其机理。结果表明, 这两种乔木叶片δ¹³C值均随海拔升高呈增重趋势, 与海拔呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。海拔2 600-3 600 m阳坡树种祁连圆柏叶片的δ¹³C值显著高于同海拔梯度阴坡树种青海云杉。祁连圆柏和青海云杉叶片的δ¹³C值均与年平均气温呈显著负相关关系(p < 0.000 1), 与年平均降水量呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。祁连圆柏叶片δ¹³C值与土壤含水量(p < 0.000 1)、叶片含水量(p = 0.01)和叶片碳氮比(C/N) (p < 0.000 1)呈显著正相关关系, 与叶片全氮呈显著负相关关系(p < 0.000 1)。而青海云杉叶片δ¹³C值与土壤含水量、叶片全氮、叶片碳氮比和叶片含水量不相关。说明海拔变化引起的水热条件的改变, 尤其是温度变化对高山乔木叶片碳同位素分馏起主要作用, 但各个因子综合对高山植物叶片碳同位素分馏的作用机制可能比较复杂, 需进一步深入研究。     

不同生境间红树科植物水分利用效率的比较研究

通过测定采自4个地区(海南、厦门、北海和西双版纳)的红树科6个属共9种植物,包括竹节树(Carallia brachiata)、锯叶竹节树(C. diphopetala)、山红树(Pellacalyx yunnanensis)、红树(Rhizophora apiculata)、红海榄(R. stylosa)、海莲(Bruguiera sexangula)、木榄(B. gymnorhiza)、秋茄(Kandelia candel)和角果木(Ceriops tagal)的叶片碳同位素比值(δ¹³C),比较了不同地区分布的红树科植物(尤其是内陆生长的和沿海生长的红树科植物之间)、同一地区分布不同种红树科植物间以及不同季节红树科植物δ¹³C值及其所反映的胞间CO₂浓度和水分利用效率的差异。研究结果表明,红树科植物叶片的δ¹³C变化在-32‰~-26‰之间,大部分种类在两个生长季之间(春季和秋季)没有明显的差异,而内陆和沿海分布的红树科植物有着显著不同的δ¹³C值,以海水中生长的红树科植物δ¹³C值较高。此外,在海水中生长的红树科植物以北海地区分布的为最高,而在厦门和海南之间则较少有显著性的差异。从所取得的结果来看,植物δ¹³C值之间的差异可能有遗传学的基础,但环境的影响也起很大的作用。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片氮磷化学计量内稳性

为科学认识科尔沁沙地优势固沙灌木的生态适应性和固沙植被演变规律, 该研究对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘间低地的优势固沙灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)进行野外调查, 研究了这两种固沙灌木的叶片氮(N)、磷(P)化学计量特征、灌丛土壤养分状况以及内稳性特征。结果表明: 1)与盐蒿相比, 灌木小叶锦鸡儿具有较高的叶片N含量及N:P, 而P含量仅为盐蒿的1/2; 2)两种优势固沙灌木灌丛下土壤的全N、全P含量及速效N、速效P含量高于该地区土壤的平均水平, 小叶锦鸡儿灌丛下土壤养分含量显著高于盐蒿灌丛下土壤; 3)盐蒿叶片N、P化学计量内稳性指数(H)表现为H_P > H_N:P > H_N, 说明盐蒿更易受土壤N的限制; 小叶锦鸡儿叶片N、P化学计量内稳性指数表现为H_N:P > H_N > H_P, 意味着小叶锦鸡儿更易受土壤P的限制。在N含量较低的沙化草地, H_N较高的固沙灌木小叶锦鸡儿比盐蒿更具生长优势, 对于该地区生态恢复及保护具有不可替代的作用。然而, 小叶锦鸡儿额外吸收的N, 使其生长过程可能易受P的限制, 因此在沙地恢复过程中应注意土壤P的供应。     

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_gs)和短期水分利用效率(WUE_cp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%～80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_gs则在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ¹³C都在土壤含水量最低(35%～45% FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ¹³C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ¹³C,未产生明显分馏;而叶片WUE_cp也在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).相同条件下,叶片WUE_gs和WUE_cp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^-2·s^-1),WUE_gs时空变异性较大,而WUE_cp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.     

遮荫对黑茶藨子叶片形态结构和光合特性的影响

以黑茶藨子为试验材料,通过人工遮荫的方式,研究了不同遮荫强度（全光照、20%和60%遮荫）和遮荫时间（初期、中期和后期）对黑茶藨子叶片形态解剖结构和光合特性的影响。结果表明：（1）20%、60%遮荫处理的叶片厚度均显著低于全光照处理,上下表皮厚度则高于全光照处理;随着遮荫强度的加大,栅栏组织与海绵组织厚度比值大小均呈减少趋势,随着遮荫时间的延长,呈增加趋势。（2）遮荫初期和中期,20%遮荫处理的叶片净光合速率（P_n）比全光照和60%遮荫处理的值略高,但差异并不显著（P>0.05）,其蒸腾速率（T_r）、水分利用效率（WUE）也略有增加;但是,60%遮荫处理的叶片净光合速率（P_n）显著低于全光照处理（P<0.05）。遮荫后期,60%遮荫处理的叶片净光合速率（P_n）显著高于全光照处理,且水分利用效率（WUE）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）均显著高于全光照和20%遮荫处理。综上所述,遮荫处理导致叶片厚度减少,海绵组织比例增加,有利于减少透射光中的光量子丧失,提高光能利用效率;生长早期和中期作20%轻度遮荫处理,后期作60%中度遮荫处理能提高植株对光和水分的利用效率、维持较高的光合速率、延缓衰老。     

鼎湖山森林演替序列植物-土壤碳氮同位素特征

植物群落对水分利用和养分利用的优化策略, 土壤碳周转和氮循环过程对演替变化如何响应, 森林土壤有机碳积累机制等都是森林生态学需要解决的关键问题。然而, 这些生态学过程的变化在短时间内通过传统的研究手段难以被精确观测, 碳氮同位素(¹³C、¹⁵N)技术的应用或许能提供更多有价值的信息。该文通过对鼎湖山森林演替序列代表性群落——马尾松(Pinus massoniana)针叶林(PF)、针阔叶混交林(MF)和季风常绿阔叶林(BF)植物-土壤碳氮同位素自然丰度的测定, 分析了叶片稳定碳同位素比率(δ¹³C)和稳定氮同位素比率(δ¹⁵N)与其叶片元素含量的关系, 以及叶片-凋落物-土壤δ¹³C、δ¹⁵N在演替水平和垂直方向上的变化特征。结果显示: 1)主要优势树种叶片δ¹³C与其C:N极显著正相关(p < 0.01), 凋落物和各层土壤δ¹³C均表现为PF > MF > BF, 沿演替方向逐渐降低; 2)叶片δ¹⁵N与叶片N含量正相关(p = 0.05), 凋落物和表层土壤(0-10 cm) δ¹⁵N沿演替方向逐渐增大; 3)不同演替阶段土壤δ¹³C、δ¹⁵N均沿垂直剖面呈现增大的趋势。结果表明: 南亚热带地区植物群落的发展并不一定受水分利用和氮素利用的补偿制约; δ¹³C自然丰度法的应用有助于森林土壤有机碳积累机制, 尤其有助于成熟森林土壤“碳汇”机制的阐释; 植物-土壤δ¹⁵N值可作为评估土壤氮素有效性和生态系统“氮饱和”状态的潜在指标。     

武汉市51种园林植物的气体交换特性

对湖北武汉市5个绿地共51种园林植物的气体交换特性的研究表明: 不同绿地间、灌木与乔木间、落叶与常绿植物间的光合能力(A_max)、蒸腾速率(T_r)和光合水分利用效率(PWUE)均有显著差异。绿地间的气体交换特性差异主要表现在物种间, 不同绿地间的小气候或环境差异影响很小。根据51种植物的A_max、T_r和PWUE, 可将它们划分为3大类群。其中大部分植物属于低光合低水分利用型(38种), 其次为高光合高蒸腾型(10种), 低耗水高水分利用型最少, 仅有花榈木(Ormosia henryi)、银木(Cinnamomum septentrionale)和黄心夜合(Michelia bedinieri) 3种。