中国北方植被水分利用效率的时间变化特征及其影响因子

水分利用效率(WUE)既是衡量植被生长适应性的重要指标, 也是连接生态系统水碳循环的纽带。认识不同类型植被WUE的时间变化特征及驱动机制有助于增进对生态系统水碳循环过程的理解。已有研究表明, 在不同时间尺度下, WUE呈现不同的时间变化特征, 但现有研究多是集中在单一的时间尺度下开展的, 对不同植被类型在不同时间尺度下的动态变化及影响因子分析开展得较少。该研究选用中国北方地区9个定位观测台站的通量与气象数据, 分析了WUE的日内变化和季节变化特征, 并在0.5 h、1 d、8 d以及月尺度下, 分别分析了气温(T_a)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)以及光合有效辐射(PAR)等非生物因子对WUE的影响。同时, 该研究也分析了植被叶面积指数(LAI)和降水(P)对WUE的影响。研究发现: (1) WUE的日变化呈现不对称的“U”型特征, 日出时的WUE普遍高于日落时。荒漠地区WUE的季节变化呈“U”型, 而其他站点呈现单峰型。不同站点WUE的季节变化可以分为总初级生产力(GPP)主导型和蒸发散(ET)主导型, 并随着时间尺度的扩大, GPP或ET的主导作用逐渐增强。(2)在较短的时间尺度(0.5 h、1 d)上, T_a、RH、VPD和PAR是影响WUE变化的主要因子, 但随着时间尺度的扩大, T_a和RH成为影响WUE变化的主要因子, 并且与WUE的相关关系受GPP或ET对WUE主导作用的影响, 随着时间尺度增大, T_a和RH与WUE的线性关系更加显著。(3) WUE大体上随LAI的增加而增加, 但当LAI超过一定值时, 在长白山、海北和张掖站, WUE对LAI的敏感性降低。降水与WUE的关系在研究区域内并不显著。(4)不同植被类型的WUE由大到小依次为森林、农田、草地、湿地和荒漠。     

Temporal changes of vegetation water use efficiency and its influencing factors in Northern China

水分利用效率(WUE)既是衡量植被生长适应性的重要指标, 也是连接生态系统水碳循环的纽带。认识不同类型植被WUE的时间变化特征及驱动机制有助于增进对生态系统水碳循环过程的理解。已有研究表明, 在不同时间尺度下, WUE呈现不同的时间变化特征, 但现有研究多是集中在单一的时间尺度下开展的, 对不同植被类型在不同时间尺度下的动态变化及影响因子分析开展得较少。该研究选用中国北方地区9个定位观测台站的通量与气象数据, 分析了WUE的日内变化和季节变化特征, 并在0.5 h、1 d、8 d以及月尺度下, 分别分析了气温(T_a)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)以及光合有效辐射(PAR)等非生物因子对WUE的影响。同时, 该研究也分析了植被叶面积指数(LAI)和降水(P)对WUE的影响。研究发现: (1) WUE的日变化呈现不对称的“U”型特征, 日出时的WUE普遍高于日落时。荒漠地区WUE的季节变化呈“U”型, 而其他站点呈现单峰型。不同站点WUE的季节变化可以分为总初级生产力(GPP)主导型和蒸发散(ET)主导型, 并随着时间尺度的扩大, GPP或ET的主导作用逐渐增强。(2)在较短的时间尺度(0.5 h、1 d)上, T_a、RH、VPD和PAR是影响WUE变化的主要因子, 但随着时间尺度的扩大, T_a和RH成为影响WUE变化的主要因子, 并且与WUE的相关关系受GPP或ET对WUE主导作用的影响, 随着时间尺度增大, T_a和RH与WUE的线性关系更加显著。(3) WUE大体上随LAI的增加而增加, 但当LAI超过一定值时, 在长白山、海北和张掖站, WUE对LAI的敏感性降低。降水与WUE的关系在研究区域内并不显著。(4)不同植被类型的WUE由大到小依次为森林、农田、草地、湿地和荒漠。     

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。     

黑河中游春玉米叶片水δD和δ18O的富集过程和影响因素

植物水的稳定同位素分馏过程是水在土壤-植物-大气连续体中循环的重要环节。以往研究由于叶片水¹⁸O同位素比值(δ¹⁸O _l,b)和氘(D)同位素比值(δD_l,b)(合称δ_l,b)实测数量少只能作为模型验证数据, 导致δ_l,b富集机制研究多集中于模型研究, 缺乏基于野外试验条件的δ_l,b富集的控制机制研究。叶片水δD_l,b和δ¹⁸O _l,b的富集程度(ΔD_l,b和Δ¹⁸O _l,b, 合称Δ_l,b)通常表示为δ_l,b与茎秆水D同位素比值(δD_x)和¹⁸O同位素比值(δ¹⁸O_x) (合称δ_x)之差, 即Δ_l,b = δ_l,b - δ_x。该研究以黑河中游沙漠绿洲春玉米(Zea mays)生态系统为研究对象, 重点采集和分析了季节和日尺度δ_l,b和δ_x数据, 配套开展了大气水汽δ¹⁸O和δD (合称δ_v)等辅助变量的原位连续观测, 探讨了季节和日尺度上的δ_l,b富集特征及其影响因素。结果表明: 叶片水δ_l,b和Δ_l,b的季节变化趋势不明显, 而受蒸腾作用影响表现出白天富集夜间贫化的单峰日变化特征。对于D来说, 无论季节尺度上还是日尺度上, 大气水汽δ_v和相对湿度是δD_l,b和ΔD_l,b的主要环境控制因素; 而对于¹⁸O来说, 无论季节尺度上还是日尺度上, 相对湿度是δ¹⁸O _l,b和Δ¹⁸O _l,b的主要环境控制因素。由于D和¹⁸O在热力学平衡分馏上有约8倍差异, 直接分析叶片水ΔD_l,b和Δ¹⁸O_l,b与影响因素的差异性, 有助于理解叶片水δD和δ¹⁸O富集过程以及对模型发展有一定的指导意义。     

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。     

天津沼泽湿地芦苇叶片的碳稳定同位素比值分布特征及其环境影响因素

天津芦苇(Phragmites australis)沼泽具有重要的生态功能。目前天津地区水体咸化、氮污染和水资源短缺问题严重, 显著影响了芦苇湿地的植物生理生态过程。植物稳定碳同位素组成(碳稳定同位素比值(δ¹³C))能够记录与植物生长过程相关联的环境变化信息, 反映植物对环境变化的生理生态适应特性。该研究调查了天津七里海、北大港和大黄堡湿地芦苇叶片的δ¹³C分布特征, 探讨了影响该地区叶片δ¹³C值变化的主要因素。研究表明: 1)天津芦苇湿地植物叶片δ¹³C的变化范围在-26.3‰ - -23.6 ‰之间, 平均值为-25.8‰; 2)芦苇叶片δ¹³C与底泥相对含水量呈显著负相关关系, 与底泥有效氮和全氮含量呈显著正相关关系, 而与底泥盐度和磷含量没有显著相关关系; 水分条件和底泥氮营养状况是影响叶片的δ¹³C值变化的主要因素; 3)淹水条件下, 芦苇叶片δ¹³C与叶片质量氮含量呈显著正相关关系, 与叶碳氮比呈显著负相关关系, 8月份七里海湿地干涸打破了此相关关系。当前环境压力下, 天津沼泽湿地干涸极大地改变了芦苇的氮、水平衡和植物对水、氮资源的利用策略, 而湿地干涸对该过程的影响要高于盐度和氮负荷增加。     

黑沙蒿光合能量分配组分在生长季的相对变化与调控机制

为了探明典型荒漠灌木优势物种黑沙蒿(俗名油蒿, Artemisia ordosica)光合过程能量中分配对环境波动的相对变化及其长期调节机制, 该研究于2018年4-10月在宁夏盐池毛乌素沙地, 同时使用MONITORING-PAM多通道荧光监测仪和LI-6400XT便携式光合测量仪对黑沙蒿叶片的最小荧光产量(F_o)、最大荧光产量(F_m)、稳态荧光产量(F_s)、光下最大荧光产量(F_m′)、净光合速率(P_n)、暗呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(E)和叶片气孔导度(g_s)进行现场测定, 在实验室内计算比叶面积(SLA)、单位面积氮含量(N_area)、叶绿素含量(C_Chl)和叶绿素a/b (Chl a/b), 分析黑沙蒿光合过程能量分配中固碳耗能占比(Φ_A)、光呼吸耗能占比(Φ_PR)、调节性热耗散耗能占比(Φ_NPQ)和非调节性热耗散耗能占比(Φ_NO)与环境参数和叶性状参数之间的关系以及能量分配各组分之间的相对变化。结果表明, 光化学反应组分(Φ_A、Φ_PR)和热耗散组分(Φ_NPQ、Φ_NO)之间呈负相关竞争关系, 两组分内部呈正相关协同关系, E和Φ_A、Φ_PR正相关, 和Φ_NPQ、Φ_NO负相关。在低土壤含水量(SWC)和高饱和水汽压差(VPD)环境条件下, 黑沙蒿Φ_A、Φ_PR和SLA显著降低, Φ_NPQ和Φ_NO显著增加。研究认为, 在长期干旱或高蒸散条件下, 黑沙蒿通过降低SLA等途径避免水分的过度流失, 同时将部分过剩光能由光呼吸代谢途径转移到热耗散组分进行耗散。波动环境下黑沙蒿形态性状的变异和光合过程能量分配的长期调节机制, 反映了其利用形态与生理的协同可塑性对逆境的适应。     

北京松山落叶阔叶林生态系统水热通量对环境因子的响应

温带森林生态系统水热通量在多时间尺度上受各种生物物理因子的影响。该研究假设这些因子对水热通量的影响机制具有时间尺度分异性, 通过涡度相关法(EC)于2019年全年对北京松山典型天然落叶阔叶林生态系统蒸散发(ET)、显热通量(H)、潜热通量(LE)、土壤热通量(G)、饱和水汽压差(VPD)、空气温度(T_a)、光合有效辐射(PAR)、归一化植被指数(NDVI)及10 cm深度土壤水分(VWC)等要素进行原位连续监测, 使用小波分析的方法分析了日、季节尺度上生物与非生物因子对生态系统能量分配与水汽交换的调控机制。主要研究结果: 2019年松山天然落叶阔叶林生态系统年均波文比(β)为1.53。ET具有明显的季节变化特征, 从第100天开始逐渐增加, 7月达到峰值, 第300天下降到最低水平。ET最大日累计值为5.01 mm·d^-1, 年累计值为476.2 mm, 年降水量为503.3 mm。在日尺度上水热通量与VPD间滞后时间最短, 为3.36 h。在季节尺度上与PAR间滞后时间最短, 为8天。季节尺度上PAR通过VPD来对ET造成间接影响, 而对β造成直接影响。该研究发现不同时间尺度上水热通量与环境因子间的时滞关系, 为选择模型在不同时间尺度下北方温带落叶阔叶林生态系统过程的最佳输入参数提供科学支持。     

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。     

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。     

黄土丘陵半干旱区土壤水资源利用限度

以柠条为对象,采用中子水分仪对黄土丘陵半干旱区人工植被恢复过程中土壤水分与植物生长进行长期定位观测.结果表明:撂荒地播种后,随着时间推移,植物群落保持水能力增强,根系吸收利用水分的土层深度增加、土壤含水量下降.林地土壤出现干层,且干层土壤的深度和厚度逐年增加.植物对土壤水资源的利用限度为干层土壤深度等于最大补给深度时的土壤储水量.在黄土丘陵半干旱区人工柠条林地土壤水资源利用限度是0～290 cm土层的土壤储水量为249.4 mm.当人工林地土壤水资源接近或等于土壤水资源利用限度时,需要采取措施降低土壤水分消耗,或增加土壤水分补给,维持根系吸收利用水资源的相对稳定.     

凹凸棒土添加对土壤蒸发及裂缝特征的影响

水分是限制干旱与半干旱地区植被恢复和农业发展的最重要因素之一,减少土壤水分无效蒸发损失可提高水分利用效率。凹凸棒土(ATP)作为一种黏土矿物,其亲水性和吸附性对限制土壤蒸发具有重要作用。本研究选取黄土高原干旱与半干旱区3种不同质地的典型土壤(黑垆土、黄绵土、风沙土),设置5种ATP添加量(0%、1%、2%、3%、4%),使用微型蒸发器在自然条件下进行土壤蒸发试验,探究ATP添加对不同土壤蒸发过程和蒸发面裂缝特征的影响。结果表明: 当ATP添加量<3%时,在同一种土壤下累积蒸发量与蒸发损失率随ATP添加量的增加而减小;ATP添加量为3%时,黑垆土、风沙土的累积蒸发量和蒸发损失率均减小,黄绵土的累积蒸发量和蒸发损失率增加;ATP添加量为4%时,黑垆土的累积蒸发量减小、蒸发损失率增加,风沙土的累积蒸发量增加、蒸发损失率减小,黄绵土的累积蒸发量和蒸发损失率均减小。不同土壤平均累积蒸发量表现为:黑垆土>黄绵土>风沙土。在同一种土壤的整个蒸发过程中,施加ATP处理的土壤含水量始终高于对照。累积蒸发量与时间平方根关系的模拟结果表明,蒸发结束时ATP处理下土壤样品可以释放的水量高于对照。添加ATP后黑垆土和黄绵土的裂缝面密度显著增加,风沙土裂缝面密度随ATP添加量的增加而增加,3种土壤的裂缝面密度在ATP添加量为4%时均达到最大值。ATP添加量为3%时可以在最大程度上减少土壤水分无效蒸发。     

添加生化抑制剂和腐植酸的稳定性增效尿素在黄土中的施用效果

采用田间盆栽试验,研究生化抑制剂与生物刺激素腐植酸结合制成的高效稳定性增效尿素肥料在黄土中的氮素转化特征、增产效果和氮素肥料表观利用率,以探明其施用效果,为开发适宜黄土施用的新型增效尿素肥料提供理论依据。本研究以不施氮肥(CK)和施尿素氮肥(N)为对照,在尿素中分别添加腐植酸(F)、N-丁基硫代磷酰三胺(NBPT)、3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)和2-氯-6-三甲基吡啶(CP),以及腐植酸与3种生化抑制剂分别组合(NBPT+F、DMPP+F、CP+F)。结果表明: 与N处理相比,F、NBPT+F、DMPP+F和CP+F处理均能显著提高玉米的产量、叶片叶绿素含量、叶面积指数和植株吸氮量,对土壤铵态氮和硝态氮含量也有显著影响。与单独施用生化抑制剂相比,添加腐植酸可提高玉米叶片叶绿素含量。与CP相比,CP+F玉米的植株吸氮量、叶绿素含量、氮肥吸收利用率均显著提高;与NBPT相比,NBPT+F硝化抑制率提高10.7%,但玉米产量、叶面积指数、植株吸氮量和氮肥利用率等均有所降低;与DMPP相比,DMPP+F显著降低了玉米产量、叶面积指数、植株吸氮量、氮肥利用率和硝化抑制率等。综合玉米产量、植株吸氮量、氮肥吸收利用率以及土壤铵态氮、硝态氮含量等指标,在黄土地区施用尿素肥料时,建议添加腐植酸和CP以提升尿素性能,从而提高产量和肥料利用率。     

Effect of land use conversion on soil organic carbon sequestration in the loess hilly area, loess plateau of China

Changes in land use may alter land cover, which results in carbon stock changes in biomass as well as in the soil. In China’s loess plateau, vegetation restoration has been conducted since 1950s to control soil erosion and improve the ecosystem, with significant investment of money and manpower. Despite these efforts, soil erosion has still been severe. To reduce soil erosion and improve land quality, China initiated another state-funded project, Grain-for-Green, in 1999 in the loess plateau. However, it is not clear how effective this newly initiated project will be. In this study, we evaluated the effect of land-use conversion on soil organic carbon (SOC) and the potential effect of the current project on SOC sequestration in the Anjiapo catchment area of the loess hilly area of the loess plateau in China. This evaluation is based on SOC measurements in cropland versus in other converted land use types. We found that SOC sequestration mainly occurred in the surface soil after land use conversion took place. Land use conversion from cropland to shrubland or wild grassland (i.e. undisturbed land) was better for SOC sequestration than tree plantation in the semi-arid loess hilly area. By using the land use change in the study area as a scenario, the potential contribution of land use change on SOC sequestration due to the Grain-for-Green project was estimated. It was found that this project in the loess plateau of China would be helpful for SOC sequestration if successfully implemented.     

黄土丘陵半干旱区引种禾草柳枝稷的生物量与水分利用效率

加强优良引种禾草植物的生态适应性研究对促进我国黄土高原半干旱区草地建设和草业科学发展具有十分重要的意义。比较研究了引种禾草柳枝稷(Panicumvirgatum)在黄土丘陵半干旱区不同立地条件下地上生物量的大小和季节累积差异及其水分利用特征。2001~2002年川地柳枝稷草地地上生物量达13000~16000kg/hm2,山地梯田和坡地为2300~2650kg/hm2。不同立地条件柳枝稷返青后的生物量累积过程呈二次或三次多项式。柳枝稷的绝对生长速率(AGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,川地柳枝稷草地的现存量和总量AGR最大值分别为158.93和169.83kg/(hm2·d),梯田分别为27.31和38.25kg/(hm2·d),坡地为37.0和36.69kg/(hm2·d)。坡地柳枝稷生物量较大值和AGR最大值出现时间最早。不同立地柳枝稷生物量相对生长速率(RGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,均以返青后的20d内最大,平均AGR以川地最大,坡地和梯田相近,但坡地两峰值高于梯田。不同立地柳枝稷草地土壤水分主要利用层次为0~2m,月平均含水量顺序为梯田>坡地>川地。川地柳枝稷叶片和整体生物量水分利用效率均最高,梯田整体生物量水分利用效率大于坡地,但二者叶片水分利用效率相近。川地和山地地表下5cm生育期平均地温均为17.60℃,但4~5月份川地地温高出山地1.2~2.8℃,川地4~10月份平均气温较山地高1.5℃,这些差异影响不同立地条件柳枝稷草地水分利用和生长进程。     

中国西南岩溶区水分利用效率变化及其对气象要素的响应

水分利用效率（WUE,Water use efficiency）是衡量水资源利用率的重要指标,对气候变化有明显响应,中国西南岩溶区生态缺水严重,水资源利用问题亟需解决,但该区域水分利用效率对气象要素的响应仍不明晰。利用MODIS总初级生产力（Gross primary productivity,GPP）和蒸散发（Evapotranspiration,ET）数据集计算中国西南岩溶区的水分利用效率,结合气象数据和归一化植被指数（NDVI,Normalized difference vegetation index）数据,采用Theil-Sen Median趋势分析和Pearson相关分析,揭示了其水分利用效率的时空变化特征及对气象要素的响应。结果表明：2000-2014年中国西南岩溶区年水分利用效率与植被生长期水分利用效率（AGS-WUE）时间序列变化趋势相近,春、秋季水分利用效率呈上升趋势,夏季呈下降趋势;年水分利用效率呈上升趋势,与降水呈负相关,喀斯特地区与气温呈正相关,非喀斯特地区呈负相关,NDVI增长是主要驱动因素;年水分利用效率和AGS-WUE从东南到西北逐渐升高;非喀斯特地区水分利用效率高于大部分喀斯特地区;总体上高海拔地区水分利用效率高于低海拔地区。气温、海拔及喀斯特发育程度综合影响喀斯特地区水分利用效率。本研究结果能为提高喀斯特生态系统水分利用效率提供理论参考。     

水分胁迫下天然次生灌木山桃和山杏光合气体交换特征

以半干旱黄土丘陵区3年生天然次生灌木山桃(Prunus davidiana)和山杏(Prunus sibirica)为试验材料,采用充分供水、正常供水、轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫5种水分处理,比较了水分胁迫对山桃和山杏光合气体交换参数的影响.结果表明:山桃和山杏的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)在不同水分处理之间差异显著.随着水分胁迫的缓解,山桃和山杏的Pn日变化曲线逐渐从单峰型转变成不明显的双峰型;重度水分胁迫下,Pn受到明显抑制,一直维持在较低水平;Pn在轻度或中度水分胁迫下出现最大值,且山桃的日均Pn要高于山杏;Pn降低的原因上午表现为气孔限制因素,而下午则以非气孔限制因素为主.山桃和山杏的Ci日变化规律与Pn基本相反,它们的Tr日变化在轻度和中度水分胁迫下为双峰曲线,并以正常供水条件下日均Tr最大;不同程度水分胁迫下,山桃、山杏的Gs日变化表现出相似的变化规律,且气孔都出现了过早关闭的现象.适度的水分胁迫能够提高山桃、山杏的水分利用效率,同时也降低了Pn和Tr.研究发现,山桃和山杏在水分胁迫下能通过较大幅度降低蒸腾速率来提高其水分利用效率,从而增强其适应干旱环境的能力,它们在黄土丘陵区具有较广阔的发展潜力.     

Growth and water-use efficiency of 10 Triticum aestivum cultivars at different water availability in relation to allocation of biomass

In environments where the amount of water is limiting growth, water-use efficiency (biomass production per unit water use) is an important trait. We studied the relationships of plant growth and water use efficiency with the pattern of biomass allocation, using 10 wheat cultivars, grown at two soil moisture levels in a growth chamber. Allocation pattern and relative growth rate were not correlated, whereas allocation pattern and water use efficiency were. Variation in transpiration per plant resulted from variation in the rate of transpiration per unit leaf area or root weight, rather than from differences in leaf area or root weight per plant. Transpiration per unit leaf area or root weight was lower when the leaf area or root weight per unit plant weight was larger. Also, the efficiency of water use at the plant and leaf levels was higher for plants with a higher leaf area per unit plant weight, and it was not correlated with the plant's growth rate. Differences in water-use efficiency at the leaf level were related to variation in stomatal conductance, rather than in the rate of photosynthesis. A high photosynthetic water-use efficiency was associated with a low efficiency of nitrogen use for photosynthesis.     

半干旱黄土丘陵区沙棘和柠条水分利用与适应性特征比较

对半干旱黄土丘陵区坡地多年人工沙棘(Hippophae rhanvnoides)与柠条(Caragana korshinskii)林的土壤水分状况、生产力月动态以及光合生理和水势日变化特征进行比较．结果表明,沙棘与柠条深层土壤均存在不同程度的旱化现象,沙棘林在季节性土壤水分补偿深度和对深层低土壤水分的利用能力方面要强于柠条林．沙棘林的年度生产力大于柠条林．沙棘能够随着土壤水分条件的改善,而提高水分利用效率;柠条具有高光合特别是高蒸腾的光合生理特征,叶片水分利用效率较沙棘低．沙棘与柠条均兼具有御旱性与耐旱性,但沙棘对干旱的适应方式更积极主动．     

黄土塬区土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响

土壤导水率及大孔隙数量是决定降雨-入渗的重要参数,对模拟土壤水分及溶质运移、建立流域水文模型具有重要意义.为确定黄土区土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响,本文通过Hood入渗仪及土壤水分特征曲线,比较了该区刺槐林地、草地、小麦地、苹果林地土壤导水率、大孔隙度和大孔隙连通性的差异.结果表明: 研究区刺槐林地、草地、小麦地、苹果林地的平均饱和导水率分别为58.60×10^-6、54.90×10^-6、35.30×10^-6、23.40×10^-6 m·s^-1,存在显著性差异.不同土地利用方式下的单位面积有效大孔隙数目、大孔隙度及大孔隙连通性均依次为:刺槐林地≈草地>小麦地>苹果林地.植被恢复通过植物根系穿插、土壤动物活动等形成大孔隙,可显著提高土壤入渗性能.黄土区应坚持林草植被恢复措施.