不同林龄杉木人工林的水分利用效率与叶片养分浓度

以亚热带不同林龄(3、8、14、21、46年生)杉木人工林为研究对象,探索不同叶龄(当年生、1年生、2年生和3年生)叶片氮、磷养分状况和水分利用效率的差异及其相互关系.结果表明: 不同叶龄水分利用效率差异显著,总体趋势为当年生>1年生>2年生>3年生,而林龄对水分利用效率影响不显著.叶片N/P为11.4～19.6,其中,幼龄林和老龄林叶片N/P高于速生期林分叶片N/P,氮、磷浓度随叶龄的变化趋势一致,为当年生>1年生>2年生>3年生.水分利用效率随林龄变化不显著,可能是因为叶片光合速率和气孔导度同时随林龄下降.水分利用效率与叶片氮浓度相关不显著,而与叶片磷浓度呈显著正相关,与N/P呈显著负相关,表明在氮沉降增加的背景下,亚热带森林中植物磷含量逐渐成为影响水分利用效率的重要因子.     

祁连山青海云杉叶片氮、磷含量随海拔变化特征

于2005年9月在祁连山北坡沿海拔梯度测定了青海云杉(Picea crassifolia)叶片氮、磷含量.结果表明,青海云杉叶氮、磷平均含量分别为9.75和0.97 mg·g-1.在种间水平上,青海云杉叶片氮、磷含量明显低于全球松科其它针叶树种;在种内水平上,随着海拔的增加,青海云杉叶片氮含量表现出降低的趋势,叶片磷含量变化趋势不明显.叶片氮含量与年均气温呈显著正相关关系(r=0.616**),与土壤水分呈显著负相关关系(r=-0.640**),与土壤有机质、全氮均呈显著负相关关系(r=-0.591**,r=-0.564**);叶片磷含量与年均温、土壤水分之间的关系不显著;叶片氮、磷之间的比率为10.2.表明温度和水分对青海云杉叶片氮、磷含量的影响主要是通过影响土壤生物化学过程(如养分有效性、根系对养分的吸收等)来实现的,青海云杉生长更多的受到氮素限制.     

黍气体交换对异质养分环境的反应

 比较了异质养分环境中黍(Panicum miliaceum)叶片气体交换和光合养分利用效率。异质养分环境显著影响黍叶片气体交换;繁殖前期叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率随环境中总养分水平变化的趋势与种子成熟期恰好相反;光合速率、蒸腾速率和气孔导度与叶氮含量成显著相关,而与叶磷含量和叶钾含量无显著相关;光合磷利用效率和光合钾利用效率受异质养分环境的显著影响,而光合氮利用效率对异质养分环境无显著反应。     

羊草绿叶氮、磷浓度和比叶面积沿氮、磷和水分梯度的变化

全球气候变化包括氮沉降增加和降水格局改变, 影响着生态系统的生物地球化学循环, 进而可能会对植物的养分保持特性产生影响。研究不同氮、磷和水分梯度上植物叶片养分特性的响应格局, 对于预测氮沉降增加和降水格局的改变对植物养分策略的潜在影响, 具有一定的理论与实践意义。该研究通过3个盆栽控制实验 (施氮肥实验:0、0.5、1、2、4、8、16、32、64和128g·m-2等10个水平;施磷肥实验:梯度同施氮肥实验;控水实验:3600、 4000、4500、5143、6000、7200、9000、12000、18000和36000ml-pot-1等10个水平), 探讨了羊草 (Leymuschinensis) 绿叶氮、磷浓度和比叶面积 (Specificleafarea, SLA) 对这些环境因子改变的响应。结果表明, 在一定范围内, 施氮肥提高了羊草绿叶比叶面积和绿叶氮浓度, 但对绿叶磷浓度没有明显的影响;施磷肥显著提高了绿叶比叶面积、绿叶氮浓度和绿叶磷浓度;供水量增加提高了羊草绿叶比叶面积, 降低了绿叶氮浓度, 但对绿叶磷浓度无显著影响。这表明, 氮、磷和水分因子的改变影响了植物叶片的养分保持能力, 且不同梯度的影响程度也不同。因此, 全球气候变化可能影响植物养分利用策略, 进而可能对植被-土壤系统养分循环产生影响。     

武夷山不同海拔阔叶树叶片养分含量及再吸收效率

为揭示亚热带山地阔叶树叶片养分利用策略随海拔梯度的变化规律，本研究选取武夷山不同海拔(1400、1600和1800 m)44种阔叶树，研究成熟与衰老叶片养分含量、化学计量比及养分再吸收效率，并分析其异速生长关系。结果表明：成熟叶片氮(N)、磷(P)含量显著高于衰老叶，且均随海拔升高而升高。磷再吸收效率(PRE)与氮再吸收效率(NRE)的平均值分别为48.3%和34.9%,PRE显著高于NRE,养分再吸收效率随海拔变化无显著差异。NRE与成熟叶N含量在低海拔处(1400 m)呈正等速生长，与衰老叶N含量在高海拔处(1800 m)呈负异速生长。PRE与衰老叶片N、P含量在低海拔(1400 m处)呈负等速生长，在高海拔处(1600、1800 m)呈负异速生长。各海拔PRE-NRE异速生长指数为0.95。随着海拔的升高，成熟和衰老叶片养分含量升高，但海拔不影响养分再吸收效率，且植物偏好从衰老叶中再吸收P,高海拔养分再吸收效率会影响衰老叶片的养分状况。     

沙地生境和平茬年限对沙柳叶功能特征的影响

研究了毛乌素沙地南缘水滨边丘间地和干旱丘顶两种生境下沙柳平茬后不同年限(1、2、3～4和5～6年)对沙柳叶片光合气体交换、水分利用效率、结构特性及氮、磷养分含量等叶功能特征的影响.结果表明:水滨边丘间地沙柳叶片的净光合速率、气孔导度、瞬时和长期水分利用效率均高于丘顶,但N、P养分含量低于丘顶;两种生境下沙柳的叶结构性状无显著差异.干旱生境下沙柳主要通过增加养分含量、降低光合和水分利用来生存.随平茬年限增加,叶片净光合速率和气孔导度显著下降,氮含量和瞬时水分利用效率亦呈下降趋势,且二者之间呈显著正相关;平茬后1年的叶面积最高,比叶质量和叶干物质含量最低,此后比叶质量增加,叶面积和干物质含量不变;叶结构性状与光合及养分特性之间无显著相关性.叶光合活性和氮含量的下降是沙柳随平茬年限增加而衰败的重要原因.     

滨海沙地人工林树种水分利用效率和叶片养分浓度比较及其关系分析

以福建省福州市滨海后沿沙地人工营造的湿地松、木麻黄、尾巨桉、肯氏相思和纹荚相思人工林为研究对象,运用稳定碳同位素法测定植物水分利用效率,探索叶片氮、磷养分状况与水分利用效率之间的差异及相互关系。结果表明:(1)湿地松和肯氏相思的叶片δ13 C均与尾巨桉差异显著(P0.05),但湿地松、木麻黄、肯氏相思、纹荚相思之间的叶片δ13 C均无显著差异;肯氏相思、纹荚相思的叶片δ15 N均显著高于湿地松、木麻黄和尾巨桉。(2)不同树种水分利用效率大小依次为:湿地松肯氏相思木麻黄纹荚相思尾巨桉,且湿地松叶片的WUE显著高于尾巨桉36.87%,而与其他树种的水分利用效率均无显著差异。(3)各树种叶片氮浓度大小依次为:肯氏相思纹荚相思尾巨桉木麻黄湿地松,但仅肯氏相思和纹荚相思与湿地松之间差异达到显著水平;各树种叶片磷浓度大小依次为:尾巨桉肯氏相思纹荚相思湿地松木麻黄,其中尾巨桉与湿地松、木麻黄、纹荚相思之间差异显著;木麻黄和纹荚相思人工林叶片的N/P显著高于尾巨桉人工林,其余树种之间的叶片N/P均无显著差异。(4)叶片δ13 C与叶片N浓度呈显著二次曲线相关关系,叶片δ15 N与叶片N浓度呈极显著线性正相关关系(P0.01)。研究发现,滨海沙地不同树种人工林间水分利用效率、叶片氮浓度、磷浓度、N/P均存在显著差异,水分利用效率与叶片氮浓度、磷浓度均呈显著负相关关系,氮、磷含量是影响滨海沙地沿海防护林树种水分利用效率的重要因子。     

呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化

植物化学计量学特征在大尺度上主要受纬度和经度两个因素影响。纬度梯度上温度因子变化对植物化学计量特征的影响已有大量研究,但是关于经度梯度上降雨因子变化对植物化学计量特征影响的研究却较少。选取呼伦贝尔草原,研究经度梯度上植物化学计量特征和土壤养分指标的变化规律,从经度梯度和养分供给两方面分析植物群落化学计量特征的变化规律,研究结果如下:1)植物群落叶片C含量变化范围为440.76—452.72 mg/g,N含量变化范围为17.79—30.88 mg/g,P含量变化范围为1.31—1.71 mg/g;群落叶片C含量、C/N随经度升高显著增加;群落叶片N含量随经度升高显著下降;植物群落P含量也呈下降趋势,但是关系不显著;植物群落C、N和P元素总量随着经度升高而显著增加。2)0—10 cm土壤全碳、全氮、全磷、有机碳受降雨量变化和植物群落元素总量影响,随着经度梯度升高而增加;但土壤铵态氮、硝态氮在经度梯度上没有表现出规律性的变化趋势。3)土壤全碳、有机碳、全氮、全磷和速效磷与植物群落叶片C、N和P含量没有显著相关关系,但与植物群落C、N和P元素总量呈显著正相关关系。该区土壤有效磷含量(8.13 mg/kg)高于全球平均值(7.65 mg/kg),但植物群落叶片磷含量平均值(1.5 mg/g)低于全球平均值(1.77 mg/g)。通过研究结果推测:植物通过对气候条件的长期适应,群落水平C、N和P含量沿经度梯度形成一定的分布格局;降雨量影响植物群落元素积累的总量,从而与土壤养分含量呈显著正相关关系;植物叶片P含量低的原因并非是由于土壤中磷的供给不足所致,而是植物对环境长期适应形成的策略。     

不同林龄刺槐叶片养分重吸收特征及其对土壤养分有效性的响应

为揭示丘陵沟壑区刺槐的养分重吸收特征及其驱动因素,研究该区不同林龄刺槐叶片全氮和全磷的浓度,以及土壤有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮和速效磷浓度及其化学计量,分析了叶片氮磷重吸收效率与土壤养分特性之间的关系。结果表明: 植物和土壤的养分随林龄增长发生显著变化,而土壤总磷和速效磷浓度较低。氮重吸收效率随林分生长先增加后降低,范围为48.2%～54.0%,平均为48.5%;磷重吸收效率则显著增加,范围为45.2%～49.4%,平均为46.9%。氮重吸收效率与土壤氮素和氮磷比呈负向响应,而磷重吸收效率与氮磷比呈显著正相关,与土壤速效磷呈负相关。表明土壤养分有效性的变化负向驱动养分重吸收效率。由于该生境中刺槐林的固氮效应及磷限制,叶片养分重吸收策略对土壤氮磷比响应强烈。     

氮磷添加对金露梅叶片化学计量及光合特征的影响

通过三种养分添加处理,氮添加(5、10和15 g??m-2)、磷添加(梯度同氮添加)、氮磷同时添加[(5 g N＋5 g P)??m-2、(10 g N＋10 g P)??m-2、(15 g N＋15 g P)??m-2],对照(无养分添加),探讨养分添加对金露梅叶片性状氮含量(Nmas )、磷含量(Pmas )、氮磷比(N∶P)、比叶重(LMA)、净光合速率(Pn )和光合氮利用效率(PNUE)的影响,以及各性状之间的相互关系.结果表明：在处理水平上,除N或P显著提高金露梅叶片的N∶P外,氮、磷添加对叶片其它性状无显著影响;不同氮、磷处理下添加水平对金露梅叶片的Nmas、N∶P、Pn和PNUE均有显著影响,随着养分水平提高,各性状的变化模式各不相同,叶片Pmas无明显变化,而叶片LMA虽有降低的趋势但不显著.回归分析表明,叶片Pmas与Nmas之间呈显著正相关(R2＝0．347,P＜0．001),叶片Nmas 与N∶P之间也呈显著正相关(R2＝0．018,P＜0．05),而叶片Pmas与N∶P呈显著负相关(R2＝0．505,P＜0．001);叶片LMA与Pn之间显著负相关(R2＝0．02,P＜0．05),而与PNUE之间显著正相关(R2＝0．077,P＜0．001).这表明在一定范围内,环境变化可以改变金露梅叶片的养分保持能力、光合能力以及养分利用效率.     

Divergent patterns of foliar δ13C and δ15N in Quercus aquifolioides with an altitudinal transect on the Tibetan Plateau: an integrated study based on multiple key leaf functional traits

Aims With a close association with plant water availability, foliar δ 13 C had been investigated extensively in alpine regions; however, foliar δ 15 N has rarely been concurrently used as an indicator of plant nitrogen availability. Due to the positive correlations between leaf nitrogen content and foliar δ 13 C and δ 15 N found in previous studies, we expected that they should show consistent patterns along an altitudinal gradient.Methods To test our hypothesis, we measured foliar δ 13 C and δ 15 N in conjunction with multiple key leaf functional traits of Quercus aquifolioides, a dominant species of alpine forest on the eastern slopes of the Sygera Mountains, southeastern Tibetan Plateau from 2500 to 3800 m.Important findings (i) Contrary to our hypothesis, foliar δ 13 C exhibited a significant positive linear relationship with altitude; in contrast, foliar δ 15 N initially increased and subsequently decreased with altitude, the change in trend occurring around 3300 m. (ii) Our analyses indicated that leaf internal resistance and stomatal conductance, rather than photosynthetic capacity indicated by leaf N concentration, apparently explained the altitudinal variation in foliar δ 13 C, while differences in foliar δ 15 N were likely the result of soil N availability. (iii) Principal component analysis revealed a clear association between δ 13 C and a tradeoff between water loss and carbon gain, indicated by traits related to gas exchange such as leaf thickness, density, stomatal properties. In contrast, the second axis was associated with δ 15 N and nitrogen acquisition strategy in Q. aquifolioides across its altitudinal distribution, represented by traits related to nitrogen concentration and stomata per gram of leaf nitrogen.     

Effects of altitudinal gradient on Salix atopantha foliar delta13C

In 2010, measurements were conducted on the foliar delta13C, photosynthesis, CO2 diffusive conductivity, nitrogen content, photosynthetic nitrogen use efficiency (PNUE), and special leaf area (SLA) of Salix atopantha at different altitudes (2350 m, 2700 m, 3150 m, and 3530 m) in Wolong Natural Reserve. With the increase of altitude, the foliar nitrogen content (especially the nitrogen content per unit leaf area, N(area)) and the PNUE increased, and the foliar delta13C had a significant increase, with an increment of 1.4 per thousand per 1000 m altitude. The stomatal and mesophyll CO2 diffusion conductance also increased with increasing altitude, which had definite negative effect on the increase of foliar delta13C, but the effect was not strong enough. Comparing with CO2 diffusion conductance, carboxylation capacity was a more important factor limiting the P(c)/P(a), and even, the foliar delta13C. At altitude 2350-2700 m, air temperature was the main factor affecting the allocation of nitrogen in S. atopantha photosynthetic system, whereas at altitude 2700-3530 m, light could be the main affecting factor. No significant difference was observed in the SLA at different altitudes.     

甘南高寒草甸植物元素含量与土壤因子对坡向梯度的响应

通过测定甘南高寒草甸不同坡向条件下25科86种植物叶片氮(N)、磷(P)、钾(K)含量、有机碳(C)含量、叶片含水量和相对叶绿素(SPAD)值,以及不同坡向的土壤含水量、有机碳、全氮、全磷含量等土壤指标,分析了不同坡向植物叶片元素含量与土壤环境因子之间的关系。研究结果表明,在南坡-北坡梯度上,随着土壤含水量的增加,植物叶片P含量、叶K含量和叶片含水量显著增加,而相对叶绿素显著降低。土壤养分含量与植物叶片P、叶K含量和叶含水量显著正相关,与叶片相对叶绿素显著负相关。说明不同坡向条件下叶片养分含量受土壤因子的影响显著,土壤的水分及养分状况对植物叶片元素含量的贡献不同。土壤含水量是坡向梯度上影响植物叶片特征的最主要因子。坡向梯度上土壤含水量对植物叶片各种元素含量的影响和植物叶片含水量对不同土壤因子的响应模式支持了生长在南坡的植物能以提高水分和养分利用效率而适应南坡较为干旱和贫瘠的生境。     

海拔梯度对巴郎山奇花柳叶片δ13C的影响

2010年在四川卧龙自然保护区选择海拔为2350、2700、3150和3530 m的4个分布地点,研究了巴郎山海拔梯度对奇花柳叶片¹³C、光合、CO₂扩散导度、氮含量、光合氮利用效率(PNUE)和比叶面积(SLA)的影响.结果表明： 随着海拔的升高,目标树种叶片氮含量(尤其是单位面积氮含量)及PNUE增加,叶片¹³C值也随之显著增加,且海拔每升高1000 m,¹³C增加1.4‰;CO₂扩散导度(气孔导度和叶肉细胞导度)的增加,在一定程度上阻碍了叶片¹³C值随海拔升高,但不足以改变¹³C值随海拔升高的趋势;羧化能力是羧化位点与外界CO₂分压比(P_c/P_a),甚至¹³C的限制因子.在海拔2350～2700 m,奇花柳光合系统内部氮素分配主要受温度的影响,而2700～3530 m的光照作用可能更大.奇花柳的SLA随海拔无显著变化.     

海拔对高山栎光合气体交换和叶性状的影响

理解影响植物分布的式样及过程是生态学研究的中心内容之一,但对许多物种而言,限制其分布的原因还不清楚。为了认识高山栎分布与生理生态特性的关系,我们在不同海拔的4个观测点研究了帽斗栎的光合气体交换、叶氮含量、叶绿素含量和比叶重。由于高的水气压亏缺和气温,帽斗栎的光合作用和蒸腾作用在午间表现出明显的降低现象。帽斗栎的饱和光合速率、水分利用效率、最大羧化速率、最大电子传递速率和氮利用效率在海拔中部比低海拔或高海拔处的为高。不同海拔的叶氮含量在5月份有差异,8月份则没有明显不同。叶片厚度随海拔增加,但叶绿素含量及光合最适温度随海拔升高而降低。帽斗栎光合作用的海拔变化与叶片的生化效率和氮含量有关,而与比叶重无关。研究结果说明,温度的海拔变化对高山栎的光合作用和叶性状有明显影响,最适宜帽斗栎光合碳获取及生长的海拔范围是3180～3610m。     

海拔对高山栎光合气体交换和叶性状的影响

理解影响植物分布的式样及过程是生态学研究的中心内容之一,但对许多物种而言,限制其分布的原因还不清楚。为了认识高山栎分布与生理生态特性的关系,我们在不同海拔的4个观测点研究了帽斗栎的光合气体交换、叶氮含量、叶绿素含量和比叶重。由于高的水气压亏缺和气温,帽斗栎的光合作用和蒸腾作用在午间表现出明显的降低现象。帽斗栎的饱和光合速率、水分利用效率、最大羧化速率、最大电子传递速率和氮利用效率在海拔中部比低海拔或高海拔处的为高。不同海拔的叶氮含量在5月份有差异,8月份则没有明显不同。叶片厚度随海拔增加,但叶绿素含量及光合最适温度随海拔升高而降低。帽斗栎光合作用的海拔变化与叶片的生化效率和氮含量有关,而与比叶重无关。研究结果说明,温度的海拔变化对高山栎的光合作用和叶性状有明显影响,最适宜帽斗栎光合碳获取及生长的海拔范围是3180~3610m。     

中国东部南北样带森林优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率

通过测定中国东部南北样带主要森林生态系统中10种优势植物(兴安落叶松、蒙古栎、水曲柳、紫椴、色木槭、红松、杉木、木荷、马尾松、锥栗)叶片的碳氮含量(Cmass、Nmass)、同位素丰度(δ13C、δ15N)以及光合响应曲线,分析了不同优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率之间的差异及其相互关系.结果表明： 不同生活型植物叶片的Nmass和δ15N差异显著,表现为阔叶植物>针叶植物,落叶植物>常绿植物;最大光合速率(Pn max)表现为针叶植物>阔叶植物,落叶植物>常绿植物;植物叶片的瞬时水分利用效率(WUEi)和长期水分利用效率(WUE)均表现为阔叶植物>针叶植物,常绿植物>落叶植物;植物叶片的瞬时氮素利用效率(NUEi)和长期氮素利用效率(NUE)则表现出相反的规律,且常绿植物和落叶植物叶片的NUE差异显著;WUEi和WUE之间相关性不显著,而NUEi和NUE之间呈显著正相关.植物叶片的水分利用效率与氮素利用效率显著负相关.两种资源利用效率均受植物生活型的影响,并且存在一定的制约关系.     

Carbon and nitrogen economy of four Triticum aestivum cultivars differing in relative growth rate and water use efficiency

We investigated physiological and morphological traits underlying variation in relative growth rate (KGR) among wheat cultivars. Subsequently, we determined whether higher RGR is correlated with higher water demand and lower plant water use efficiency (WUE_p). Further, the correlation between water use efficiency and leaf nitrogen concentration was examined. For this purpose we chose lour cultivars contrasting in RGR or WUE_p. Gas exchange of shoots and respiration of roots were measured on intact plants over a 24 h period, and total carbon and nitrogen concentrations of all plant parts were determined. The highest RGR was achieved by the cultivars with the highest leaf area ratio. WUE_p was strongly dependent on photosynthetic water use efficiency and was highest for the cultivars with the highest rate of photosynthesis, which achieved higher rates of photosynthesis per unit leaf nitrogen. We found no evidence for a functional or genetic link between the physiological traits underlying differences in RGR (specific leaf area and leaf area ratio) and those causing variation in water use efficiency (photosynthetic rate and transpiration rate). These results indicate that, in wheat, it may be possible to select simultaneously for traits associated with a high WUE_p and a high RGR.     

水分和养分添加对羊草功能性状和地上生物量的影响

研究水分和养分添加对植物功能性状的影响, 对于揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文采用盆栽试验的方法, 进行不同水平水分处理(增水50%, 减水50%, 以498 mm降水量作为对照)和养分添加(无养分添加, 单施氮肥, 单施磷肥, 氮磷共施), 研究羊草(Leymus chinensis)的10种功能性状和地上生物量对水分和养分添加的响应。得出以下结论: (1)双因素方差分析结果表明, 水分主效应对羊草株高、分蘖数、茎生物量、叶生物量、叶面积、叶质量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 养分主效应对羊草分蘖数、茎生物量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 水分和养分的交互作用对羊草分蘖数、茎生物量、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响。(2)各功能性状对降水量的响应在不同养分添加水平是不同的, 分蘖数和叶面积在单施氮肥和氮磷共施条件下随降水量增加而增加, 而在无养分添加和单施磷肥条件下无显著变化; 茎生物量在无养分添加、单施氮肥和单施磷肥条件下随降水量增加而增加, 而在氮磷共施条件下无增加趋势; 比叶面积在单施氮肥条件下增水处理显著低于对照组, 而在其他养分添加条件下无明显变化。(3)短期氮磷处理显著影响羊草叶片光合生理性状, 而对叶形态性状影响不显著。(4)羊草地上生物量随降水量的增加呈现上升趋势, 并且在单施氮肥条件下, 增水处理使地上生物量达到最高, 为522.55 g·m ^-2。总之, 羊草的功能性状对降水量增加表现出明显的响应, 响应格局在不同养分条件下不同, 反映了其对水肥环境变化的适应。