新疆古尔班通古特沙漠南缘多枝柽柳光合作用及水分利用的生态适应性

光合作用和水分利用是陆地生态系统中限制植物光合同化和个体生长发育的重要因素。为了从根本上认识到荒漠绿洲过渡带植物对特殊生境和气候变化的响应和适应机制,有必要深入的了解植被对不同环境因子适应过程的协调性。本文以新疆古尔班通古特沙漠南缘荒漠绿洲过渡带的建群种多枝柽柳（Tamarix ramosissima）为研究对象,分别在自然状态,模拟降水、遮光处理以及降水和遮光双因子处理下,利用LI-6400光合作用系统和Model 3500植物水分压力室分别测定光合作用和枝条水势,研究多枝柽柳枝条水势对浅层土壤水分和光照变化的响应,以及在不同条件下的水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）的日进程。结果表明：这四种处理方式下,枝条水势随土壤水分的变化没有明显的差异,趋势表现为黎明前枝条水势最高（-1.2 MPa）,正午枝条水势最低（-3.2 MPa）,太阳落山后枝条水势逐渐升高的趋势;WUE和LUE日变化呈现出近似双峰型抛物线,WUE日变化曲线在11:00和16:00有两个不明显的波峰,LUE日变化曲线在10:00和16:00出现两个明显波峰。当光照发生变化时,遮光处理下的WUE和LUE日变化都较自然状态下的日变化低,分别降低了1.5 ?mol CO2?mmol-1 H2O的WUE和0.20*10-2 ?mol CO2??mol-1APAR的LUE。研究表明,作为深根系植物的多枝柽柳,生存主要依靠地下水来补给水分,所以浅层土壤水分条件变化没有明显引起光合和蒸腾的响应。而午间光强、高温是构成多枝柽柳光抑制现象的主要原因,这是多枝柽柳长期在荒漠绿洲过渡带形成的对抗环境胁迫的一种表现。     

光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响

全球气候变化和人类活动的加剧,正导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的地下水位发生显著改变。大气污染导致该地区太阳辐射减少。以盐生荒漠建群种多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,选择地下水位在2.9?4.5m波动的典型原始生境,观测了生长期内光合有效辐射和地下水位变化时的光合作用、蒸腾作用和叶水势等生理活动的季节变化,调查了根系分布特征;并利用涡度相关系统测定了生态系统碳水通量,估算群落碳同化能力、蒸腾耗水量与叶面积指数的季节变化,旨在揭示光合有效辐射和地下水位等环境因素对柽柳属(Tamarix)荒漠灌木群落光合作用的影响。研究结果表明:降水造成的潜土层水分状况变化对多枝柽柳的碳平衡没有显著影响。深根系与气孔调节是多枝柽柳碳平衡适应荒漠环境水分状况的两个关键机制。特殊的气孔行为体现了多枝柽柳以高水分消耗为代价将其碳获取最大化的适应对策;多枝柽柳生理与群落尺度的水分平衡和碳获取均依赖于深根系获取的稳定地下水源,缓和的地下水位波动将不会扰动其现有的碳/水平衡,地下水位剧烈下降将危及多枝柽柳的生存。此外,光合有效辐射是另一个主要影响因素,与群落碳获取呈显著正相关关系。群落碳同化能力的季节变化是光合有效辐射和地下水位共同影响下光合作用物候学特征的体现。过度开采地下水和直接破坏原生植被的行为,将会严重地干扰多枝柽柳群落的生存,进而破坏该区域现有的生态水文过程。     

四种荒漠植物的光合响应

研究了胡杨（Populus euphratica Oliv）、疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia B.Keller et Shap)、多枝柽柳（Tamarix ramosissima Lbd)和头状沙拐枣（Calligonum caput-medusae Schrenk)等四种塔克拉玛干荒漠植物的光合响应曲线,结果表明：（1）四种植物中,疏叶骆驼刺光呼吸（Rp)和CO2补偿点（Г）最高,净光合速率（An）以及水分利用效率（WUE）最低;而C4植物头状沙拐枣无论Rp还是Г都最低,它的An、光补偿点（LCP）及光饱和点（LSP）都显著高于其它3种植物（P≤0．05）,而且因为非常低的蒸腾速率（E）,沙拐枣的WUE也较高。（2）4种植物都为喜光植物,但仍然表现出一定的差异。根据它们光曲线中LCP以及暗呼吸速率（Rd),4种喜光植物的喜光顺序为：头状沙拐枣,疏叶骆驼枣刺,多枝柽柳,胡杨。（3）柽柳光合响应曲线与日变化中的An,gs等值差异较大,可能是该植物的温度生态位较其它三种植物范围较窄,设置的25℃不在其最适温度范围内,或者是在这个温度下气孔对光强变化的不敏感。（4）综合前人的结果表明,在特定的环境条件,发育阶段以及经过一定的诱导处理,胡杨可以因诱导而表现出一些C4植物特征。     

刺槐树冠光合作用的空间异质性

林木冠层是森林与外界环境相互作用最直接的部分,冠层光合作用是研究森林生产力的基础。为了深入了解冠层内部光合作用的差异性,以陕西省永寿县马莲滩流域阳坡和阴坡立地的刺槐林为研究对象,对比分析了光合速率(An)、蒸腾速率(E)、水分利用效率(WUE)、气孔导度(gs)、羧化效率(Vc)、水汽压亏缺(VPD)、气孔限制值(ls)、光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)在树冠不同层次、不同方位,以及不同坡向之间的差异性。结果表明,刺槐树冠不同层次的光合作用差异性显著,大部分光合生理生态指标表现为:上中下。对于阳坡刺槐,VPD、Ta、gs、E是影响不同层次An的主要因子;对于阴坡刺槐,VPD、E、PAR是影响不同层次An的主要因子。光合作用在刺槐树冠的不同方位没有显著差异,大多数光合指标变化很小,E、ls、PAR、Ta是影响不同方位An的主要因子。对于刺槐冠层内部的任何层次或方位,阴坡刺槐具有更高的日均An、E、Vc、VPD、ls,而阳坡刺槐具有更高的日均WUE、gs、PAR、Ta。阳坡刺槐树冠中层西方和阴坡中层东方的日总光合速率值,可以分别代表阳坡和阴坡刺槐整个冠层的日总光合速率。研究认为,在冠层水平模拟和估计森林生产力时,必须考虑冠层光合作用的空间异质性,对于从单木到林分的尺度推演和模型拟合具有重要的意义。     

盐碱胁迫下枸杞和柽柳的水力学特性和碳代谢

盐碱胁迫是全球范围内重要的非生物胁迫形式之一，但目前对植物水力学特性和碳代谢应对盐碱胁迫响应的研究还不多。本研究以耐盐碱植物枸杞（Lycium chinense Miller）和柽柳（Tamarix chinensis Lour.）为对象，测定不同盐碱程度下两种植物的枝条水势和导水损失率（PLC）、叶片光合作用和气孔导度、不同部位的非结构性碳（NSC）浓度以及植株生长情况。结果显示，重度盐碱胁迫显著降低了两种植物凌晨和正午水势、光合速率和枝条PLC，重度胁迫下柽柳的光合速率、气孔导度和枝条PLC下降程度均大于枸杞，重度盐碱胁迫下枸杞不同部位的NSC浓度均显著降低，但柽柳的地上部分NSC浓度显著增加，根部NSC浓度显著减低。两种植物有不同的应对盐碱胁迫策略，枸杞有较强的气孔调节能力，对水力结构的维持有利，但会限制碳摄取，柽柳气孔调节能力弱，水力结构易受影响，但对碳平衡维持有利。     

羊草叶片气孔导度特征及数值模拟

对松嫩平原草地羊草叶片气孔导特征及与环境因子关系的研究结果表明,羊草叶片气孔导度日变化与环境因子密切相关,晴天表现为双峰曲线,阴天为单峰曲线,同时叶片气孔导度（gs)对瞬时光合有效辐射（PAR）,叶片与空气间的水汽压亏损（VPD）,空气温度（Ta）反应十分明显,依据野外实测资料,在对国际上两类代表性气孔导度模型验证比较的基础上,建立了适用于羊草草原的羊草叶片气孔导度对环境因子的响应模型gs=PAR(2.01Ta^2 147.74Ta-2321.11)/(444.62 PAR)(-538.04 VPD).     

沙漠-绿洲过渡带四种多年生植物水分关系特征

沙漠一绿洲过渡带地区植被的可持续性在防止绿洲沙漠化的过程中非常重要。对过渡带主要植物种骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Lebed．)、胡杨(Populus euphratica Oliv．)和头状沙拐枣(Calligonum caputmedusae Schrenk．)水分关系的研究表明：4种植物的水分恢复状况良好,清晨水势一直较高,水分亏缺并不严重。渗透势和正午水势的降低幅度不大,变化比较平稳,更像是一种生长过程中的结果．植物的水分胁迫状况并不明显。4种植物的水势和渗透势都高于典型的荒漠植物,属于中生植物的范围。水分参数的变化显示在同样的环境节律下,四种植物在水分生理的变化特征上有一致性。一直很高的RWCp值表明植物不能适应剧烈的水分损失和较低的水分含量,植物需要稳定充足的水分供应来适应塔克拉玛干极端气候条件下的生长环境。植物对环境胁迫也有各自不同的生理适应特点,胡杨的△Ⅱ值大,能忍受较多的水分损失维持气孔的开放;骆驼刺的ψp值最高,水分亏缺的平衡与恢复效果明显;C4植物头状沙拐枣能维持较高的水势和渗透势,而盐土植物多枝柽柳能忍受水势的很大降低。夏季一次性灌溉对骆驼刺、多枝柽柳和胡杨水分状况的改善基本没有影响,对头状沙拐枣有一定的帮助。植物群落和地下水关系密切,过渡带地区地下水位稳定在植物可接触的范围内是保证植物长期存活的关键。4种植物对干旱胁迫的适应为躲避型。     

策勒绿洲多枝柽柳灌溉前后水分生理指标变化的初步研究

在位于塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲对引洪灌溉后枝柽柳清晨叶水势、水势日变化和蒸腾速率的变化特点进行了研究。结果表明,灌溉后柽柳的清晨水势值（－0．93MPa）比灌溉前的清晨水势值（－1．04Ma）有所增加,但幅度不大,因此,灌溉对柽柳清晨水势的恢复有一定的作用,灌溉后柽柳水势的日变化均值（－2．29MPa）比灌溉前的水势日变化均值（－1．69Ma）有较大降低,灌溉后柽柳蒸腾速率的日变化值（0．505mmol.m^-2s^-1）比灌溉前的蒸腾速率日变化值（0．18mmol.m^-2s^-1）有较大增加,从灌溉前后样地土壤含水量的树柳的根系分布情况看,这是柽柳利用地下水的结果。柽柳通过深根系和地下水相接,地表灌溉对柽柳水分状况改变的作用不明显。     

绿洲前沿地区多枝柽柳水分关系的特征及灌溉的影响

 对塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲前沿地区多枝柽柳（Tamarix ramosissima）进行了研究,生长季节和灌溉前后水分关系的特征表明：多枝柽柳在生长季节保持了较高较稳定的清晨水势,植物能够平衡白天水分损失造成的水分亏缺,水分恢复状况良好。环境气候变化对渗透势等水分参数的影响不及植物水分恢复状况对它们的影响。除了个别数据,多枝柽柳水势和渗透势的降低幅度很小,更像是生长过程的结果,植物水分胁迫的特征并不明显。对比水分生理上对干旱胁迫的适应——渗透势的迅速降低和质外体水含量的增加,膨压消失点相对含水量(RWCp)和渗透势差值(ΔΠ)等参数显示的生理特征表明,植物更加依靠稳定充足的水分供应来适应生长环境中极端的高水压差和与此相应的高大气蒸发要求。与此适应,植物和地下水发生了联系,并且一次性灌溉对植物水分状况的恢复基本没有帮助,保持地下水位稳定在根系的可吸收范围内成为保护绿洲前沿多枝柽柳长期存在的关键。多枝柽柳的水分特征属于中生植物的范畴,对极端环境的适应属于躲避的类型。     

塔里木河上游胡杨与灰杨光合水分生理特性

在自然条件下对塔里木河上游优势树种-胡杨、灰杨的光合水分生理特性进行比较研究.结果表明,整个生长季胡杨、灰杨的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr,除8月份)日进程均为单峰曲线,水分利用效率(WUE)变化无明显规律性.胡杨与灰杨12:00后Pn的下降主要取决于非气孔因素限制.胡杨Pn、WUE高于灰杨,而Tr低于灰杨,表明胡杨属高光合、低蒸腾、高WUE型树种,灰杨属低光合、高蒸腾、低WUE型树种.胡杨、灰杨枝水势(Ψw)、清晨与正午水势日进程均呈"V"字型曲线,胡杨水势日变幅、正午水势月变幅均小于灰杨,但两树种水势间无显著差异.胡杨与灰杨具有较强的水分吸收和减少水分丧失的能力,但胡杨调节气孔导度(Gs)控制蒸腾失水的能力较强,对干旱环境表现出更强的生态适应性,从而导致两树种产生了种群地理分化.     

我国几种典型棉纺织产品的工业水足迹评价

产品水足迹评价能够揭示人类活动在产品全生命周期中的水资源综合影响,可以为提高水资源利用与管理水平和引导绿色消费提供重要的科学依据和技术手段,是当前水资源评价与管理领域的热点研究方向。纺织品是日常生活最主要的消费品之一,其工业生产过程需要利用大量的水资源,同时排放出的工业废水还会对周围水环境造成严重影响。为了揭示纺织品生产过程的水资源综合影响,运用工业水足迹的概念与原理,探讨和明确了纺织品工业水足迹评价的系统边界与内容,建立了相应的核算方法,并选择了花灰布、漂白布、染色布、色织布等四种典型棉纺织产品进行了工业水足迹评价。结果显示,漂白布的工业水足迹较小为36.51L/lb,花灰布次之为37.84L/lb,染色布的平均工业水足迹为61.52L/lb,色织布水足迹最大,平均值为81.51L/lb。比较同种类型、不同颜色纺织品的工业水足迹,由大到小依次为深色中色浅色,即颜色越深对水资源的影响程度最大。从水足迹构成来看,棉纺织产品的工业水足迹主要来自于直接工业水足迹,间接工业水足迹占比较小;在直接工业水足迹的构成中,蓝水足迹的贡献较大。     

水资源的忧虑

水是生态系统中生命必需元素得以无限循环的介质。没有水生态系统,生命就不能维持。在当今世界面临的人口、资源、环境三大问题中,水属于人类赖以生存和社会经济发展的重要物质资源,又和其它两个问题有着密切的关系。因此,水资源的开发、利用和管理已成为世界各国普遍重视的一个重要课题。     

广东省水资源特点和合理开发利用研究

本文论述广东水资源量,时空分布和季节变化特点,并分析广东用水存在问题,不合理开发利用水资源和浪费水;水库蓄水和调节能力未能满足用水要求;水质污染日渐严重。使水资源渐感紧缺。按目前用水趋势,要达到供需水平衡,必须成立统一管理水资源的流域机构;按不同的经济发展阶段,改变其主要洪水职能;节约用水;增加水库的供水和调节能力;改变调峰发电方式：提高重复用水率;保护水质;做好水土保持工作。最后提出,制定地方经济发展总体规划时,其用水量必须与可能供水量相适应。     

北京市水足迹及农业用水结构变化特征

运用水足迹的理论和方法计算评价了1990—2005年北京市水足迹及水资源利用的可持续性,在此基础上进一步分析了北京市农业用水结构的变化特征。结果表明:(1)北京市水足迹从1990年的81.5亿m3上升至2005年的168.6亿m3,人均水足迹由750.1m3上升为1096.0m3;(2)北京市水资源匮乏度不断升高,1995年以来水资源自给率呈下降趋势,与之相对应的水资源依赖度越来越高;(3)农业部门用水量在本地用水量中的比例平均每年为55.1%,虚拟水净输入量在虚拟水净输入总量中的比例平均每年达到89.1%;(4)高耗水型作物产品生产用水比例升高加大了农业用水压力,动物产品生产用水量呈增加趋势,2001—2005年动物产品生产引入的虚拟水占到其虚拟水总量的81.3%。北京市水资源利用呈不可持续状态,通过农业系统内部结构的优化调整,实现农业部门水资源的高效利用是缓解北京市水资源紧缺问题的关键。     

Competition for water for the food system

Although the global agricultural system will need to provide more food for a growing and wealthier population in decades to come, increasing demands for water and potential impacts of climate change pose threats to food systems. We review the primary threats to agricultural water availability, and model the potential effects of increases in municipal and industrial (M&I) water demands, environmental flow requirements (EFRs) and changing water supplies given climate change. Our models show that, together, these factors cause an 18 per cent reduction in the availability of worldwide water for agriculture by 2050. Meeting EFRs, which can necessitate more than 50 per cent of the mean annual run-off in a basin depending on its hydrograph, presents the single biggest threat to agricultural water availability. Next are increases in M&I demands, which are projected to increase upwards of 200 per cent by 2050 in developing countries with rapidly increasing populations and incomes. Climate change will affect the spatial and temporal distribution of run-off, and thus affect availability from the supply side. The combined effect of these factors can be dramatic in particular hotspots, which include northern Africa, India, China, parts of Europe, the western US and eastern Australia, among others.     

On the osmotically unresponsive water compartment in cells

Differences in colligative properties (freezing point, boiling point, vapor pressure and osmotic behavior) between water in living cells and pure bulk water were investigated by re-evaluating reports of the osmotic behavior of mammalian cells. In five different animal cells, osmotically unresponsive water (OUW) values ranged from 1.1 to 2.2 g per g dry mass. Detailed analysis of human red blood cell (RBC) data indicates a major role for hemoglobin OUW-values, aggregation and packing in cell volume regulation that can be explained for the first time in relevant molecular terms.     

Aquaporins and biological rhythm

Aquaporins are membrane-intrinsic proteins that facilitate membrane transport of water and small solutes or even gases. Aquaporin genes are found in almost all living organisms. In plants the proteins account for water uptake and transport as well as CO₂ availability for photosynthesis. These processes are subjected to diurnal or circadian regimes. Expression and even function of aquaporins also follows day - night rhythms. Significance of aquaporin function in chronobiology has been provided by recent publications, which are summarised here. Examples of the significance of aquaporins in processes related to chronobiology are given for root water transport and leaf movement in several plant species.     

Diurnal Pattern of Transpiration,Water Uptake and Water Budget of Succulents with Different CO2 Fixation Pathways

The water fluxes and the CO₂ exchange of three leaf succulents, Othonna opima, Cotyledon orbiculata and Senecio medley-woodii, with different leaf anatomy, growth form and CO₂ fixation pathways (C₃, CAM) were monitored with a gas exchange cuvette which was combined with a potometric system to quantify water uptake. Measurements, which are primarily valid for plants with a sufficient water supply, were made during 6 to 10 consecutive days under constant experimental conditions. Water uptake for 24 h exceeded water loss by transpiration only for a S, medley-woodii plant with 10 expanding but only 7 mature leaves. In this case the gained water evidently is put into leaf expansion. All other plants showed balanced transpiration and water uptake rates. O. opima and C. orbiculata have a similar life form, similar water storage volumes and the same natural habitat but their diurnal water uptake patterns differ significantly. In the C₃ plant O. opima water uptake increased when the transpiration increased or transpiration rates were higher than uptake rates and vice versa. On the contrary the CAM plant C. orbiculata transpired during the dark period at constant or decreasing rates but showed steadily increasing uptake rates. Senecio medley-woodii- and C. orbiculata are CAM plants with similar diurnal water uptake patterns with its maximum in uptake during or towards the end of the CO₂ dark fixation period. Water uptake of C. orbiculata was at its minimum at the end of the light period despite transpiration being maximal. The results were discussed considering the different CO₂ fixation pathways. In the investigated CAM succulents, C. orbiculata and S. medley-woodii, the CAM influenced water uptake throughout the whole day and not only during the CO₂ dark fixation period.     

工业水足迹评价与应用

大规模的工业生产不但消耗了大量的水资源,同时产生了大量的工业废水,这是造成和加剧全球或区域水资源危机和水环境问题最重要的原因之一。对工业生产过程的水资源综合影响进行科学有效评估是目前资源环境管理领域研究的重要问题之一,是采取有效措施、提升工业生产的水资源利用效率和管理水平的重要前提和基础。以发展和完善工业生产过程的水资源综合影响的评价系统和方法体系为目标,基于水足迹理论,提出了工业水足迹的概念,即用以测量由某一产品、工业企业、行业或区域的工业生产过程引发的水资源利用增量的一个多维指标。以此概念为理论基础,进而首先分析了工业水足迹的内涵,包括直接工业水足迹与间接工业水足迹两部分。另外,区别于全生命周期的水足迹,工业水足迹评价是针对工业生产过程中由于工业原料、辅料、能源和水的输入,以及废水、废物与产品的输出产生的水足迹,其系统边界不包括分销零售、消费使用与废物处理等环节。其次,在确定的系统边界内构建了工业水足迹的核算框架和基础方法体系,即从生产、公共及运输3个方面收集数据、处理并核算。最后,从产品、企业、行业和区域4个层面对工业水足迹的应用及其意义进行了展望。     

基于投入产出表的中国水足迹走势分析

水足迹是近年来国内外研究水资源压力的常用方法.基于投入产出表的水足迹分析方法,分析了我国1997-2007年的水足迹状况,改进了耗水系数的计算方法,研究了基于稀释理论的灰水足迹计算方法,计算了外部水足迹及额外水足迹负重以及相应系数,分析了我国水足迹消费的商品(服务)结构.结果表明,1997-2007年我国年均水足迹总量为2.83万亿m3,总体呈现下降趋势,其中蓝水足迹为2183亿m3,灰水足迹为2.62万亿m3(以Ⅲ类水标准核算).在水足迹总量中,间接水足迹占据比例达到90％,可见水资源压力的产生主要基于商品或服务的消费.我国水足迹基本上依靠自给,同时我国承担其他国家的水资源压力的比例很大,但是整体上呈现下降趋势.从水足迹消费商品(服务)结构上看,与饮食相关的商品或服务占较大比例.