覆盖对西北旱地春小麦旗叶光合特性和水分利用的调控

2015—2016年在西北黄土高原半干旱区进行大田定位试验,以‘陇春35号’为试验材料,设全膜覆土穴播(PMS)、全砂覆盖穴播(SM)和露地穴播(CK)3个处理,分析旗叶光合特性、春小麦耗水特性和产量构成因子之间的关系.结果表明: PMS和SM 在0～300 cm土层的土壤贮水量在灌浆前分别较CK提高47.8和31.6 mm,灌浆期均较CK降低15.6 mm.PMS和SM提高春小麦挑旗-抽穗期和扬花-灌浆期的土壤耗水.PMS和SM的叶面积指数分别较CK提高59.0%～73.7%和40.1%～52.7%,叶片SPAD值分别较CK提高3.5%～28.4%和2.9%～23.9%.PMS的光合速率和气孔导度在春小麦挑旗、抽穗、扬花期分别较CK提高23.5%、33.0%、17.7%和32.6%、76.4%、66.9%,灌浆期分别较CK降低26.2%和16.4%;PMS和SM的气孔限制值在抽穗、扬花、灌浆期分别较CK降低14.6%、23.9%、22.3%和25.7%、29.8%、17.4%.叶片瞬时水分利用效率PMS在挑旗期较CK提高57.8%,扬花期降低11.2%.PMS的表观量子效率在抽穗、扬花期分别较SM和CK增加22.6%、18.7%和26.8%、14.3%.PMS和SM春小麦的株高和产量构成因子均显著高于CK,且在干旱年份增幅较大;PMS的产量较CK和SM分别提高36.2%和8.7%,水分利用效率分别提高9.4%和3.4%.因此,PMS和SM提高了小麦灌浆前土壤贮水,加剧了挑旗到抽穗和扬花到灌浆期的耗水,提高了小麦叶片SPAD值和叶面积指数,增强了小麦灌浆前旗叶光合功能,促进 “库”的建成和同化物的转运,实现增产和水分高效利用.PMS在丰水年份的增产潜力和干旱年份的适应能力比SM更强.     

氮添加和水分胁迫对红松、水曲柳幼苗生物量分配的影响

氮沉降和暖干化是我国东北地区面临的主要生态问题,它将对森林生态系统产生怎样的影响一直是生态学研究的热点.本研究以东北温带阔叶红松林中2个关键树种——红松和水曲柳为研究对象,探讨水分胁迫和氮(N)添加对其幼苗短期(55周)生长的影响.结果表明: 红松与水曲柳幼苗生长对N添加和水分胁迫的响应有明显差异.红松对水分胁迫更加敏感,在处理早期(10周)水分胁迫降低了红松幼苗叶生物量,提高了根生物量;N添加只在水分胁迫发生时显著减少了红松根和植株总生物量.水曲柳对N添加的反应更加敏感,氮添加迅速增加了水曲柳茎、根和总生物量;而只有持续的水分胁迫才对水曲柳的茎、根和总生物量有显著影响.红松和水曲柳在持续水分胁迫和N添加处理下,叶、根生物量占比和地上、地下生物量之比都趋于维持一个稳定值,说明两个树种都有很强的自我调节能力.以上结果说明,在未来干旱条件下,红松采取的是“积极”的调整策略,而水曲柳则是“被动”的适应策略,因而相比较而言,红松存活和适应能力可能更强;而在N沉降增加的环境下,水曲柳受益会更大.这些结果可为预测未来东北温带森林群落演替动态提供参考.     

2000-2017年新疆天山植被水分利用效率时空特征及其与气候因子关系分析

水分利用效率(WUE)是衡量生态系统碳水循环耦合程度的重要指标, 估算新疆天山及南北主要绿洲的植被WUE并分析其时空变化规律, 探索其影响因素, 对该区域生态系统保护、农业水资源的合理利用与开发等方面具有重要的意义。基于MODIS遥感数据、气象数据和土地利用类型数据, 分析新疆天山近18年植被WUE时空变化特征以及与气候因子的关系。结果表明: (1) 2000-2017年新疆天山植被WUE变化范围为0.84-1.34 g·mm ^-1·m ^-2, 多年均值为1.11 g·mm ^-1·m ^-2, 整体呈减少趋势, 变化率为-0.014 1 g·mm ^-1·m ^-2·a ^-1; 空间分布具有较强的垂直地带性规律, 1 000 m以上的区域随着海拔的升高而减少。(2)植被WUE年内变化呈单峰型变化格局, 具有明显的季节性差异, 表现为: 夏季>春季>秋季>冬季。(3)相关分析和统计结果表明, 新疆天山植被WUE时空变化受到气温影响的区域占33.23%, 受降水影响的区域占8.57%, 受气温和降水综合强影响的区域占5.63%, 气温和降水综合弱影响的区域占13.13%; 因此气候因素中气温在新疆天山植被WUE的变化中起到主导作用。(4)水田与旱地水分利用效率随着时间变化呈持续减少趋势, 并且这些区域基本上受到非气候因子的影响, 说明当地人类活动存在不合理性。     

开花对两种杓兰光合作用和同化产物分配的影响

对同一生境下黄花杓兰（Cypripedium flavum）和西藏杓兰（Cypripedium tibeticum）开花株与非开花株的气体交换、光系统Ⅱ实际光化学效率（φPSⅡ）和^14C分配进行了测定,目的在于了解开花对杓兰光合作用以及同化产物分配的影响。结果表明这两种杓兰开花均能通过提高电子传递速率来提升植株的光合作用。相对于黄花杓兰,西藏杓兰开花显著提高植株的呼吸速率,以致其最大净光合速率（Amax）的提升不显著。两种杓兰的花和地下部分（包括根状茎和芽）在同化产物分配上存在竞争关系,因而开花减少了同化产物向植株地下部分的分配。     

植物-土壤系统中水分再分配作用研究进展

在过去100多年里,植物与土壤之间水分关系的研究多侧重于植物本身的水分利用方式、水分利用效率及其植物根系对水分的吸收等.然而进入20世纪80年代后期,植物生理生态学研究人员开始将注意力转移到植物根系对土壤水分的调节作用,即水分再分配（hydraulic redistribution）作用,具体地讲是在水势差的驱动下水分由根系向土壤中释出的一种双向和被动的水分运转过程,其中既包含水分由深层土壤向表层土壤的释出,也包括由表层土壤向深层土壤的流动,同时还涵盖了水分在水平方向上的侧向运输过程.伴随着研究手段的不断提高和对生态系统水平衡问题的关注,水分再分配逐渐成为近代植物生态学和水文学的交叉学科生态水文学（ecohydrology）的核心研究内容之一.目前该领域的研究已经阐明水分再分配作用在不同程度上对植物个体蒸腾、碳同化速率有很大贡献,有利于提高根系生活力和土壤养分;另外,在不断扩展的生态系统生态学研究中,也加强了对制约水分再分配作用发生的外部因子的认识.回顾和分析了水分再分配的研究历史、生态学意义、影响因素、测定方法等,特别提出阐述浅根系植物对水分再分配作用的依赖性与依赖程度,从植物进化学角度解释水分再分配作用发生的生理学基础和意义及水分再分配作用对土壤微生物活性的影响等方面将是未来研究的几个重点方向.     

保护性耕作条件下旱地农田麦-豆双序列轮作体系的水分动态及产量效应

保护性耕作(conservationtillage)能够减少水土流失、提高耕地产量,是一类具有生态保护意义的持续性农业耕作形式。2002年至2004年在定西旱地农业地区进行了保护性耕作条件下旱地农田春小麦豌豆双序列轮作土壤水分动态及产量效应的试验研究,结果表明:保护性耕作能够显著改善0～200cm土层土壤贮水量及含水量,随着降水量的增多土壤对降水的保蓄能力增强。在降水较少年份免耕秸秆覆盖的这种作用表现突出,而在降水充沛的年份免耕地膜覆盖则更具优势。耕层土壤水分因受降水等因素的影响而变化剧烈,耕层以下土壤水分变幅相对较小。播种期、五叶期及收获期土壤具有较高含水量,而开花期土壤含水量则较低。在两种轮作体系中,播种期春小麦和豌豆免耕秸秆覆盖处理0～50cm土层含水量分别较常规耕作增加28%、26%和11%、23%,降水生产效率较常规耕作提高了17.79%～26.81%。在春小麦豌豆轮作体系中免耕秸秆覆盖处理的作物产量(春小麦 豌豆)及水分利用效率分别为3420kghm2和8.11kg(hm2·mm),较常规耕作分别提高26.81%和25.39%。     

水分胁迫对玉米苗期生理和形态特性的影响

水分胁迫下3个玉米品种苗期形态和生理特征变化的研究结果表明,在中度水分胁迫下,鲁单981、赤单202和郑单958三个品种在株高、茎粗、叶片数和叶面积等形态指标方面变化不大,与正常供水下生长的玉米几个参数基本一致,而重度水分胁迫下,鲁单981的株高、茎粗和总叶面积均小于赤单202和郑单958.测定结果还表明鲁单981的光合速率和蒸腾速率受水分胁迫的影响最大,而郑单958和赤单202受到的影响相对较小;水分胁迫在一定程度上能够提高玉米的水分利用效率,增幅与品种关系较大,抗旱型品种增幅明显,耗水型品种增幅相对较少.     

8种阔叶树种叶片气体交换特征和叶绿素荧光特性比较

在自然条件下,测定了8种阔叶树种叶片的气体交换参数和叶绿素荧光参数并对其进行比较.结果表明,8种阔叶树种紫玉兰、广玉兰、玉兰、美人梅、铁杆梅、腊梅、红碧桃和紫薇的叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（gs）、瞬时水分利用效率（WUE）和潜在水分利用效率（WUEi）的种间差异达极显著水平（p〈0.01）,指示了不同树种间的光合能力及水分利用能力差别较大.8种阔叶树种叶片的初始荧光（Fo）、可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）和PSⅡ电子传递量子效率（ФPSⅡ）的种间差异极为显著（p〈0.01）,PSⅡ最大光能转换效率（Fv/Fm）、可变荧光与初始荧光之比（Fv/Fo）和非光化学猝灭系数（NPQ）的种间差异也达显著水平（p〈0.05）,说明各树种叶片的PSⅡ原初光能转换效率和潜在活性、PSⅡ电子传递量子效率以及PSⅡ的潜在热耗散能力差别较大,而实际光下最大荧光（F′m）和PSⅡ光能捕获效率（F′v/F′m）的种间差异不显著.3种木兰科植物的Pn、Tr、WUE和WUEi平均值均高于3种蔷薇科植物,说明木兰科植物的光合能力较强,对吸收的光能和水分的利用较高.蔷薇科植物的Fv/Fm、Fv/Fo、ФPSⅡ、F′v/F′m和光化学猝灭系数（qp）平均值均高于木兰科植物,而木兰科植物NPQ较高,表明其PSⅡ的潜在热耗散能力较强,可有效地避免过剩光能对光合机构的损伤.研究还表明3种木兰科植物和3种蔷薇科植物之间的叶绿素荧光参数差异不大,说明同一科属植物叶片的光合能力较为相近.相关分析表明,8种阔叶树种叶片的Pn与Tr、Tr与gs、Fv/Fm与Fv/Fo、ФPSⅡ与F′v/F′m、qp与NPQ均呈极显著正相关（p〈0.01）,Pn与gs呈显著正相关（p〈0.05）,而Tr、gs与WUE、WUEi,Pn与ФPSⅡ,ФPSⅡ与NPQ,F′v/F′m 与 qp、NPQ均呈极显著负相关（p〈0.01）.     

温室茄子茎直径微变化与作物水分状况的关系

在温室条件下,采用盆栽土培和小区试验相结合的方法,以茄子(Solanummelongena,品种新乡糙青茄)为材料进行了植株茎直径微变化(膨胀或收缩)与作物体内水分状况的关系试验研究,旨在为利用茎直径微变化无损快速诊断作物水分状况提供理论依据。盆栽和小区试验均采用两因素(土壤水分梯度和作物不同生育阶段)随机区组设计,土壤水分控制下限分别取田间持水量的80%FC(Fieldwatercapacity),70%FC,60%FC和50%FC;生育阶段分别为苗期、花果期和采收期;共有4×3=12个处理组合,重复3次。结果表明:无论是在较高土壤含水量或在较低土壤含水量条件下,在晴好的天气里,茄子茎直径都是在白天收缩,傍晚、夜间复原或膨胀,而且这种微变化动态与植株体内的水分状况密切相关,不同土壤含水量条件下植株茎胀缩的幅度存在明显差异。高水分条件下,植株茎收缩幅度小,复原能力强;低水分条件下,植株茎收缩幅度大,恢复能力差。茎直径变化对环境因子水汽压差(VPD)的响应比较敏感,二者呈正相关关系,相关系数R2为0·8938。茎直径变化量(ΔSd)与叶水势(ψL)、叶片相对含水量(LRWC)呈极显著正相关关系,相关系数R2分别为0·867和0·965。这些结果显示,茎直径变化量能灵敏、实时、准确地反映植株体内的水分状况;与其它作物水分诊断方法(叶水势法,叶片相对含水量法,细胞液浓度法等)相比,茎直径微变化法可能具有简便、稳定、无损、连续监测和自动记录的优势。     

岩溶石漠化治理优良先锋植物种类光合、蒸腾及水分利用效率的初步研究

针对西南岩溶石漠化地区干旱缺水的特点,采用Li-6400对其先锋树种任豆、金银花、狗骨木的光合、蒸腾及水分利用效率等特征进行分析,以揭示先锋树种利用水分生理生态学特征,从而提出植被恢复的对策。光响应模拟结果表明金银花和狗骨木符合Walker的非直线双曲线模型。蒸腾临界值狗骨木(幼树期)最小,金银花次之,任豆树较大,说明阳性树种任豆具有较大的蒸腾拉力,能够从土壤提取更多的水分,以减少岩溶石漠化地区强光引起的高温灼伤。任豆树、金银花、狗骨木具有同地带干性或沙漠优势植物的光合速率特征。任豆树有较耐受强光的能力,这与其在石漠化地区总是能够成为优势层片优势种的地位相符。三种植物光有效辐射与叶片蒸腾的呈极显著的线性关系;任豆树的蒸腾作用受气孔调节明显;狗骨木有较高的水分利用效率。上午9点左右和下午5∶00~6∶00是这些石漠化地区植物水分利用最高时间段。可以说这三种植物具有适应石漠化地区干旱和高温的生理生态学适应特征和避旱避高温策略,并保持旺盛的生物生产力。从植物固定碳水化合物效率并提高水分利用效率而言,三种植物套种,任豆树能够对藤灌植物适当遮荫,对加速狗骨木生长,提高金银花的产量将具有较好的效益。