喀斯特石漠化地区不同退化程度花椒光合日动态及其与环境因子的关系

花椒是中国喀斯特石漠化地区重要的生态经济树种。为分析花椒在石漠化脆弱生境中光合生产能力,以轻度退化(LD)、中度退化(MD)、重度退化(SD)花椒为对象,研究花椒日光合特征变化及其与环境因子的关系,并采用通径分析法分析各环境因子对花椒净光合速率的直接或间接作用。结果表明:不同退化花椒的净光合速率日均值分别为3.53(LD)、2.85(MD)、2.32(SD)μmol·m~(-2)·s~(-1); LD、MD、SD日光合同化量分别为141.21、113.44和94.97 mmol·m~(-2),SD光合同化能力显著低于LD、MD; LD表现出较高水分利用效率和叶片羧化效率,其值均高于MD、SD;各退化花椒气孔限制值日均值没有明显变化; LD净光合速率主要受空气CO2浓度和光合有效辐射的影响,同时空气温度与空气相对湿度之间的相互作用共同制约着净光合速率大小;光合有效辐射、空气相对湿度分别是MD、SD净光合速率的主导因子,而空气温度为其主要限制因子。因此,不同退化花椒光合作用对生理状况和自然环境条件的变化敏感性较强,光合生产力总体偏低。     

贵州山区3种木本植物无机碳利用特性的比较

以生长在喀斯特高原地区玉舍国家森林公园内的成熟银鹊树(Tapiscia sinensis)、白栎(Quercus fabri)和亮叶桦(Betula luminifera)为实验材料,通过对光合作用、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、羧化效率(CE)、呼吸速率(Resp)、碳酸酐酶活性(WA)以及稳定碳同位素组成(δ13 C)等指标的测定,分析3种植物不同的无机碳利用特性,为该区生态环境修复选择合适的建群植物种提供依据。结果显示:(1)银鹊树、白栎和亮叶桦分布都较为广泛,银鹊树生长的最佳土壤pH是4.5~5.5,而白栎更倾向于中性到弱酸性土壤,肥沃的酸性土壤则更有益亮叶桦生长;白栎和亮叶桦都能忍受干旱和贫瘠,但是银鹊树不能忍受干旱和高温。(2)银鹊树叶片的Pn、Tr和Gs显著大于白栎和亮叶桦,亮叶桦和白栎的Pn、Tr和Gs分别是银鹊树的69.5%、48.2%、66.7%和28.6%、21.7%、22.2%;亮叶桦叶绿素含量均为银鹊树和白栎的2倍,但3种植物间的WUE则无显著差异。(3)3个树种叶片净光合速率均随着CO2浓度升高呈持续上升的趋势,但它们之间的CO2补偿点和饱和点明显不同。其中,银鹊树和亮叶桦的CO2补偿点均低于50μmol·mol-1,而白栎的则在250~300μmol·mol-1之间;银鹊树的CO2饱和点在1 200μmol·mol-1左右,亮叶桦则在2 300μmol·mol-1左右,而白栎的CO2饱和点明显高于2 300μmol·mol-1。(4)3个树种的CE、Resp和WA均为银鹊树>亮叶桦>白栎;而δ13 C值则以银鹊树最低,亮叶桦和白栎较高。其中,白栎和亮叶桦的CE、Resp、WA分别为银鹊树的5.1%、25.7%、4.0%和45.3%、54.6%、6.8%,且树种间差异显著;白栎和亮叶桦的δ13 C值显著高于银鹊树。研究表明,银鹊树能够吸收大气中的CO2或者在高活性碳酸酐酶作用下转化利用细胞内的HCO3-,它拥有较高的CO2利用能力及无机碳同化效率,因而能够拥有较高的产能;亮叶桦只能获取大气中的CO2作为无机碳源,但它对CO2的利用能力也较高,其产能仅次于银鹊树;白栎同样只能获取大气中的CO2作为无机碳源,同时它对大气中CO2的捕获、利用能力均低于银鹊树和亮叶桦,因而白栎生长非常缓慢,造成其本身对无机碳的需求也最低,所以其产能最低。     

模拟喀斯特不同土壤生境胁迫对刺槐幼苗光合特性及干物质分配的影响

为探讨刺槐对不同喀斯特环境的适应能力及其在生态系统构建的配置方式,通过室内水培实验,人工模拟干旱、高重碳酸盐、低营养、缺磷4种喀斯特土壤生境胁迫,研究刺槐幼苗的光合特性、碳酸酐酶活力、δ~(13)C值和干物质分配对不同喀斯特生境胁迫的响应及适应策略。结果表明:在干旱环境下,刺槐幼苗短期内(10天)最为敏感且受抑制最强,虽增加根冠比和水分利用效率,长期内(20天)能够维持生存;在高重碳酸盐环境下,因气孔导度降低,其通过骤增碳酸酐酶活力来增加溶液中HCO_3~-利用能力,以此提高茎叶干物质分配,长期保持较好生长力;在低营养环境下,短期内(10天)限制刺槐生长的主要因素为气孔限制,长期内(20天)通过上调碳酸酐酶活力增加对HCO_3~-的利用能力,提高根部干物质分配,但其生长仍受溶液无机元素的浓度限制;在缺磷环境下,刺槐通过上调碳酸酐酶活力来增加HCO_3~-利用能力,提高根部干物质分配,维持较高的生长能力。刺槐幼苗在不同喀斯特环境下表现出不同的适应机制,刺槐对4种模拟的喀斯特土壤环境胁迫适应性综合评价为:重碳酸盐缺磷低营养干旱。     

双向标记培养植物测定大气二氧化碳稳定碳同位素组成

基于植物能够利用体内的碳酸酐酶来催化碳酸氢根离子生成二氧化碳和水作为底物进行光合作用的特性,采用两种δ13CPDB值差值大于10‰的碳酸氢钠分别作为外源碳酸氢根离子的碳同位素标记物,通过室内双向水培诸葛菜和芥菜型油菜实验,分别向水培处理液里添加已知δ13CPDB值的碳酸氢钠并培养24 h,利用同位素比值质谱(IRMS)技术,测定并计算了两个时间、两种环境下的大气二氧化碳稳定碳同位素日平均组成。结果表明:在环境1(不同浓度的Na HCO3处理液)下所得到的δCa值与添加到处理液中的碳酸氢根离子的浓度有关;在环境2(不同浓度的PEG处理液)下所得到的δCa值与添加到处理液中的PEG的浓度无关;两种环境下所测得的大气二氧化碳稳定碳同位素日平均组成δCa值与实验中培养的植物种类无关,而与添加到培养液中碳酸氢根离子的浓度及植物的生长速率有关。数据重现性好,结果准确可靠,可以高精度的测定不同待测环境下大气二氧化碳稳定碳同位素比值,其可为以后监测不同时间、不同地点的大气二氧化碳碳同位素组成及来源提供非常有效的方法和信息。     

贵州喀斯特森林三种植物对不同坡位环境的光合生理响应

该研究以贵州普定喀斯特森林中、下坡位生长的构树( Broussonetia papyrifera)、朴树( Celtis sinensis)和光滑悬钩子( Rubus tsangii)为材料,通过对碳酸酐酶( CA)活性、光合作用日变化、净光合速率对CO2与光的响应曲线、叶绿素荧光特性以及稳定碳同位素组成等指标的测定,进而对比分析三种植物不同的光合生理响应特性。结果表明：构树光合作用过程的无机碳源既可来自大气中的CO2,也可以在气孔部分闭合的情况下利用细胞内的HCO3－,下坡位的构树较高的CA活性使其利用HCO3－的效率会更高,并能在较低光强下具有较高的光能利用效率。这可能与下坡位的构树具有较高的CA活性有关,对下坡位具有更好的适应性。朴树光合无机碳的同化能力最低,且光合无机碳源较单一,主要利用大气CO2,其较慢的生长速率使其对无机碳的需求最低,且能保持较稳定的无机碳同化速率。相对来说,中坡位的朴树具有相对较高的净光合速率和光能利用效率,对中坡位表现出较好的适应性。光滑悬钩子主要利用大气中的CO2进行光合作用。中坡位的光滑悬钩子具有较强的光能利用效率,并表现出较高的净光合速率,光滑悬钩子对中坡位同样表现出较好的适应性。该研究结果为喀斯特生态脆弱区植被重建过程中树种的选择及合理配置提供了科学依据。     

贵州玉舍国家森林公园三种造林植物光合生理特征研究

该研究以贵州省玉舍国家森林公园三种造林植物水榆花楸(Sorbus alnifolia)、近轮叶木姜子(Litsea elongata var.subverticillata)、山杨(Populus davidiana)为对象,测定其光合作用日变化和叶绿素荧光、叶片碳酸酐酶活力以及叶绿素含量和稳定碳同位素组成,并测定了植物生长地土壤理化性质,综合分析了三种植物的喀斯特生态适生能力。结果表明:水榆花楸和山杨的净光合速率明显高于近轮叶木姜子,这与其较高的气孔导度和光化学效率有关;而山杨因具有较高碳酸酐酶活力和叶绿素含量,表现出较高的水分利用效率。水榆花楸和山杨的光合生产能力较高,且受光强和温度限制,可在光照较好的地区大范围种植,作为速生植物来加快经济收入并改造当地脆弱生境的优选植物;近轮叶木姜子作为中药型植物,且在低光强下能够保持最大生长能力,可在光照条件不好的地区优先种植,既增加植被覆盖率又增加经济收入。该研究结果为山地森林资源的保护和开发利用提供了科学依据。     

无机氮供应对甘蓝型油菜组培苗盐耐受能力的影响

该研究以甘蓝型油菜组培苗为材料，使用硝酸钠来提供唯一氮源和盐胁迫条件，测定甘蓝型油菜组培苗的生物量、叶绿素含量和叶片稳定碳同位素值，通过稳定碳同位素值评估甘蓝型油菜组培苗的自养能力，并基于自养能力研究甘蓝型油菜组培苗的无机氮供应与盐耐受能力的关系。结果表明：（1）供应40 mmol·L^-1硝态氮能消除轻度盐胁迫的不利影响，供应80 mmol·L^-1硝态氮能有效缓减中度盐胁迫的不利影响，但在重度盐胁迫条件下，即使供应过量的无机氮，甘蓝型油菜组培苗的生长仍然受到显著的抑制。（2）甘蓝型油菜组培苗的叶绿素含量随盐胁迫程度的增加而逐渐降低。（3）甘蓝型油菜组培苗的自养能力在轻度盐胁迫时达到最大，但盐胁迫程度的加剧会显著降低甘蓝型油菜组培苗的自养能力。由此可知，当植物的无机氮需求得到满足后，自养能力的强弱将决定植物的盐耐受能力，而过量的无机氮供应不能提高重度盐胁迫条件下植物的自养能力。     

草原文化对喀斯特石漠化治理的启示及展望

喀斯特地区石漠化的治理需要文化的支持, 发展喀斯特地区文化急需借鉴草原文化的精髓, 以达到生态与文明的和谐共处。重点阐述了草原文化内涵、先进思想与理念, 草原文化具备包容开放性、尊重自然、严格管理制度等方面的优势, 将畜产品丰富化, 发展特色旅游业, 实现生态和谐与经济发展。发展喀斯特地区草地畜牧业需借鉴草原文化和结合喀斯特自身特点努力营造“土-草-畜-人”四位一体全面和谐发展的局面, 进而为石漠化的治理提供一种新视角, 最终为打赢喀斯特地区脱贫攻坚战提供理念支撑。