两种药用植物生长和水分利用效率对干旱胁迫的响应

以田间持水量的30%、50%和75%为3个水分处理梯度,研究了决明子和菘蓝2种药用植物在不同水分处理和生长阶段的生长特性,并对稳定碳同位素分辨率(Δ¹³C)和水分利用效率(WUE)特征及二者之间的关系进行了分析．结果表明：与田间持水量的50%和30%相比,决明子和菘蓝在田间持水量75%的条件下具有较高的生长指标,说明这2种植物在充足或适当的水分条件下具有较高的生产力.随干旱胁迫程度的增加,决明子和菘蓝地上生物量和总生物量的Δ¹³C均逐渐减小,而地上生物量和总生物量的WUE均逐渐增加.决明子和菘蓝在不同水分处理之间各指标差异较小,说明这2种药用植物对干旱胁迫反应不敏感．菘蓝WUE与地上生物量和总生物量均呈显著负相关,决明子WUE与根冠比呈显著正相关.     

杉木水分利用效率对混交和气象因子的响应

我国现存的杉木人工林普遍是树种组成单一、林分密度不合理、生产力低下的低效人工林,在改善低效人工林方面通常采取引入阔叶树种的营林措施。本研究以江西官山林场杉木纯林和杉楠混交林为对象,基于树轮δ¹³C稳定同位素方法量化植物内禀水分利用效率(iWUE)及其对气象因子的响应,分析引入楠木对低效杉木人工林林木质量的提升效应。结果表明：纯林中的杉木断面积生长量为0.23 cm²,高于混交林杉木的0.19 cm²;杉木纯林树轮δ¹³C和iWUE分别为-27.4‰和52.9%,低于混交林的-26.7‰和62.8%。杉木纯林δ¹³C对年均降水和年均相对湿度的变化更敏感,杉木混交林δ¹³C则与气象因子的相关性不明显;杉木纯林iWUE与年均温度、年均大气CO₂浓度和年均最高温度呈正相关,与年均降水和年均相对湿度呈负相关,而杉木混交林iWUE仅与年均大气CO₂浓度呈正相关。表明杉木纯林对气候的响应较杉木混交林更敏感。     

黄河故道不同灌水方式刺槐人工林幼树水分利用效率和生长特性

干旱一直是限制黄河故道沙区树木生长的重要因素之一,而刺槐(Robinia pseudoacacia)以其较强的耐旱性、较高的成活率在造林时备受重视。适宜的灌水方式不但可以提高当地水资源的高效利用,而且可以促进刺槐迅速生长,改善当地环境生态。因此,在2011至2012年间,对黄河故道沙地进行刺槐人工林的建设与培育,开展滴灌(DI)、沟灌(FI)和软管喷灌(HSI)3种灌水方式对刺槐人工林幼树水分利用效率(WUE)和生长特性影响的研究。结果表明,在不同的水文年份,滴灌刺槐的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)高于软管喷灌,软管喷灌高于沟灌。水分利用效率受年份影响较大,但均表现为前期下降,8月份前后降到最低值,随后缓慢回升。不同灌水方式叶绿素含量(CC)差异显著,滴灌条件下刺槐叶绿素含量最高,其次为软管喷灌,沟灌最低。不同树龄,不同灌水方式刺槐株高、地径和胸径差异显著。一年生林,滴灌刺槐的株高、地径和胸径分别比软管喷灌高出23.4、0.27 cm和0.14 cm;二年生林,滴灌刺槐的株高、地径和胸径分别比软管喷灌高53.7 cm、0.61 cm和0.54 cm。滴灌刺槐的株高、地径和胸径的年度生长量分别为软管喷灌的112.1%、107.1%和111.8%,同时分别为沟灌的121.8%、191.8%和343.6%。不同灌水方式刺槐幼树水分利用效率受年际间气象因素影响较大,滴灌可以显著地改善刺槐幼树的光合生理特性,促进其快速生长。     

大连市黑松树木水分利用效率的环境响应

以生长于大连城区的黑松为研究对象,建立了1951—2010年间的树木径向生长、树轮稳定碳同位素比率(δ¹³C)和水分利用效率的时间序列,研究了三者的变化特点及其与主要气候因子的关系.结果表明: 1980年以来,黑松树木径向生长有减缓趋势,δ¹³C值降低,但是水分利用效率显著增加(P<0.05).年轮宽度、稳定同位素比率和水分利用效率的变化均受气候因素的影响,并随季节波动:夏季温度与树木径向生长呈负相关,而冬季则呈正相关;6月降水和相对湿度的波动与年轮宽度变化基本呈正相关;3—9月各月温度与δ¹³C和水分利用效率呈弱正相关,其他月份基本呈弱负相关;全年降水和相对湿度分别与δ¹³C和水分利用效率基本呈负相关.快速暖干化的城市气候环境促进了树木水分利用效率的提高.     

六种木本植物水分利用效率和其小生境关系研究

北京山区落叶阔叶林优势种的水分利用效率(WUE)与其所在地的气候条件有很密切的关系,特别是大气相对湿度、太阳辐射强度、饱和水汽压亏缺(VPD)和温度.辽东栎、山杏、大叶白蜡、北京丁香、荆条和核桃楸等植物在整个生长季水分利用效率的变化幅度在3.76～4.95 mmolCO2.mol1H2O之间,平均水分利用效率为4.428±0.386 mmo1 CO2.mol-1H 2O,水分利用效率以山杏最高,核桃楸最低.在整个生长季中,这些植物在早春时水分利用效率高于生长旺期.另外,同种植物生长在于旱瘠薄生境上的水分利用效率高.     

陆生植物水分利用效率

植物水分利用效率（water use efficiency,WUE）作为叶片光合与水分生理过程的耦合因子,不仅是联系植被生态系统碳循环与水循环的重要变量,同时亦已成为揭示陆地植被生态系统对全球变化响应和适应对策的重要手段。稳定同位素技术和涡度相关技术的发展和应用,使植物WUE的概念和测定方法不断得到扩展,研究内容、尺度也不断拓宽。深入认识植物WUE的变化特征及其调控机制,一方面有助于揭示不同植物对生境的生理生态适应机理,另一方面能够促进对陆地生态系统碳-水平衡关系的理解。目前生态系统水平WUE的研究尚处初始阶段。如何建立不同尺度水平WUE间的联系机制,将成为今后该研究领域的关注点。本文在阐述植物WUE概念和测定方法的基础上,综述了植物叶片水平WUE的影响因子、种间差异与水分利用策略,以及WUE与其他叶性状的关系,介绍了当前生态系统水平WUE的研究状况,提出未来的研究趋势。     

干旱胁迫下四倍体刺槐幼苗水分利用效率及稳定碳同位素组成的研究

在模拟自然干旱的条件下,测定2个四倍体刺槐品种(K2、K3)和普通二倍体刺槐(K1)一年生组培苗的长期和瞬时水分利用效率(WUE)及其稳定碳同位素组成(δ13C),以探讨四倍体刺槐的抗旱机理.结果表明,K2、K3的长期水分利用效率(WUEL)在不同水分胁迫条件下都显著高于K1,它们在同等供水条件下比K1具有更大的生物量产出;3个材料叶片的瞬时水分利用效率(WUEI)均随干旱胁迫的加剧表现先升后降的趋势,且胁迫处理均高于适宜水分处理.随水分胁迫的加剧,各品种刺槐苗木叶片的δ13C显著升高;K2、K3的δ13C在各水分条件下均高于K1;各材料叶片的δ13C与其WUEL有良好的正相关性,可以作为筛选高WUE刺槐品种的指标.     

根系分区灌溉和水分利用效率

根系分区灌溉是指仅仅部分根系受到正常的灌溉,其余根系则受到人为的干旱,两项理论根据指出这种措施可减少植物的水分肖耗,并保持一定的生物产量,其一是植物蒸腾失水与气孔导性是线性关系,而光合作用与气孔导性则是一种渐趋饱和的关系,如果气孔导性从最大值适应调低,可显著降低蒸腾,但对光合影响应小得多,其二是处于干燥土壤中的根系可感觉干旱,产生干旱信号来调节地上部分的气孔开度,显然,这项措施在田间有多大效用值得深入研究。 先是大田作物的蒸腾失水仅部分地受气孔控制,界面层的扩散阻力起很大作用。因此该措施可能对界面层阻力较小的,如果树等作用大些,另外,根系干旱信号可否“长期”地产生和调控气孔仍需试验证明。     

稳定碳同位素测定水分利用效率——以决明子为例

通过称重法和稳定碳同位素方法对盆栽决明子生长不同时期不同部位(根、茎、叶)的碳同位素组成(δ13C)、碳同位素分辨率(Δ)和水分利用效率(WUE)进行了研究,并分析了它们之间的相关关系,结果表明:决明子不同部位δ13C值表现为根茎叶,Δ为根茎叶,不同时期方差分析显示只有根部差异显著,茎叶的δ13C值、碳同位素分辨率分别与水分利用效率呈显著的正相关和负相关关系。称重法得出的WUE和不同部位(根、茎、叶)碳同位素测定的水分利用效率(WUER、WUES、WUEL)有显著正线性相关,其中与WUEL相关系数最大为0.86,与WUES、WUER的相关系数分别为0.80和0.82。说明利用稳定碳同位素方法测定决明子水分利用效率具有可行性,尤其是利用叶片测定的水分利用效率得到更为可靠的结果。     

水分和氮磷水平对小麦碳同位素分辨率和水分利用效率的影响

 依据盆栽试验数据,利用植物稳定性碳同位素分辨率的理论模型,研究了水分和氮磷营养对小麦叶片碳同位素分辨率(Carbon-isotope discrimination △)的影响。结果表明：水分差异引起碳同位素分辨率较大变异,碳同位素分辨率随土壤相对含水量(Soil relative water content)的提高而提高,在土壤相对含水量为60％～70％条件下碳同位素分辨率最高。缺水时磷水平提高,碳同位素分辨率提高。水分利用效率(Water use efficiency)与碳同位素分辨率关系受土壤水分和养分水平的影响。缺水条件下水分利用效率与碳同位素分辨率之间为负相关,充分供水下为正相关;在低氮水平下的关系不明显,施氮150kg·hm-2时相关性显著。     

基于树轮δ13C的北京山区侧柏水分利用效率

树木水分利用效率特征存在地域及树种差异,北京山区作为华北土石山区典型森林生态系统,其主要树种侧柏水分利用效率(WUE)长期变化的研究未见报道.本研究通过测定侧柏树轮稳定碳同位素值(δ¹³C),计算年均水分利用效率(WUE_i),分析其长期变化趋势及对环境条件变化的响应,并结合树轮宽度,探究侧柏WUE_i与净固碳量的关系.结果表明: 1918—2013年期间,北京山区年均气温呈逐渐升高趋势,年降水量波动较大.在此期间,侧柏树轮δ¹³C逐渐减小,WUE_i呈逐渐增大趋势.侧柏WUE_i对气温变化的响应最为敏感,呈显著正相关关系,且WUE_i对气温升高的响应敏感性大于气温降低.侧柏WUE_i与年降水量的相关性不明显,该地区降水量不是影响侧柏WUE_i的主要因素.侧柏去趋势树轮宽度值呈现先上升后下降趋势,近20年下降趋势明显.结合WUE_i与环境因子的相关性分析,认为气温升高导致气孔导度(g_s)降低,蒸腾量减少,同时增加了呼吸损耗,结果导致WUE_i升高,但侧柏净固碳量减少,生长减缓.     

黄土高原健康和衰退刺槐林径向生长对气候的响应

全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退树轮年表,并对人工刺槐林健康和衰退年表特征及对气候响应敏感性进行了对比分析。结果表明刺槐衰退年表质量较低,其年表统计参量,包括平均敏感度、样芯间相关系数、信噪比和样本群体代表系数均要低于刺槐健康年表。刺槐衰退年表在生活史早期（1985-2007年）与生长健康年表的波动趋势相类似,而在生活史晚期（2008-2016年）与健康年表指数出现生长分离现象,生长速率明显偏低。年表与气候要素响应分析表明刺槐生长衰退年表对气候要素响应敏感性要低于刺槐生长健康年表,但是两者均含有干旱胁迫气候信号,主要体现在与温度呈负相关关系,与降雨和干旱指数的正相关关系。年表与极端气候年份的时序叠加分析表明,生长健康和衰退年表对极端干旱年份响应敏感性均较高,表明极端干旱胁迫条件对刺槐生长健康和衰退个体均有抑制性影响;生长健康年表对极端湿润年份响应敏感性明显高于衰退年表,表明刺槐健康个体比衰退个体更能有效利用湿润年份有利条件,而具有较高的生长速率。研究揭示出黄土高原健康和衰退刺槐个体生长趋势变化及对气候响应敏感性均存在明显差异性,将为气候变化背景下人工刺槐林生长衰退和死亡预测模型建立提供科学依据,因而对黄土高原人工刺槐林生态恢复和保护及可持续经营具有科学价值。     

不同疏伐强度下黄土丘陵区刺槐林的水分利用特征

造林是生态恢复的重要措施,但由于种植密度过高,导致土壤干燥化,林木生长衰退,严重制约其生态功能的提升。疏伐是人工林改造的重要手段,水分利用特征是确定适宜疏伐密度的关键因素,但目前缺少疏伐对人工林水分利用特征影响的系统研究。基于此,以黄土丘陵区刺槐林为研究对象,设置疏伐55%(P1)、28%(P2)、16%(P3)和对照(P4)四个处理,通过0—500 cm深度的土壤水与茎秆水δ²H和δ¹⁸O、叶片δ¹³C的采样分析并利用MixSIAR模型,比较了不同疏伐强度下刺槐林水分来源和水分利用效率的差异,建立了水分来源比例与叶片δ¹³C的定量关系。结果表明：(1)疏伐样地在不同深度的土壤含水量均高于对照样地,表明疏伐对缓解土壤水分胁迫具有重要作用。(2)随着疏伐强度的增大,浅、中层(0—100 cm、100—300 cm)土壤水对刺槐的贡献比例呈增加趋势(P1:80.4%;P2:78.1%;P3:76.3%;P4:67.8%),而深层土壤水分(300—500 cm)的贡献比例相对降低,表明疏伐促进了刺槐对浅层...     

陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应研究进展

气候变化显著影响陆地生态系统生产力以及水分利用格局,而水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是衡量生态系统碳水耦合关系的重要指标之一。研究陆地生态系统水分利用效率对气候变化的响应,有助于深入理解生态系统的变化规律,模拟和预测生态系统碳水过程的发展状况,从而为应对全球气候变化提供新的依据。为了更好地掌握生态系统水分利用效率研究现状以及其对温度、CO2等关键气候因子的响应情况,本文总结了陆地生态系统水分利用效率对气候变化响应的最新研究进展。首先介绍了相关的定义并归纳了两种不同计算方式的差异和特点;接着重点总结了陆地生态系统水分利用效率对大气温度、CO2、水分、干旱以及太阳辐射等影响因素的响应;最后文章总结了目前3个相关的研究态势,主要包括:(1)长时间序列水分利用效率与气候要素的关系研究;(2)土地利用/覆被变化对水分利用效率的影响及其对气候的反馈研究;(3)多尺度水分利用效率综合研究。本研究可为深入研究生态系统过程对气候变化的响应提供参考。     

水分胁迫和氮素营养对小麦根苗生长及水分利用效率的效应

采用目前生产上广泛种植的小麦品种小偃６号,在一种特制木盒中土培,研究了水分胁迫和氮素营养对小麦根系和幼苗生长及水分利用效率（ＷＵＥ）的效应。小麦根系生长在双层尼龙网之间,土壤中的水分和养分可以被正常吸收,但主根和侧根不能穿过。结果表明：在土壤含水量为田间持水量的４０％－７０％范围内,随着土壤干旱程度的增加,小麦根长（ＲＬ）、根干重（ＲＤＷ）、叶面积（ＬＡ）和ＷＵＥ显著降低。氮肥的效应更为复杂。随着     

晋西黄土区典型乔灌木短期水分利用效率对环境因子的响应

为明确晋西黄土区植物的水分利用规律及对半干旱区的适应策略, 提高黄土地区植被建设效益, 该研究对该地区典型乔灌木短期水分利用效率随环境因子的变化进行了探究。以典型乔木油松(Pinus tabuliformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)及其林下灌木黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)为研究对象, 测定叶片可溶性糖稳定碳同位素比值(δ¹³C_leaf)与枝条渗出液稳定碳同位素比值(δ¹³C_branch), 使用δ¹³C_leaf推导计算7-10月叶片尺度下植物短期水分利用效率(WUE_leaf)变化趋势, 使用δ¹³C_branch明确植物光合作用后分馏情况, 确定半干旱区植物在生长季的水分变化规律对环境因子变化的响应。结果表明: (1) 7-10月4种植物δ¹³C_leaf总体呈现降低趋势, δ¹³C_branch呈现先升高后降低趋势。δ¹³C_leaf在种间和生活型中均存在差异。具体表现为: 灌木>乔木, 常绿乔木(油松) >落叶乔木(刺槐)。研究过程中未发现明显的碳同位素在光合作用后发生分馏的情况。(2) 4种植物WUE_leaf在7-8月保持稳定, 9-10月逐渐升高。21.5 ℃、0.9 kPa、52.4%分别为WUE_leaf随温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)、相对湿度(RH)变化的突变点, 突变点之后4种植物WUE_leaf均表现出稳定的变化趋势, 不再随T_a、VPD、RH升高而降低。(3) WUE_leaf与T_a、RH、VPD之间存在显著负相关关系, T_a通过非气孔因素, 即酶的作用改变光合速率, 引起WUE_leaf变化。RH、VPD等水分因子则通过改变气孔开度, 影响蒸腾, 进而改变WUE_leaf。随着土壤含水量(SWC)的升高, WUE_leaf呈现先升高后降低的趋势。油松林和刺槐林在SWC分别达到15%-18%、13%-14%时, WUE_leaf达到最高值。经过混合线性模型(LMM)分析得到, 油松和刺槐WUE_leaf主导环境因子分别为RH和VPD, 黄刺玫和杠柳WUE_leaf主导环境因子均为T_a。该研究得到了黄土地区典型乔灌木生长季水分利用效率变化的规律和主要环境影响因子, 明确了黄土地区植物对气候因子变化的适应机制。     

水分胁迫对入侵植物薇甘菊幼苗生长的影响

水分是影响薇甘菊(Mikania micrantha)生长的重要环境因子, 但通过调控生长环境包括土壤水分和空气湿度来探讨这一入侵植物的适应能力的报道较少。本文通过设置2个水分梯度: 处理Ⅰ土壤含水量30%~60%和空气相对湿度80%~90%, 处理Ⅱ土壤含水量10%~20%和空气相对湿度20%~30%进行试验。结果发现土壤含水量在10%~20%且空气相对湿度在20%~30%时, 水分胁迫能显著影响薇甘菊的幼苗生长和光合特性。胁迫条件下植株生长速率明显降低, 最大净光合速率和最大量子效率分别是1.94 mmol.m-2.s-1和64.91 mmol.mol-1, 比对照8.63 mmol.m-2.s-1和211.34 mmol.mol-1明显偏低。本文将空气相对湿度作为水分胁迫条件之一, 阐述了空气相对湿度的增加能扩大薇甘菊的适生范围, 并分析得出气孔限制可能是水分胁迫下薇甘菊生长受抑制的主要原因。     

亏缺灌溉对棉花生长和水分利用效率的影响研究进展

棉花是世界上最主要的农作物之一.随着全球水资源的日益紧张,灌溉用水将成为限制棉花生产的主要因素.亏缺灌溉是一种低于作物正常腾发量的灌溉方式,可以在保证棉花产量和品质的前提下提高水分利用效率,是一种有效的节水灌溉方式.本文综述了亏缺灌溉对棉花生长和水分利用效率的影响.亏缺灌溉可以通过促进棉花由营养生长向生殖生长转化,降低...     

水分胁迫对入侵植物薇甘菊幼苗生长的影响

水分是影响薇甘菊(Mikania micrantha)生长的重要环境因子,但通过调控生长环境包括土壤水分和空气湿度来探讨这一入侵植物的适应能力的报道较少.本文通过设置2个水分梯度:处理Ⅰ土壤含水量30%～60%和空气相对湿度80%～90%,处理Ⅱ土壤含水量10%～20%和空气相对湿度20%～30%进行试验.结果发现土壤含水量在10%～20%且空气相对湿度在20%～30%时,水分胁迫能显著影响薇甘菊的幼苗生长和光合特性.胁迫条件下植株生长速率明显降低,最大净光合速率和最大量子效率分别是1.94 μmol·m-2·s-1和64.91 mmol·mol-1,比对照8.63 μmol·m-2·s-1和211.34 mmol·mol-1明显偏低.本文将空气相对湿度作为水分胁迫条件之一,阐述了空气相对湿度的增加能扩大薇甘菊的适生范围,并分析得出气孔限制可能是水分胁迫下薇甘菊生长受抑制的主要原因.     

土层厚度对刺槐旱季水分状况和生长的影响

该研究测定了旱季和雨季刺槐(Robinia pseudoacacia)林不同土层厚度的土壤含水量, 刺槐的树高、胸径、小枝凌晨水势、叶片碳稳定同位素组成(δ¹³C)、叶面积、比叶重和气体交换指标; 分析了刺槐旱季和雨季的水分状况和土层厚度之间的关系; 通过刺槐对季节性干旱胁迫的反应, 估计华北石质山区不同土层厚度土壤水分对刺槐的承载能力; 并求证近年来该地区刺槐衰败和水分因素的关系。结果显示: 随着土层厚度减小, 旱季土壤含水量下降、凌晨小枝水势降低; 气孔导度和最大光合速率都减小, 而瞬时水分利用效率增加, 雨季上述指标无显著性差异, 旱季土壤含水量只有雨季的60%左右。随着土层变薄, 刺槐叶片δ¹³C增高, 叶面积减小, 比叶重增加; 刺槐树高和胸径减小。以上结果表明: 刺槐在不同季节下的水分状况综合反映土壤的供水能力, 土层浅薄导致土壤水分承载力不足, 致使刺槐在旱季受到较严重的水分胁迫, 这可能是刺槐出现衰败的重要原因。