东南沿海潮间带防护林主要树种的光合特性及水分利用策略

为了比较中国东南沿海防护林主要树种的光合特性及水分利用策略,利用LI-6400便携式光合作用仪和PAM-2100叶绿素荧光仪对福建沿海防护林5个主要树种的光合特性以及荧光特性进行测定,并采用稳定同位素技术量化这些植物的水分来源利用比例以及水分利用效率.4种红树植物的光合同化速率、气孔导度、蒸腾速率显著高于木麻黄(Casuarina equisetifolia);外来红树植物无瓣海桑(Sonneratia apetala)光合同化速率显著高于3个乡土红树植物.无瓣海桑叶片的最大相对电子传递速率(rETRmax)、半饱和光强(Ek)、Fv/Fm均显著大于乡土红树植物,表明无瓣海桑光合能力大于其他红树植物.植物茎木质部水稳定同位素的测定表明,外来种木麻黄和无瓣海桑主要利用地下水,而未利用海水和雨水;3种乡土红树植物主要利用地下水,但也利用海水和雨水的混合水.木麻黄的瞬时水分利用效率显著低于4种红树植物,但4种红树植物间的瞬时水分利用效率无显著差异.秋茄(Kandelia obovata)和无瓣海桑的长期水分利用效率无显著差异,但二者显著高于桐花树(Aegiceras corniculatum)、白骨壤(Avicennia marina)及木麻黄,说明前二者对水分的利用优于后三者,更适应于水分成为植物生长与存活限制因子的高盐环境.     

谷子叶片光合速率日变化及水分利用效率

通过降低空气湿度（从约３０％减少到５％）、增加ＣＯ２浓度（从４００μｌＣＯ２／Ｌ啬到７３０μｌＣＯ２／Ｌ）、烫叶鞘破坏韧皮部等处理对谷子叶片光合速率日变化和水分利用效率（ＷＵＥ）进行了研究,发现中午光合速率降低与不合冰物积累有关;虽然低大所相对湿度（５％）使光合速率有所降低,但提高ＷＵＥ。而烫叶鞘使光合物质积累既抑制了光合速率,又降低了ＷＵＥ。     

谷子叶片光合速率日变化及水分利用效率

通过降低空气湿度（ 从约３０ ％ 减少到５ ％ ） 、增加ＣＯ２ 浓度（ 从４００ μｌ ＣＯ２／Ｌ增加到７３０ μｌ ＣＯ２／Ｌ） 、烫叶鞘破坏韧皮部等处理对谷子叶片光合速率日变化和水分利用效率（ＷＵＥ） 进行了研究, 发现中午光合速率降低与光合产物积累有关; 虽然低大气相对湿度（５ ％ ） 使光合速率有所降低,但提高了ＷＵＥ。而烫叶鞘使光合物质积累既抑制了光合速率,又降低了ＷＵＥ。     

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。     

塔克拉玛干沙漠南缘人工防护林和自然群落多枝柽柳叶片养分特征与水分利用策略

干旱区人工防护林植物采用滴灌的方式补给水分以促进人工生态屏障的建成和稳定性维持,然而持续滴灌导致表层土壤盐分累积,最终威胁人工防护林的生长和生态功能。本研究通过测定塔克拉玛干沙漠南缘防护林和自然群落多枝柽柳(Tamarix ramosissima)的茎水、各潜在水源(土壤水和地下水)的稳定氢(δD)氧(δ~(18)O)同位素值,以及叶片氮(N)、磷(P)含量和稳定碳同位素(δ~(13)C)值,探究滴灌补水对多枝柽柳叶片养分特征和水分利用策略的影响。结果表明:滴灌群落多枝柽柳对中层土壤水(40～100 cm)的利用率高于自然群落,但其主要水分来源仍然是地下水,说明其根系已经深达地下水层;滴灌群落多枝柽柳叶片N、P含量显著高于自然群落,表明水分的补给影响了植物对养分元素的吸收和转移;滴灌群落多枝柽柳长期水分利用效率显著高于自然群落,可能与灌溉造成的盐分胁迫或其叶片N、P含量较高有关,但盐分胁迫尚未对多枝柽柳造成毒害。防护林建成后可以减少灌溉用水量或停止滴灌,从而节约防护林长期建设的用水量和维护防护林生态屏障的稳定性。     

贺兰山10种典型植物光合及水分利用效率特征研究

为了探究贺兰山不同乔灌草的光合生理特性及其对自然环境的适应特性和机制,该研究采用Li-6400XT便携式光合仪测定了贺兰山10种乔灌草气体交换参数及自然环境因子并分析其相关性.结果表明:(1)净光合速率(Pn)日均值从大到小为披针叶黄华>灰榆>山杨>栒子>冰草>油松>小叶忍冬>小檗>青海云杉>苔草,从不同生活型来看表现...     

模拟水分胁迫对水曲柳光合速率及水分利用效率的影响

经过3年人工模拟水分胁迫,研究了不同水分处理下水曲柳光合特征及其水分利用效率的变化.结果表明,在中度水分胁迫(MW)下,水曲柳的光合速率和水分利用效率比对照组均有所提高,而在重度水分胁迫(LW)下则分别降低了7.26%和1.13%.长期的中度水分胁迫使水曲柳的光合潜力得到充分发挥,其适应性也好于重度水分胁迫.对照组水曲柳的光合速率日变化呈单峰曲线,MW组和LW组则均呈"双峰"曲线;对照组水曲柳水分利用率的日变化呈现双峰曲线,而MW组和LW组则呈现波动趋势,无明显的波峰和波谷.这与水曲柳在不同水分处理下的生理特性和环境因子的日进程密切相关.     

塔克拉玛干沙漠南缘自然植被的水分状况及其恢复

塔克拉玛干沙漠南缘 (以下简称塔南 )是我国土地沙漠化最严重的地区之一 ,其主要原因是因为塔南绿洲边缘的自然植被遭到严重破坏。自然植被的恢复有赖于对主要植被类型生物学特性的了解 ,于 1 998～2 0 0 1年在位于塔南策勒绿洲边缘进行的中国 -欧盟合作研究项目 ( ERBIC1 8CT980 2 75 ) ,目的是探索塔南绿洲边缘自然植被可持续管理的生态学基础。通过对几种优势植物叶片 (或同化枝 )水分关系、气体交换、以及群落特性等方面的综合研究 ,得出了以下结论 :( 1 )塔南绿洲边缘的自然植被皆为隐域性植被 ,主要优势种为 :胡杨、柽柳、骆驼刺以及少量的灰杨 ,这种植物是依靠河流的地表水而发生 ,依靠河流地下水补给而生存 ;( 2 )由于缺乏充分的地表水的补给 ,现存的自然植被几乎不能实现自然更新 ;完全破坏后的自然植被已无自然恢复的可能性 ,必须使用人工辅助方法进行恢复 ;( 3)塔南绿洲边缘主要优势植物叶片 (或同化枝 )清晨水势和气体交换研究结果表明 ,依赖地下水生存的几种植物在整个生长季节没有发生严重的水分胁迫 ,保护和恢复绿洲边缘自然植被的必要条件是保持地下水位的相对稳定 ,禁止对地下水的过度开采。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

大豆光合速率和气孔导度对水分胁迫的响应

土壤水分胁迫使两个供试大豆品种(系)光合速率和气孔导度降低,“鲁豆四号”降低的幅度大于小粒大豆品系“7605”。在相同的叶水势下,“7605”的光合速率和气孔导度均高于“鲁豆四号”,但“7605”气孔随水势下降而关闭的速率大于“鲁豆四号”。水分胁迫使叶片温度升高,“7605”比“鲁豆四号”升温较快,但在同一水分处理中,“鲁豆四号”的叶温高于“7605”。水分胁迫降低了大豆的水分利用效率,且“鲁豆四号”降低的速率大于“7605”。结果表明,“7605”对水分胁迫具有较好的适应能力。     

塔里木沙漠公路防护林3种植物光合特性对干旱胁迫的响应

利用Li-6400光合作用系统在沙漠腹地测定分析塔里木沙漠公路防护林植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)光合特性对干旱胁迫的响应,探讨了水分亏缺对防护林植物光合积累的影响作用。结果显示:沙拐枣的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、光能利用效率及潜在光合作用能力对水分亏缺最敏感,而柽柳则最不敏感;不同处理下3种植物光合特性变化的差异表明,不同植物对水分亏缺有着不同的响应变化和适应方式;此外,干旱胁迫未提高3种植物的水分利用效率,反而降低了其光能利用效率;C3植物多枝柽柳在干旱高温条件下保持着比C4植物梭梭和沙拐枣更为稳定的光合积累和水分利用效率,说明部分C3植物具备不弱于C4荒漠植物的干旱耐受适应能力;虽然水分亏缺对3种植物的光合作用能力均存在不同程度抑制作用,但未对其光合积累造成不可逆转的影响。可见3种植物都有很强的干旱适应与耐受能力,这种能力表明沙漠公路防护林的灌溉管理还有进一步的节水空间。     

北戴河湿地朱鹮野化训练

朱鹮(Nipponia nippon)是世界濒危物种,中国Ⅰ级重点保护动物。为了进一步扩大其种群分布范围,2018年7月将20只朱鹮从陕西洋县朱鹮救护饲养中心引入到北戴河国家湿地公园开展野化饲养。为了解朱鹮对该地模拟自然环境的野化适应效果,于2018年7—10月对朱鹮在大网笼中的行为和栖息地利用进行了观察。野化训练过程中,朱鹮在训练笼中快速获得良好的飞行技巧,飞行中能够避免碰撞野化网笼软网。持续飞行时间从观察初期的(106.8±93.4) s,增长至后期的(145.8±118.1) s。野化训练第1天,有70%个体在树上夜宿,其他个体在地面及栖杠上夜宿; 30 d时间内,朱鹮全部获得树上夜宿能力。野化训练后期和前期相比,觅食时间从55.4%提高至58.3%,并显著提高了对浅水觅食地的利用率。后期显著提高了警戒行为的时间比例,并表现出对猛禽等天敌的防御反应。通过87d的野化训练,试验个体的行为和生境利用发生较大变化并趋于稳定,表明其已基本适应了当地的新环境。为了进一步适应放飞后的野外环境多样性,建议在今后的野化训练中改变朱鹮的投食策略,增加觅食难度,并开展当地特有食物的投喂试验。     

Photosynthetic characteristics and water use efficiency of three coastal dune plants

To clarify the ecophysiological characteristics of plants growing on a coastal dune, net photosynthetic rate (Pn) and leaf conductance (g1) of three perennial species in Japanese coastal regions,Ischaemum anthephoroides (C₄),Carex kobomugi (C₃) andCalystegia soldanella (C₃), were compared under controlled environmental conditions and field conditions at the kado-ori coast at Ohno Village, Ibaraki.I. anthephoroides achieved photosynthetic CO₂ saturation at ca. 100 μll⁻¹ intercellular CO₂ concentration (C ₁), and itsPn was not light-saturated at a high photosynthetically active photon flux density (PPFD) of 1000 μmol m⁻²s⁻¹. This C₄ species showed a high optimal leaf temperature forPn (35°C) and a lowg1 (0.1 mol H₂O m⁻²s⁻¹), permitting maintenance of the highest water use efficiency (WUE, the ratio ofPn to transpiration rate (Tr)) in the field among the three species. At light saturation,C. soldanella had the lowestPn andg1 and a similar carboxylation efficiency related toC ₁ (Pn/C₁ ratio) asCarex kobomugi. Calystegia soldanella also had a high optimal temperature forPn (30°C), and achieved higherWUE thanCarex kobomugi, as a result of efficient stomatal regulation. In contrast, at the optimum temperatureC. kobomugi had a highPn comparable toI. anthephoroides due to a highg1 of 0.3 mol H₂O m⁻²s⁻¹, but with high temperature treatmentsPn andg1 were significantly decreased.C. kobomugi always had the lowestWUE among the three species in the field. It is therefore clear thatI. anthephoroides is a heat-resistant species,Calystegia soldanella is a heat-enduring species andCarex kobomugi is a heat-evading species due to its eraly phenology.     

中国北方杂草稻光合与水分生理特性

杂草稻是一类重要的稻属种质资源,具有耐寒、耐旱、耐瘠薄等优良特性.本文以88份中国北方杂草稻资源和4份栽培稻为材料,研究了中国北方杂草稻的光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合与水分生理特性及其相互关系.结果表明: 北方杂草稻资源的光合和水分生理特性存在较大差异,具有丰富的多样性.杂草稻的光合速率变化范围在12.47～28.67 μmol CO₂·m^-2·s^-1,瞬时水分利用效率的变化范围在1.39～3.40 mg·g^-1.光合参数中,胞间CO₂浓度的变异系数最小,气孔导度的变异系数最大.光合速率与蒸腾速率、气孔导度呈极显著的二次曲线关系,光合速率与胞间CO₂浓度呈显著的直线关系,瞬时水分利用效率与蒸腾速率、气孔导度呈极显著的二次曲线关系.可用杂草稻材料的优越性能对栽培稻进行品种改良.     

北京西山侧柏林冠层不同高度处叶片水分利用效率

以北京西山广泛分布的侧柏林为研究对象,综合考虑冠层不同高度处气象因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂中碳同位素组成的差异,对其冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率和短期水分利用效率分别进行了测定,以期为区域森林生态系统固碳与耗水研究提供理论依据,为区域森林生态系统经营与维护提供技术支撑.结果表明: 侧柏林冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率随冠层高度的变化规律表现为上层>中层>下层,多种气象因子协同影响气孔运动,使瞬时水分利用效率受气孔限制;侧柏林冠层不同高度处的环境因子、大气CO₂浓度以及大气CO₂的δ13C均存在一定差异,导致了林冠各层叶片的短期水分利用效率的变化.林冠上层叶片通过提高水分利用效率适应环境.     

疏叶骆驼刺和多枝柽柳不同时期光合特性日变化及其与环境因子的关系

在自然条件下,利用Li-6400光合仪测定疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)和多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)7~9月份的气体交换参数,分析2种植物净光合速率(Pn)与环境因子——光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、大气CO2浓度(Ca)、相对湿度(RH)之间的关系,以明确影响其光合作用的主导环境因子,为恢复和重建过渡带植被提供理论依据。结果显示:(1)疏叶骆驼刺不同时期Pn的日变化均为单峰曲线,多枝柽柳7、8月份的Pn日变化为单峰曲线,9月份为双峰曲线,且疏叶骆驼刺Pn的平均值(7.08μmol·m-2·s-1)高于多枝柽柳(5.54μmol·m-2·s-1)。(2)2种植物7~9月份的蒸腾速率(Tr)日变化均为单峰曲线,且疏叶骆驼刺Tr的平均值(5.46mmol·m-2·s-1)高于多枝柽柳(4.40mmol·m-2·s-1);疏叶骆驼刺和多枝柽柳的胞间CO2浓度(Ci)的日变化趋势均呈"倒钟型"曲线,与Pn日变化趋势相反。(3)2种植物7~9月份的WUE日变化进程与各自的Pn日变化规律基本一致,多枝柽柳的WUE日均值(1.21 mmol·mol-1)明显高于疏叶骆驼刺(0.97mmol·mol-1)。(4)偏相关分析显示,骆驼刺和柽柳的Pn与PAR呈显著正相关关系,而与RH呈显著负相关关系;回归分析显示,骆驼刺和柽柳Pn日变化的变异分别有35.6%和42.4%是由环境因子的日变化造成的;通径分析显示,各环境因子对Pn都具有显著的影响,其大小顺序分别为:TaRHPARCa(骆驼刺)和PARCaTaRH(柽柳),且骆驼刺在7~9月份内PAR均为决策变量,RH为限制变量(除7月份外);而柽柳在8、9月份内PAR均是决策变量,RH、Ca是限制变量。研究表明,疏叶骆驼刺属于高光合高蒸腾低水分利用效率型,多枝柽柳属于低蒸腾低光合高水分利用效率型;7月份骆驼刺和柽柳Pn的下降主要是由于气孔限制引起,而8、9月份主要是由非气孔因素限制所致;PAR和RH是影响骆驼刺和柽柳最重要的环境因子,其次是Ca,而Ta在不同时期的影响程度不同;疏叶骆驼刺和多枝柽柳与环境协同进化过程中产生了一定的生态适应性,但柽柳的WUE明显高于骆驼刺,推测柽柳的抗旱能力强于骆驼刺。     

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_gs)和短期水分利用效率(WUE_cp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%～80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_gs则在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ¹³C都在土壤含水量最低(35%～45% FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ¹³C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ¹³C,未产生明显分馏;而叶片WUE_cp也在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).相同条件下,叶片WUE_gs和WUE_cp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^-2·s^-1),WUE_gs时空变异性较大,而WUE_cp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.     

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.     

海南热带山地雨林幼苗幼树的光合能力与水分利用效率

应用Li-6400光合测定系统研究了海南岛热带山地雨林林内幼苗、幼树的最大光合能力及其水分利用效率.结果表明:150个树种中,大戟科中平树的最大光合速率(Pmax)和山毛榉科竹叶栎的水分利用效率(WUE)最高,分别为13.27μmol.m-2.s-1和5.99mmol.mol-1;桃金娘科柬埔寨子楝树的Pmax和大戟科山乌桕的WUE最低,分别为1.35μmol.m-2.s-1和2.4mmol.mol-1.其中,Pmax以桑科的平均值最高,桃金娘科最低;WUE以山矾科的平均值最高,桑科最低;但各科间的差异均不显著(P>0.05).乔木和灌木之间的Pmax和WUE也无显著差异(P>0.05).Pmax随着科分布区的扩大而增大,为宽分布科>中分布科>窄分布科,且差异显著(P<0.05);WUE无显著差异.在种的层次上,随着物种分布区的扩大,植物Pmax逐渐增大,为热带亚热带温带种>热带亚热带种>热带种>海南特有种.而WUE则相反,为海南特有种>热带亚热带种>热带种>热带亚热带温带种.