高寒草甸不同坡向条件下植物叶片δ13C及水分利用效率的变化

通过对高寒草甸不同坡向条件下25科86种C3植物叶片稳定性碳同位素组成(δ¹³C)的测定,研究了高寒草甸C3植物δ¹³C和水分利用效率对坡向变化的响应以及环境因子对其产生的影响,分析了坡向上控制植物δ¹³C变化的主要环境因子.结果表明: 从北坡到南坡的生境梯度上,土壤含水量不断减少,而土壤温度及光照强度不断增加,植物群落结构也发生了相应变化.5个坡向中,植物叶片δ¹³C值为-31.19‰~-21.80‰,均值为(27.18±0.13)‰;生长季植物叶片δ¹³C均值在南坡最高,其次为西南坡、西坡、西北坡,最低值出现在北坡.坡向间δ¹³C值的差异主要是由不同坡向土壤含水量和土壤温度,以及光照强度的不同导致的,其中土壤含水量是主要的限制因子.北坡-南坡梯度上植物叶片δ¹³C值随土壤含水量下降、土壤温度及光照强度升高而变大,表明不同坡向植物的水分利用状况对干旱胁迫的响应不同,植物逐渐提高了水分利用效率以适应干旱胁迫的生境.     

模拟增温对高寒草甸植物叶片碳氮及其同位素δ~(13)C和δ~(15)N含量的影响

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)等指标在增温3年后的变化。结果表明:除矮嵩草在较小增温小室(OTC2)中C/N比值比对照降低了14.1%,其它物种C/N在两个增温处理下都有所增加,但差异均不显著(P0.05)。4种植物叶片δ~(13)C值在-24.12‰~-28.34‰之间,矮嵩草叶片δ~(13)C值随增温而升高,棘豆、麻花艽随增温而降低,且矮嵩草在OTC2的δ~(13)C值变化达到显著水平(P0.05)。矮嵩草和麻花艽的叶片δ~(15)N值在OTC1和OTC2中均比对照增加,且麻花艽增加较显著(P0.05)。垂穗披碱草在OTC1和OTC2的叶片δ~(15)N值比对照分别减少18.7%和26.9%,差异都不显著(P0.05);棘豆叶片δ~(15)N值在OTC2内比对照低11.0%(P0.05),在OTC1的内比对照高2.8%(P0.05)。可见,高寒矮嵩草草甸不同功能群植物物种碳氮含量及稳定性碳氮同位素含量对短期增温有不同的响应模式和规律。     

荒漠植物叶片或同化枝δ13C值及水分利用效率研究

温带荒漠植物长期生长在夏季炎热高温、冬季寒冷低温、长年干旱缺水的极端环境中,以其特有的形态学特征和生理功能来减少水分损失.为了探讨荒漠植物水分利用效率(WUE),为荒漠生态系统保育和退化植被恢复重建提供理论依据,运用稳定碳同位素技术和光合仪测定对比的方法,对河西走廊中段临泽绿洲北部荒漠中5种植物进行了全年生长期研究.结果表明荒漠植物月水分利用效率与年生长期平均水分利用效率的相关性在8月份最高,其方程式为WUEgpa= -1.8 + 1.98 WUEAug(P = 0.011,r =0.96);月稳定碳同位素比率(δ13C 或13 C/12C) (‰)与生长期平均WUE的相关性在8月和9月最大,可靠性最高,其方程式为WUE gpa= 4.7 + 0.0813 C/12Cmon(P=0.057,r=0.87).研究得出用稳定碳同位素比率指示温带荒漠植物的短期水分利用效率,随着叶片或同化枝成熟,越往生长后期,正相关性越高,直至霜降;用稳定碳同位素比率指示植物的长期水分利用效率,以8月下旬至9月下旬采样最好.梭梭和沙拐枣的水分利用效率显著高于其它荒漠植物,5种荒漠植物长期水分利用效率的排列顺序为梭梭＞沙拐枣＞柠条＞花棒≈泡泡刺.     

内蒙古草原常见植物叶片δ~(13)C和δ~(15)对环境因子的响应

在中国东北样带沿线的内蒙古草原地区采集了一些常见植物的叶片样品,并测定其δ~(13)C和δ~(15)N值,分析了其统计学特征以及对环境因子(年平均降雨量和温度)的响应模式。发现东北样带草原区同时存在C_3和C_4两种不同光合途径的植物,但是C_3植物占主导地位,C_4植物数量有限。C_3植物叶片δ~(13)C随着年平均降雨量和年平均温度的升高而显著降低,反映了此区域C_3植物δ~(13)C受控于降水量和温度。C_4植物的叶片δ~(13)C值随着降雨量的增多而有轻微升高的趋势,但是C_4植物的叶片δ~(13)C值对年平均温度的响应不敏感。不论对C_3植物还是C_4植物而言,叶片δ~(15)N都随降雨量增加而显著降低,即干旱区的植物叶片δ~(15)N大于湿润地区,这说明降水是影响植物叶片δ~(15)N的一个重要因素。然而两者叶片δ~(15)N对温度的响应不敏感。     

亚高寒草甸不同坡向植物光合生理和叶片形态差异

绿色植物叶片的功能性状能用来解释不同层次复杂的生态学过程,被认为对植物的生存、生长和繁殖具有重要的影响。该研究对甘南亚高寒草甸坡向梯度代表物种的叶片形态和光合特性进行测定,分析了各坡向的土壤因子,比较不同物种(矮嵩草、米口袋、蒲公英和金露梅)之间的性状差异,研究叶片光合及形态特征与土壤因子之间的相关性。结果表明:1)不同坡向的土壤因子有着显著差异,土壤含水量、土壤全磷、土壤全氮及有机碳含量总体表现为北坡南坡,而土壤温度及光照度则是南坡北坡。2)坡向上不同物种在比叶面积、净光合速率和叶δ~(13)C值等方面有着显著的差异,比如物种在北坡具有较高的比叶面积和叶片含水量,而物种在南坡具有较高的净光合速率、相对叶绿素、叶干物质量及δ~(13)C值。3)冗余分析结果显示,物种的叶片形态及光合特性与土壤因子之间都具有显著的相关关系,其中土壤含水量变化的响应最为敏感。该研究揭示了亚高寒草甸坡向梯度上植物物种在叶片功能性状上的显著分化,使得这些物种能在同一个草地群落中共存。     

亚高寒草甸植物叶片生理指标对坡向的响应

研究了甘南亚高寒草甸不同坡向条件下矮嵩草、狼毒和棘豆叶片的叶绿素、游离脯氨酸和可溶性糖含量,以及稳定碳同位素(δ¹³C)的变化,分析干旱胁迫条件下,植物适应干旱胁迫的生理机制.结果表明: 随着坡向由北坡-西北坡-西坡-西南坡到南坡的变化,土壤含水量(北坡0.36 g·g^-1,南坡0.15 g·g^-1)呈降低趋势,土壤温度(北坡14.76 ℃,南坡24.85 ℃)和光照度(北坡540.34 lx,南坡744.12 lx)呈增加趋势;植物物种的组成也随之发生了变化,北坡主要有灌木金露梅及杂类草,而南坡主要有禾草类物种.3种植物叶片的脯氨酸、可溶性糖、叶绿素含量及稳定碳同位素(δ¹³C)随着坡向的变化均有不同程度的变化,且物种不同,各物种的生理指标变化幅度也有差异.在坡向梯度上,3种植物的脯氨酸、可溶性糖含量和稳定碳同位素与土壤含水量均呈显著负相关,与温度和光照强度呈显著正相关;植物叶片叶绿素与土壤含水量呈显著正相关,与温度和光照强度呈显著负相关.其中,土壤含水量是坡向梯度上影响植物生长的关键因子.植物叶片生理指标(脯氨酸、可溶性糖及叶绿素等)可以作为衡量植物抗逆性的因素,3种植物的抗性大小顺序为:矮嵩草>狼毒>棘豆.     

不同生境胡杨叶片δ~(13)C和δ~(15)N及其对环境因子的响应

以新疆南北疆8个不同生境林龄群体的胡杨叶片为材料,测定幼树和成熟胡杨叶片的天然稳定碳、氮同位素组成值(δ~(13)C、δ~(15)N)以及碳含量、氮含量和比叶面积,分析叶片δ~(13)C、δ~(15)N值与海拔、经纬度、叶片碳氮含量、比叶面积以及水分利用效率之间的相互关系。结果表明:(1)胡杨幼树和成熟林叶片δ~(13)C平均值分别为-27.863‰(-28.776‰～-26.695‰)和-28.230‰(-29.717‰～-26.033‰),不同生境胡杨叶片间的δ~(13)C值具有显著差异(P0.05),并且幼树林叶片δ~(13)C均大于对应成熟林;幼树和成熟林叶片δ~(15)N平均值分别为3.259‰(-1.842‰～9.082‰)和3.651‰(0.798‰～5.779‰)。(2)胡杨幼树和成熟林叶片碳含量平均值分别为46.225‰(44.573‰～49.056‰)和45.720‰(43.226‰～47.349‰),它们叶片氮含量平均值分别为1.708‰(1.327‰～2.116‰)和1.823‰(1.164‰～2.450‰);成熟林叶片碳含量与其δ~(13)C和δ~(15)N值分别呈极显著负相关和极显著正相关关系(P0.01),而其氮含量与δ~(13)C值呈不显著正相关关系(P0.05),与δ~(15)N值呈显著正相关关系。(3)胡杨幼树林叶片的比叶面积平均值(91.565 cm~2/g)小于成熟林叶片(103.141 cm~2/g)。(4)幼树和成熟林胡杨叶片δ~(13)C、δ~(15)N值均与纬度呈极显著正相关关系,幼树林叶片δ~(13)C、δ~(15)N值与海拔也呈极显著正相关关系,幼树林叶片δ~(15)N值与经度也呈显著正相关关系。(5)幼树和成熟胡杨林水分利用率的平均值分别为77.618μmol/mol(68.070～91.069μmol/mol)和72.463μmol/mol(62.809～97.111μmol/mol),不同林龄的胡杨水分利用率均与其叶片δ~(13)C呈极显著正相关关系(P0.001),各生境中于田县(阿日系马扎)的幼树和成熟林叶片具有较高的δ~(13)C值(-26.695‰和-26.033‰)和水分利用效率(91.069和97.111μmol/mol)。     

亚热带人工林松树~(13)C/~(12)C比率和水分利用效率

1 引言 亚热带季风阔叶林自然林被破坏后,代之以人工林,由于自然林郁密的树冠层的消失,引起环境因素明显变化,如太阳辐射的增强,气温变幅变大,同时由于风速增大,加大了蒸腾的需要量,造成空气相对湿度降低和土壤水分亏缺,特别是在干旱季节尤为显著。该林地中除被动适应这一生境的1年生草本外,尚有灌木桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)、三叉苦(Euodia     

水肥耦合效应对楸树苗木叶片δ~(13)C的影响

以楸树(Catalpa bungei)无性系004-1苗木为研究对象,采用三因素五水平二次回归通用旋转组合设计进行盆栽试验,通过测定6、7和8月份20个处理楸树苗木叶片碳同位素组成δ~(13)C、总氮含量和总磷含量,建立数学模型,分析土壤水分、施氮量和施磷量的主因子效应、单因素效应及其耦合效应对叶片δ~(13)C的影响,以及叶片碳同位素组成δ~(13)C与其总氮含量和总磷含量的关系。结果表明:(1)楸树苗木叶片δ~(13)C存在明显的月动态变化特征,总体上呈现出6月份高于7、8月份的趋势,20个处理苗木叶片δ~(13)C平均值(6~8月)变化范围介于-29.12‰~-26.60‰之间;(2)土壤水分对叶片δ~(13)C有显著负效应,施氮量对叶片δ~(13)C有显著正效应,并且施氮量主效应大于土壤水分主效应,但施磷量对叶片δ~(13)C无显著主效应;单因素效应分析表明,楸树苗木叶片δ~(13)C随土壤水分或施氮量的增加均呈先增加后减小的"抛物线型"关系;土壤水分×施N量对楸树苗木叶片δ~(13)C有显著耦合负效应,土壤水分和施氮量耦合效应图表明,叶片δ~(13)C随土壤水分降低、施氮量增加而逐渐增加;(3)6月、7月和8月份楸树苗木叶片δ~(13)C与其叶片总氮含量均呈显著正相关关系(P0.05;n=100),但叶片δ~(13)C与总磷含量无显著相关关系(P0.05;n=100)。研究认为,楸树苗木叶片碳同位素组成δ~(13)C随生长期表现出动态变化特征,它受到土壤水分、水氮耦合的显著负向影响,以及施氮量的显著正向影响,可以通过合理水肥配施措施大幅提高楸树苗木δ~(13)C。     

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.     

~(13)C脉冲标记揭示放牧对高寒草甸同化碳分配的影响

放牧是人类对草地进行利用的重要方式之一,放牧影响草地生态系统的结构和功能,改变植物光合碳(C)分配,进而改变土壤有机碳的储存。青藏高原的高寒草甸是世界上海拔最高的草地生态系统,寒冷季节长等独特的环境特点使其具有高的土壤有机碳含量。为了揭示长期轻度放牧对植物光合碳分配及植物光合碳在各库之间运移的影响,基于在青藏高原矮嵩草草甸开展的长期冬季轻度放牧和围栏封育实验,利用~(13)C示踪方法揭示了放牧对光合碳在植物地上、地下组织的分配以及光合碳在植物、土壤各碳库中的运移和滞留。研究结果发现,在~(13)C标记之后第30天,冬季轻度放牧样地的植物地上部分内~(13)C约占开始时~(13)C含量的32%,根和土壤中的~(13)C约占22%,植物地上部分呼吸中的~(13)C量约占30%。在放牧和围封这两个不同处理中,土壤中光合碳的滞留以及光合碳随土壤呼吸释放的速率存在显著差异。长期冬季轻度放牧促使植物将更多的光合碳输入到根和土壤碳库中。与围栏封育处理相比较,放牧处理下的~(13)C从植物地上部分输入到地下的速率较快,通过土壤呼吸释放的速率也快,而植物地上部分和植物地上部分呼吸中~(13)C的量较低。另外,高寒矮嵩草草甸土壤C储量在冬季轻度放牧和围栏封育处理下没有显著差异。我们的研究表明,尽管冬季轻度放牧改变了植物光合碳分配在地上和地下碳库中的分配,但是没有显著影响土壤碳库储量。     

高寒草甸不同演替阶段植物叶片功能性状研究

以甘南高寒草甸演替过程中5个阶段的典型群落为研究对象,对围封样地内不同演替阶段群落叶片功能性状进行比较,分析了围封地内各演替阶段群落水平上主要物种叶性状与环境因子的关系。结果显示:(1)此围封地形成了一个从草本到灌木的演替过程。随着演替的进行,Margalef指数显著增加,Shannon-Wiener指数呈先增加后降低的趋势。(2)从演替前期到演替后期,土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤含水量(SWC)逐渐升高,光照度(LI)、土壤温度(ST)逐渐降低,土壤全磷(STP)呈先降低后增加趋势;叶片有机碳(LCC)、全氮(LNC)、含水量(LWC)逐渐升高;比叶面积(SLA)、磷利用效率(PUPE)、稳定碳同位素(δ13C)逐渐下降,叶片全磷(LPC)先降低后升高,而氮利用效率(PUNE)先升高后降低。(3)RDA冗余分析表明,在此围封样地内,演替前期植物群落叶性状主要受到LI和ST的限制作用。而在演替的中后期SWC[WTBZ]是主要影响因子。此研究有助于我们认识高寒草甸生态系统的退化过程所导致的生态环境问题,进而寻求更好的草地恢复和重建方法。     

黑杨杂交无性系间叶片δ13C、长期水分利用效率和光合特性的研究

在温室中通过严格控水的方法,对4个不同水分处理下,12个黑杨杂交无性系间长期水分利用效率（WUEL）、δ^13C和光合参数（Gs、Tr、Pn、WUEL,Cj、Pmax、LSP、Ce）的差异进行了研究,并分析了无性系间WUEL和δ^13C差异与光合参数差异的相互关系。结果表明：不同水分处理下,δ^13C和Gs、Tr、Pn、WUEL、Cj差异极显著。随水分胁迫的加剧,δ^13C和WUEL增加,而Gs、Tr、Pn、Cj减少。同一水分处理下无性系间WUEL和δ^13C差异显著,Gs、Tr、Pn、WUEj、Cj差异极显著。无性系问WUEL和δ^13C的差异在4个水分处理下表现出一致性．即WUEL最优的是J2,其次为J6、J7、J8、J9,同时这些无性系的δ^13C较高。Gs是影响WUEj的关键因子,Gs低的无性系WUEj高。J2、J6、J7、J8、J9的净光合速率（Ps）和瞬时水分利用效率（WUEj）虽不是最高,但其最大净光合速率（Pmax）大,光饱和点（LSP）高,羧化效率（Ce）大,光合能力强。无性系间δ^13C和WUEL差异的主要影响因子是Gs和光合能力,J2、J6、J7、J8、J9都具有Gs低和光合能力强的特点。各水分处理下δ^13C与WUEL,均呈正相关,但由于水分引起的δ^13C差异远大于无性系间的差异,因此二者的相关性仅在充分供水条件下表现较好．相关系数为0．7077。     

中国东北样带草原区植物δ^13C值及水分利用效率对环境梯度的 …

测定了中国东北森林－草原样带草原区１５个常见植物种叶片的δ＾１３Ｃ值,并以此作为植物长期水分利用效率的指示值,研究了不同植物种的水分利用效率对年均降水量、年均在气温度和海拔高度等环境梯度变化的响应。结果表明：有相当一部分植物种的δ＾１３Ｃ植和水分利用效率均随年均降水量和年均温增加而呈不同程度的降低趋势（如羊草（Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｔｒｉｎ．）Ｔｚｖｅｌ．）、家榆（Ｕｌｍｕｓ ｐｕｍｉ     

甘南亚高寒草甸土壤纤毛虫群落结构变化对不同坡向的响应

土壤纤毛虫不但是土壤生态系统的重要组成部分,而且是生态系统物质循环、能量流动过程的重要驱动因子。为了查明甘南亚高寒草甸不同坡向土壤纤毛虫群落特征,于2015年7月21—26日对同一山头的阳坡、半阳坡、西坡、半阴坡、阴坡五个坡向进行了调查。结果表明:(1)经\"非淹没培养皿法\"鉴定得到纤毛虫142种,隶属于9纲18目32科55属,各坡向物种数、个体数大小关系呈现出西坡半阳坡阳坡半阴坡阴坡;优势类群有旋毛纲、裂口纲、寡膜纲、肾形纲其优势度依次为28.17%、19.72%、13.38%、12.68%。(2)不同坡向上土壤纤毛虫的物种数、个体数、Shannon指数均具有显著性差异(P0.05),表明甘南亚高寒草甸生态系统中的土壤纤毛虫对于坡向这一微气候环境的变化具有敏感性。(3)各坡向土壤纤毛虫的物种数、个体数都具有明显的表聚性。(4)利用皮尔森相关性分析得出,在所测得的土壤理化因子中对纤毛虫的物种数、个体数均具有显著正相关(P0.05)的是全氮、有机质。综合分析,影响甘南亚高寒草甸不同坡向上土壤纤毛虫群落结构变化的主要因素为全氮、土壤有机质以及地上植被状况。     

不同海拔高度高寒草甸光能利用效率的遥感模拟

利用植被光合模型模拟了藏北高原3个海拔高度(4300,4500 m和4700 m)的高寒草甸生态系统的光能利用效率.海拔4500 m的光能利用效率均值(0.47 g C/MJ)显著高于海拔4300 m(0.38 g C/MJ)和4700 m(0.35 g C/MJ),而海拔4300 m和4700 m两者间差异不显著.相关分析和多重逐步回归分析表明,影响每个海拔光能利用效率季节变化的主要因子为空气温度,相对湿度以及地表水分指数,这3个因子共同解释了99％以上的光能利用效率的季节变化,其中空气温度的贡献最大,相对湿度的贡献次之,地表水分指数的贡献最小,这说明在3个海拔的任何一个海拔高度,温度对光能利用效率季节变化的胁迫作用大于水分对光能利用效率季节变化的胁迫作用.多重逐步线性回归分析表明,生长季节均土壤含水量是决定生长季节均光能利用效率沿海拔高度分布的主导因子.单因子线性回归分析表明,地表水分指数可以定量化高寒嵩草草甸生态系统水分状况,它同时可以反应土壤水分、近地表空气湿度以及生态系统植被含水量状态.因此,在高寒嵩草草甸生态系统,用地表水分指数反应生态系统尺度水分对光能利用效率的胁迫作用是可行的.     

青藏高原东部典型高山植物叶片δ13C的季节变化

通过对青藏高原高寒草甸生态系统28种高山植物叶片不同月份稳定碳同位素组成的测定,研究植物δ 13C值在不同季节变化及其与环境之间的关系,试图找出影响δ 13C值变化的关键环境因子.结果表明植物δ13C值在不同月份间有显著性差异(P<0.01),生长初期(6月)δ13C值明显高于生长末期(8月).植物的δ13C值变化主要是由于温度和降水引起的,随温度和降雨量降低而偏重.另外,不同生长期植物叶片的成熟度可能对植物δ13C的变化有一定的贡献.不同种植物稳定性碳同位素值变化差别很大,反应了不同植物对环境变化的不同响应.     

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。