灌溉量对2种灌木光合特性和水分利用效率的影响

采用野外试验,研究了灌溉量对新疆策勒绿洲木沙拐枣（Calligonum mongolicum）和花棒（Hedysarum scoparium）光合特性和水分利用效率的影响。结果表明：（1） 随着灌溉量的增加,沙拐枣和花棒的净光合速率均增加,但是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度没有明显增加;（2） 灌溉增加了沙拐枣的清晨水势和正午水势,并且只有灌溉和无灌溉处理的正午水势差异显著（p<0.05）;而灌溉只增加了花棒的清晨水势,并且只有充分灌溉和无灌溉的条件下差异显著（p<0.05）;（3） 在不同的灌溉条件下,沙拐枣和花棒的稳定碳同位素比率δ¹³C变化不大,沙拐枣在无灌溉、适度灌溉、充分灌溉下δ¹³C的平均值分别为-12.267、-12.147、-11.958,花棒的δ¹³C分别为-27.928、-28.068、-27.166;（4） 沙拐枣和花棒的水分利用效率均在无灌溉条件下明显高于灌溉条件下,而且一次性的灌溉不会改变其水分利用效率。     

柠条(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)、花棒(Hedysarum scoparium)叶片吸水潜力及影响因素

叶片吸水是干旱荒漠人工植被区植物利用小量级降水的主要方式,对缓解植物干旱胁迫具有重要的生态水文学意义。测定了腾格里沙漠人工固沙植被区1956、1964、1981年栽植的柠条(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)和花棒(Hedysarum scoparium)叶片单位面积吸水量(LWUC)、叶片含水量增加率(R_w)、叶片水分饱和亏(WSD)、比叶面积(SLA)和叶片干物质含量(LDMC),并分析了它们与叶片水势、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及浅层、深层土壤水分之间的关系。结果表明:柠条、油蒿、花棒的叶片均具有吸收水分的能力,吸水量油蒿花棒柠条,LWUC分别为0.249～1.879、0.429～10.009、0.051～4.955 mg·cm~(-2)。LWUC最适合表征植物吸水能力的性状,柠条的LWUC与R_w、LDMC极显著正相关(P0.01),与SLA显著正相关(P0.05);油蒿的LWUC与R_w、WSD极显著正相关(P0.01);花棒的LWUC与R_w、WSD极显著正相关(P0.01),与SLA显著负相关(P0.05)。柠条和油蒿的叶片单位面积吸水量主要受叶片水势的影响,而花棒则受叶片水势和WUE的共同影响,但在不同年代的人工植被区,浅层土壤水分均为主要影响因子。     

乔木和灌木枝水分传导脆弱性沿降水量递增的分化

植物枝条失去50%水分传导时对应的水势(ψ50),称为枝的水分传导脆弱性。该指标是反映植物干旱适应能力的关键指标,也决定着植物沿降水梯度的分布。乔木和灌木枝水分传导脆弱性沿降水量递增的变化是否一致,有待揭示。基于已发表的文献,筛选出236种乔木、137种灌木,建立ψ50与分布地年均降水量及分布地干旱指数关系,来确认两大类植物的ψ50沿降水递增的变化的异同。结果表明:乔木和灌木的ψ50均随降水梯度、干旱指数的增加而增加,一元线性回归方程显著;ψ50与降水梯度、干旱指数回归方程的回归系数在乔木和灌木间差异不显著,但同一降水量下,乔木比灌木具有较低的ψ50值。我们认为灌木和乔木枝水分传导脆弱性对降水量和干旱指数递增具有相似的适应性。     

干旱对芦苇幼苗生长和叶绿素荧光的影响

盆栽试验研究了芦苇幼苗在不同土壤含水量条件下的形态结构、生物量动态、质膜透性、叶绿素含量和叶绿素荧光动力学参数.结果表明,芦苇幼苗高度、株高、基径、地上生物量随土壤含水量的减少而递减.芦苇幼苗通过个体变小、叶片数量和面积减少、生长速率减缓等适应性策略来降低蒸腾量,利用有限的可利用水分维持生命活动,达到了植物叶片水分含量与土壤可利用水分的平衡.不同强度干旱均使叶绿素含量降低,叶绿素a/b值随土壤含水量的降低而升高,减少了叶片对光能的捕获,降低光合机构遭受光氧化破坏的风险,是芦苇幼苗适应干旱的一种光保护调节机制.干旱还导致了芦苇叶片细胞膜脂过氧化,细胞质膜透性增加,重度干旱时细胞质膜透性达29.3%.PSII最大量子产量(Fv/Fm)、光化学荧光淬灭系数(qP)、PSII的非循环光合电子传递速率(ETR)下降,芦苇通过非光化学淬灭(qN)的上升保护PSII.     

钠盐对冬小麦抗旱性增效作用调控机理的生理生态学分析

以冬小麦（烟台-2070）为实验材料,苗期对冬小麦进行不同浓度钠盐(NaCl、Na2CO3、Na2SO4)处理,在随后进行的干旱胁迫和复水过程中进行叶片抗逆生理指标变化对比分析,以期探究盐处理在提高小麦抗旱性中的作用和生理调节机理,为未来干旱区农业实施盐水灌溉提供理论依据。实验采用盆栽法,将冬小麦种子盆栽,待长到第7天进行不同浓度钠盐(70 mM, 135 mM, 200 mM, 270 mM)预处理8 d, 然后进行干旱胁迫12 d和复水5 d。分别在盐处理的第4天,第8天,干旱胁迫的第4天,第8天,第12天,以及复水第5天,从不同盐处理中采集冬小麦叶片,分析叶片相对含水量、丙二醛（MDA）、脯氨酸含量及抗氧化酶活力[超氧化物岐化酶（SOD）、过氧化氢（CAT）、过氧化物酶(POD)]的动态变化,同时测定土壤含水量。结果表明,在干旱胁迫过程中,未经盐处理的对照组和低浓度(70 mM)NaCl、Na2CO3、Na2SO4溶液处理的土壤,土壤含水量急剧下降,同时冬小麦叶片相对含水量也相应的急剧下降;而用较高盐浓度处理的土壤和冬小麦叶片含水量降低较慢。在干旱胁迫过程中,对照组冬小麦在短时间（6 d）内干旱叶片便出现萎蔫,并伴随着丙二醛、脯氨酸含量、SOD等抗氧化酶活力急剧增加并一直高于盐处理的冬小麦。相反高浓度盐处理的冬小麦在干旱处理12 d时叶片直立生长良好,叶片MDA、抗氧化酶活力均增加,但增加幅度均低于对照。脯氨酸含量随干旱胁迫增加,但随盐处理浓度增加而上升幅度减小。在复水处理5 d后,叶片含水量均增加,MDA和脯氨酸含量下降,但抗氧化酶活力仍增高。荒漠环境土壤中盐离子一方面可提高土壤和植物的保水率,提高水分利用率,另一方面激活体内的抗氧化酶系统使植物较早获得抗逆能力,这可能是荒漠植物多抗逆性形成的部分生理生化原因。     

广西不同石漠化程度下典型植物水分来源分析

以广西岩溶地区不同石漠化程度下的典型优势灌木为研究对象,利用氢氧和碳稳定同位素技术,结合叶片水势和土壤水势等,分析广西石漠化地区典型植物的水分利用来源。实验结果表明：随着石漠化的加剧,植物叶片水势和d¹³C值呈降低的趋势,但并没有呈直线下降,且不同石漠化程度下植物的水势和碳同位素差异性均不显著。在轻度和中度石漠化环境下,灌木主要以吸收土壤水（＞70%）为主;重度石漠化环境下,黄荆以夏季早期降雨储存在裂隙孔隙中的水（71.1%）为主要水源,而红背山麻杆则主要吸收土壤水（57.6%）和夏季早期降雨储存在裂隙孔隙中的水（42.4%）。土壤水是石漠化地区植物水分利用的重要来源,在重度石漠化环境下,植物对岩溶裂隙水的利用比例增大。为适应石漠化地区水分不足的现象,植物具有相似的水分利用策略：保持比较低的水势,较高的水分利用效率。植物对不同水源的利用存在转移以适应石漠化环境的加剧。     

沙生植物水分特征曲线及水分关系的初步研究

应用植物水分特征曲线(PV曲线)研究了油蒿(Artemisia ordosica)和柠条(caragana korshimskii)的各种水分状况参数及其相互关系。结果表明:油蒿和柠条在干旱环境中具有相似的水分生理特点,水势降低、束缚水与自由水比值增大、组织体积弹性模量减小。在充分吸胀植物组织逐渐失水初期,水势的迅速降低主要是由于压力的降低引起的;当组织失去膨压(压力势△ψ_r,=0)后,渗透势成为水势的主要部分。植物失水临界状态的水分状况不是固定不变的,临界水势和水分饱和亏缺随干旱条件发生变化是植物响应沙地水分亏缺的特征之一。在对干旱环境的适应途径方面,油蒿具有高水势、高蒸腾的耐旱特征,细胞壁坚硬、弹度小,通过维持较高膨压保持水分;柠条具有低水势、低蒸腾的耐旱特征,细胞壁较柔软、弹性大,具较强耐脱水能力。     

盐水处理对沙拐枣气体交换特征、光合色素和可溶性糖含量的影响

通过对室外不同浓度盐水(0、4、12、20、28 g/L粗盐)灌溉的桶栽沙拐枣(Calligonum spp.)气体交换参数、光合色素和可溶性糖含量随时间变化情况的分析结果表明:随着盐处理时间的延续,(1)低盐(4～12 g/L)处理条件下沙拐枣光合作用先逐渐增强,后又因非气孔因素限制而下降;高盐(20～28 g/L)处理条件下植株前期受气孔因素限制,后期受非气孔因素限制,光合作用严重下降.(2)不同盐处理条件下沙拐枣叶绿素a(chla)、叶绿素b(chlb)、总叶绿素(chl)含量均下降,类胡萝卜素(car)、chla/b、car/chl先增加后下降,但低盐处理较高盐处理变化小.(3)低盐处理对沙拐枣可溶性糖含量变化不大,而高盐处理下其极显著增加.因此,短期低盐处理促进沙拐枣光合作用,但长期盐处理亦使植物光合作用下降;高盐处理抑制沙拐枣生长,长期处理将导致植物死亡.     

油蒿不同部位水分关系研究

应用植物PV技术研究油蒿（Artemisia ordosica Krasch）不同部位（营养枝、生殖枝、1年生枝、2年生枝、3年生枝、根系）的持水性能及其在SPAC系统的水分运移中的作用。结果表明：油蒿不同部位具有相似的水分生理特点,但各参数差异比较明显。随着木质化程度的增加,枝条（除生殖枝）饱和时最大渗透势（Ψ100π）、初始质壁分离时的渗透势（Ψ0）、相对水分亏缺（D0RW）、相对渗透水分亏缺（D0ROW）、束缚水含量（Vb）、细胞组织最大弹性模量（εmax）及ΔΨ（Ψ100π－Ψ0）逐渐增大,而自由水含量（Vf）则逐渐减小。生殖枝的Ψ100π、Ψ0、D0RW、D0ROW则大于其他枝条,根系的Ψ100π、Ψ0、D0RW、D0ROW、Vb、εmax均大于枝条,而Vf和ΔΨ小于枝条。随木质化程度增加,枝条的总水容（C）逐渐减小。C表现出两段性,在膨压消失前,枝条的水容（C1）变化不大,而在膨压消失后枝条水容（C2）随木质化程度增加而减小;总体来看,生殖枝的水容大于其他枝条,而根系水容最大。在水分胁迫条件下,木质化程度低的枝条,其较小的束缚水含量（Vb）及弹性模量（εmax）和较大的水容（C）不利于其保持体内水分以及较高的水势和膨压;而木质化程度高的枝条,其较高的束缚水含量及坚硬厚实的细胞壁则有利于其保持体内水分;根系较大的Vf和C,表明其容易失水的特性,有利于SPAC系统水分传输。     

不同地下水埋深柽柳、芦苇的生理响应

结合塔里木河中游沙吉力克断面、阿其河断面地下水位的动态监测,对柽柳、芦苇叶片的叶绿素、可溶性糖、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)等生理指标进行分析测试.研究表明,随着干旱胁迫加强,柽柳、芦苇的可溶性糖含量,MDA含量,SOD活性呈显著增加,叶绿素含量和POD活性显著减少,显示出植物受到了不同程度的干旱胁迫,并通过调节自身生理代谢过程,以增强抗旱性;柽柳、芦苇叶片各生理指标和地下水埋深存在着密切的相关关系,与可溶性糖含量、MDA含量、SOD活性呈正相关,与叶绿素含量、POD活性呈负相关;地下水位是影响塔里木河流域植物生理特征的的主要环境因子;在相同水分胁迫下,芦苇的生理过程比柽柳强烈,对地下水埋深变化更为敏感.     

Physiological Effect onHylocereus undulatusandHylocereus undatus under Simulated Karst Soil Water Deficiency

Dragon fruit (Hylocereus undulates) was planted in a large area of karst region in recent years. To understand whether karst drought may impact on its physiological process is important and useful for planning and management of this fruit. In this study, we contrasted with a relative species Hylocereus undatus, and set up experiment to study physiological and biochemical trait and its response to different karst soil water level deficiency, so as to understand the mechanism of H. undulates and H. undatus in adaptation to karst drought condition. The results showed that, trends of physiological and biochemical response to drought was similar between two species. With the intensive of soil water deficiency, such toxin substance as malonaldehyde (MDA) increased, but meanwhile, two protective enzymes superoxide dismutase (SOD) and peroxidases (POD) and osmotic adjustment Proline (Pro) increase as well. Under relative water content (RWC) >50% condition, the enzyme can effectively protect the cells from toxin MDA injure, and Pro can also maintain the water needs through osmotic adjustment. However, under RWC < 40% condition, protective enzymes were not enough for cleaning MDA. Biomass was largest under RWC=70%–80%, with low root shoot ratio and high aboveground biomass. Biomass significantly decreased under RWC 30%–40%, which decline by 73.28% and 73.56% in H. undulates and H. undatus respectively. Therefore, RWC=70%–80% would be an optimal soil moisture while developing dragon fruit in karst, which is favor to fruit production. Under moderate drought e.g. RWC=50%–60%, plants may regulate by metabolic process and balance unfavorable substance, but it allocated much more biomass to root, reduced the aboveground biomass, which is not advance for fruit production.     

水分胁迫对冷蒿和差不嘎蒿体内水分状况的影响

在土壤正常水分条件下,冷蒿的ψ_w,ψ_π和ψ_π100远远低于差不嘎蒿,RWD、Va及Va·Vs^-1远远大于差不嘎蒿,维系其生命活动的膨压只占差不嘎蒿的30%。土壤极端干旱时,差不嘎蒿的上述参数发生大幅度变化,抗旱能力随之提高。极旱的午后,二种灌木均遭旱害威胁,其水分状况参数值(ψ_w,ψ_O、Va和RWD)相差很小。旱后复灌的情况下,差不嘎蒿上述参数同样发生大幅度变化,各参数值可恢复到对照水平;冷蒿在干旱和复灌期间参数相对变化较小。多水环境使二种灌木束缚水含量明显提高,从外观生长状况看差不嘎蒿优于冷蒿。     

Summer and winter drought in a cold desert ecosystem (Colorado Plateau) part I: effects on soil water and plant water uptake

We investigated the effects of winter and summer drought on plants of the Colorado Plateau in western North America. This winter-cold, summer-hot desert region receives both winter and summer precipitation. Droughts were imposed for two consecutive years using rainout shelters. Here, we examine drought effects on the hydrologic interactions between plants and soil. We chose three perennial species for this study, representing different rooting patterns and responsiveness to precipitation pulses: Oryzopsis hymenoides, a perennial bunch grass with shallow roots; Gutierrezia sarothrae, a subshrub with dimorphic roots; and Ceratoides lanata, a predominantly deep-rooted woody shrub. Drought effects on plant water status were qualitatively similar among species, despite morphological differences. Summer drought affected the water status of all species more negatively than winter drought. Isotopic analysis of stem water revealed that all three species took up deeper soil water under drought conditions and shallow soil water after a large rainfall event in summer. Thus all three species appeared to use the same water sources most of the time. However, after a particularly dry summer, only the deepest-rooted species continued to take up soil water, while the more shallow-rooted species were either dead or dormant. Our study suggests therefore that increased occurrence of summer drought could favor the most deep-rooted species in ecosystem.     

土壤水分含量对虉草幼苗保护酶与渗透调节物质的影响

以虉草幼苗为试材,通过为期50 d的室内盆栽控水试验,按照土壤水分含量设置7个水分梯度：（10±0.5）%、（15±0.5）%、（20±0.5）%、（25±0.5）%、（30±0.5）%、（40±0.5）%（土壤水分饱和）和51%（淹水2 cm）,研究了不同土壤水分含量对植物的抗氧化酶活性、丙二醛含量、可溶性蛋白含量的影响。结果表明：（1）土壤水分含量在20%~35%之间时SOD （超氧化物歧化酶）活性较高,低于20%和高于35%时,SOD活性下降,且在不同土壤水分含量下试验50 d的SOD活性均大于试验25 d的。（2） CAT（过氧化氢酶）与POD （过氧化物酶）活性达极显著相关p<0.01,均随土壤水分含量的增加呈先大幅下降后平稳再小幅上升的趋势。（3） MDA （丙二醛）含量与SOD活性趋势相反,随土壤水分含量的增加不断下降,在试验25 d时淹水组略有上升。（4）可溶性蛋白在20%~40%之间时含量较高,植株生长状况较好,在干旱和淹水胁迫条件下可溶性蛋白含量呈下降趋势。由此可见：当虉草幼苗受到干旱等胁迫时,虉草幼苗会开启抗氧化酶系统以保护植株组织,可长时间的胁迫或者胁迫超过其耐受范围（土壤水分含量小于20%或处于土壤水分过饱和淹水条件）就会不同程度的破坏植物的防御系统从而影响其生长发育。     

Response of newly established Juniperus ashei and Carex planostachys plants to barrier-induced water restriction in surface soil

Plant species in the Edwards Plateau region of central Texas often face drought conditions. Some of these species reduce water stress by rooting into moist bedrock crevices. A dominant woody plant (Juniperus ashei) and co-occurring xeric sedge (Carex planostachys) were greenhouse-grown in growth tubes with or without water-blocking partial barriers in tubes with water added below the barrier (～70 cm). Soil moisture at various depths was related to growth response (above- and below-ground biomass, root length, and number of root tips) per species. Barrier treatment yielded significantly drier soil than non-barrier. Juniperus plants were significantly smaller with barrier treatment, while Carex showed no significant differences between treatments. The results suggest the sedge is more able than the shrub to increase root production in the upper layers of the soil when faced with access restriction to lower layers. The sedge may resist drought by exploring sub-superficial soil layers. When access to sub-superficial water sources is restricted, the shrub is more affected than the sedge. The plants’ growth in water-restricted surface soil for several months suggests these species may not need deep water to survive. In fact seedling growth may differ in mature plants.     

极端条件下几种锦鸡儿属灌木的生理特性

研究了土壤极端干旱和旱后复灌条件下4种锦鸡儿属灌木(黄刺条、甘蒙锦鸡儿、白皮锦鸡儿和狭叶锦鸡儿)的光合作用、蒸腾作用、气孔调节、水势变化、叶绿素荧光和脯氨酸累积等特征。结果显示:土壤极端干旱叠加高温、高光辐射和低空气湿度,使4种灌木的生理活动降到极限,各项生理指标对小气候因子的变化已无明显响应;旱后复灌,使4种灌木的生理活动明显恢复,对小气候因子的变化响应明显;不同种对土壤干湿变化的响应程度不同,以甘蒙锦鸡儿变化幅度最大,以白皮锦鸡儿变化幅度最小;由土壤干湿条件下的生理响应可以说明,甘蒙锦鸡儿为一喜湿种,白皮锦鸡儿对土壤干湿变化的适应幅度较小,而以黄刺条和狭叶锦鸡儿的适应幅度最大。     

黑河下游尾闾区植物群落物种多样性与稳定性格局

黑河下游尾闾区作为西北干旱区典型的脆弱生态系统,其植物群落物种多样性与稳定性对维持该地区生态安全和可持续发展具有重要意义。以黑河下游尾闾区荒漠植被为研究对象,采用K-Means聚类,基于距河道距离及其对应的土壤含水量数据,将黑河下游尾闾区垂直于河道0—4 km区域可分为距河0—0.3 km（T_0-0.3）、0.3—1.7 km（T_0.3-1.7）和1.7—4.0 km（T_1.7-4.0）3个距离梯度,研究不同距离梯度下植物群落物种组成、多样性和稳定性特征,并进一步探讨了黑河下游尾闾区主要植物最适宜土壤水分需求。结果表明：（1）近河0—0.3 km区域以耐湿耐盐碱的草本为主,优势种为芦苇（Phragmites communis）、盐爪爪（Kalidium foliatum）、苦豆子（Sophora alopecuroides）和冰草（Agropyron cristatum）;距河道0.3—1.7 km区域出现的植物种类数目最多,以乔木为主,兼有灌木和草本,优势种为柽柳和胡杨;距河道1.7—4.0 km区域出现的植物种类数目最少,以极耐旱的灌木和亚灌木等荒漠植被为主,优势种为红砂（Reaumuria songarica）和梭梭（Haloxylon ammodendron）。（2）3个距离梯度下Simpson指数、Pielou指数、Shannon-Wiener指数和丰富度指数R均表现为距河0.3—1.7 km>0—0.3 km>1.7—4.0 km,而植物群落稳定性与物种多样性间呈现出相反的变化趋势,即群落稳定性表现为距河1.7—4.0 km>0—0.3 km>0.3—1.7 km。（3）当黑河下游尾闾区距河0—0.3、0.3—1.7 km和1.7—4.0 km区域植被最适宜土壤含水量分别为27%—31%、15%—22%和4%—7%,有利于维持该区域植物群落物种多样性与稳定性。     

干旱、盐胁迫下的植物水势研究与进展

近几十年来,国内外许多学者潜心研究植物水势,在植物水势概念的提出与发展、不同植物水势的日、年变化特征及其与环境因子的关系、植物叶、茎等不同部位水势对干旱胁迫的变化以及对不同土壤盐分或自身不同含盐量的反映等方面,已经取得了非常显著的成果,积累了许多宝贵的经验。然而,该研究领域仍存在许多的漏洞与不足。笔者从研究对象、目标及内容等方面针对性地提出了今后应加强研究的方向。主要体现在,基于西部干旱区干旱缺水、风沙大、土壤盐碱度高的环境特点,可以借助于研究干旱区植物水势的特点,来揭示植物的抗旱和抗盐特性,创新之余也弥补了以往研究的不足。     

干旱沙漠地区小麦田土壤水分变化的数值模拟

利用SWAP模拟程序模拟沙漠地区小麦土壤水势变化、水分利用的结果,无论是灌淤土,还是流动沙丘沙土,即使是在最低灌溉标准(土壤水分含量保持田间持水量的40%),小麦作物仍不受干旱威胁。由于每次灌溉水量偏大,以及土壤的高渗水特性,流动沙丘风沙土深层渗漏损失率高达60%~90%,而灌淤土也达30%~70%,这种损失随灌溉量增加而增加,这表明在这一地区将灌溉量降到目前的最低标准(6 490 m³·hm^-2)以下是值得考虑的。实验区土壤养分含量较低,且施肥改良土壤水肥保持能力的效果不能立即表现,在目前的施肥标准下,施肥量对土壤水势、以及水分利用率没有显著影响。流动沙丘沙土的灌溉量远高于灌淤土,但根系区土壤水势平均值、最低值均相对较高,特别是最低值是灌淤土的2~3倍。相比两种土壤,除在表土层、根系层土壤水势有明显差异之外,临界层以下土层并无显著差异。