马尾松树轮不同组分稳定碳同位素的差异及其对气候变化响应的初步研究

比较了中国东南地区九岭山和九连山两地马尾松（Pinus massoniana）树轮不同组分δ¹³C对气候变化响应的敏感性,结果表明：α纤维素δ¹³C和综纤维素δ¹³C在均数方面较全木δ¹³C分别偏正1.170‰±0.168‰和1.211‰±0.121‰;3种组分δ¹³C年际变化序列显著正相关（p < 0.001）;两地生长季中晚期水分状况是制约马尾松树轮δ¹³C的主要因子,3种组分δ¹³C与此时段的气候要素相关性均达到显著水平（p<0.05）,3种组分δ¹³C对气候变化响应的敏感性没有显著差异。     

天目山柳杉树轮δ13C序列所反映的植物水分利用率对大气CO2浓度变化的生理响应

工业化以来,由于大量化石燃料CO₂排入大气,引起大气CO₂浓度的持续升高。研究表明,植物的光合作用、水分利用率及作物生物量等均对周围大气CO₂浓度的增加产生明显的正响应,而植物叶片的气孔导度及蒸腾速率对CO₂浓度增加产生负响应。对采自浙江西天目山地区的三株柳杉树盘交叉定年后,测定了三株树轮的δ¹³C年序列,并利用3株柳杉树轮δ¹³C序列探讨了天目山地区树木生长对大气CO₂浓度增加的生理响应——水分利用率的变化状况。结果是,三株树轮δ¹³C序列反映的水分利用率均是增加的,且增长趋势基本一致。研究结果反映了工业革命前后,树木生长对大气CO₂浓度增加所产生的明显正响应。     

极端干旱条件下策勒绿洲引种植物水分生理特征研究

在塔克拉玛干沙漠南缘的中国科学院策勒沙漠研究站植物引种筛选实验区内,以3 a生文冠果、花棒和紫叶小檗为实验材料,研究三种植物经历持续干旱到短期复水过程中的生理生态响应。结果表明：（1）干旱复水后花棒和紫叶小檗的chla、chlb、叶绿素总量以及chla/b值均随土壤含水量的增加而显著增加,文冠果的叶绿素及其组分含量减少。水分变化对chla含量影响较大。（2）三种植物的MDA含量、SS含量在复水后并没有减少,而是显著的增加,文冠果的增加量最大;各物种的脯氨酸的含量降低,紫叶小糪减少的最多。（3）三种植物的清晨水势和正午水势随土壤水分含量的增加而降低,花棒和紫叶小檗的水势变化较小,水分亏缺迹象不显著。文冠果和花棒的抗逆性较强,而紫叶小檗对水分变化比较敏感。本研究结果可为研究区引种植物的适应性及防护林建设中的植物种选择提供理论参考。     

沙漠腹地乔木状沙拐枣对灌水量的生理生态响应

对不同灌水量条件下塔克拉玛干沙漠腹地乔木状沙拐枣（Calligonum arborescens Litv）的水分生理、生长和土壤水分进行了动态测定与分析。结果表明:①在35、24.5 kg·株-1·次-1和14 kg·株-1·次-1的灌水量下,土壤水分活跃层分别为:0～200、0～160 cm和0～100 cm。根系区土壤水分为3%～4%条件下,沙拐枣能正常生长,低于2.5%就会受到水分胁迫。②早晨和午后,沙拐枣的水势随着灌溉后时间的增加而降低,前期降幅较大。随着灌水量的减小,其水势降低较快,在14 kg·株-1·次-1处理下,灌溉3 d后早晨水势和午后水势分别达到-1.3 MPa和-2.19 MPa。③随着灌水量的减少沙拐枣的日耗水量急剧减小,液流速率也快速降低,灌溉后第15天,在24.5 kg·株-1·次-1和14 kg·株-1·次-1的灌水量下沙拐枣液流速率都为双峰型曲线,第25天3个处理都呈双峰型曲线。④不同灌水量下,沙拐枣的基径、新枝长度以及新枝直径的年增长量都随着灌水量的减少而减小,方差分析表明灌水量对新枝长度的影响非常显著(P=0.05)。     

塔克拉玛干沙漠南缘头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配对不同灌溉量的响应

水是荒漠生态系统中首要限制因子。由于水分限制程度不同,植物幼苗在生长过程中表现出不同的适应策略。在塔克拉玛干沙漠南缘的沙漠-绿洲过渡带,设计了0 mm（处理A）、100 mm（处理B）、200 mm（处理C）3种不同的灌溉量,对头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配展开实验性研究。结果表明:①处理A比处理B和处理C地下生物量均有所增加;不同灌溉条件下,头状沙拐枣幼苗的根冠比均小于1,随灌溉量的减少头状沙拐枣幼苗的根冠比从0.19增加到0.32;即头状沙拐枣通过改变根系生物量分配适应水分条件变化。②随灌溉量的减少, 头状沙拐枣幼苗主根垂直深度和水平根幅均呈增加趋势。处理A时,头状沙拐枣幼苗根系深度达180 cm以上,处理B和C的根系深度均低于160 cm,表明头状沙拐枣幼苗通过根系的伸长生长来适应水分减少。③在生长过程中,头状沙拐枣通过老同化枝枯落适应土壤水分减少。④株高和冠幅随着灌溉量增加呈先增加后减小趋势,基径随着灌溉量的增加而增加,地上生长指标在不同处理间均无显著差异。     

西江水体有机碳含量变化及悬浮物碳同位素的意义

以西江马口断面水体为研究对象,讨论其有机碳含量、悬浮物同位素组成(δ¹³C、Δ¹⁴C)与环境之间的关系。西江马口断面有机碳含量呈现季节性变化,其中颗粒有机碳(POC)含量范围介于0.13~4.98mg/L之间,溶解有机碳(DOC)含量范围介于0.98~4.17mg/L之间,DOC/POC比值为1.34,远低于世界多数河流之比值。近年来马口断面悬浮物POCδ¹³C的变化范围介于-21.3‰~-26.1‰之间,随时间出现整体性漂移现象,表明流域生态环境整体改善。POCΔ¹⁴C变化范围介于-132‰~-425‰之间,与取样期间的流域降水过程及土壤的侵蚀相关。     

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。     

不同水分条件下梭梭和多花柽柳苗期光合特性及抗旱性比较

在新疆墨玉县对不同水分条件下大田栽植的梭梭和多花柽柳苗期的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率(WUE)、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等光合生理指标进行了测定,同时测定了不同灌水量下梭梭和多花柽柳在不同时刻的叶片水势,以及两树种叶片的稳定碳同位素比率。结果表明:①梭梭和多花柽柳的水势在一天中的变化趋势呈“V”字型,不同处理下多花柽柳的水势日平均值略大于梭梭。②不同灌水量对梭梭和多花柽柳的水分利用效率影响不显著,在相同处理下,梭梭的水分利用效率总是大于多花柽柳。③梭梭的δ13C值为-12.65‰～-13.39‰,多花柽柳的δ13C值为-26.85‰～-27.70‰。梭梭的δ13C值显著大于多花柽柳（P<0.05）,表明梭梭的长期水分利用效率较高。④运用隶属函数综合各个指标的比较结果来看,梭梭的抗旱性强于多花柽柳。     

20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼发育对长江入海泥沙的响应

以20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼6个钻孔潮坪层段为研究对象,根据柱样粒度特征、碳/氮元素含量、有机碳稳定同位素组成（δ¹³C）和C/N比,结合长江入海泥沙通量的变化,研究20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼发育与长江入海泥沙的响应关系。结果表明：长江入海泥沙通量及组成是20世纪50年代中期以来崇明岛东部盐沼物质粗细变化的主控因素;崇明岛东部盐沼沉积物δ¹³C与C/N比的相关程度、有机质含量与各粒径区间颗粒含量的相关性在不同时期均存在差异;20世纪60年代,长江入海泥沙量达到顶峰,流域不同侵蚀区域的泥沙相互混合,有机质含量与各粒径区间颗粒含量的相关性及δ¹³C与C/N比的相关程度均很差;20世纪90年代以来,崇明岛东部地区进行了高强度的围垦活动,δ¹³C与C/N比的相关程度下降。这表明20世纪50-80年代崇明岛东部盐沼发育受长江入海泥沙控制,20世纪90年代以来崇明岛东部盐沼发育除受长江入海泥沙控制外,还受围垦等人类活动的显著影响。     

盐生荒漠土壤水稳定氢、氧同位素组成季节动态

对准噶尔盆地东南缘降水和土壤水稳定氢、氧同位素组成（δ¹⁸O和δD）进行了测定,分析了降水中δ¹⁸O和δD值的季节变化规律,表层土壤水中δ¹⁸O和δD值对降水脉冲的动态响应以及不同深度土壤水中δ¹⁸O和δD值的变化特征。结果表明：该区域大气降水线为δD=7.691δ¹⁸O+4.606;降水与表层土壤水中δ¹⁸O和δD值表现出明显的季节变化特征;表层土壤水中δ¹⁸O和δD值、质量含水量对降水脉冲响应显著,且不同量级的降水导致不同程度的响应。利用LSD法对0~300 cm土层内土壤水中δ¹⁸O和δD值进行多重比较分析,可将土壤在垂直方向上分为3层,表层（0~50 cm）土壤水分活跃,稳定同位素值随深度的增加而迅速减小;中间层（50~180 cm）土壤水分相对活跃,既受到降水入渗和蒸发作用的影响,也有地下水的补给;深层（180~300 cm）水分来源稳定,土壤水中δ¹⁸O和δD值基本不变。     

干旱胁迫下不同地理种源蒙古沙拐枣(Calligomum mongolicum)光合及荧光特性比较

以3个地理种源(武威、张掖、酒泉)蒙古沙拐枣(Calligomum mongolicum)两年生苗木为试材,研究干旱胁迫对其光合及荧光参数的影响,并采用投影寻踪法对其进行了抗旱性评价。结果表明:干旱胁迫导致3个地理种源蒙古沙拐枣光合作用均有所下降,但下降幅度不同,尤其在张掖和酒泉种源间差异显著(p0.05)。在重度干旱时,3个种源的光合速率(Pn)酒泉武威张掖,蒸腾速率(Tr)张掖武威酒泉,气孔导度(Gs)酒泉武威张掖。干旱胁迫下,3个地理种源蒙古沙拐枣的荧光特性表现为初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(qN)升高,最大光学效率(Fv/Fm)、实际光能转化效率(ФPSⅡ)和光化学淬灭系数(qP)降低。在重度胁迫下,3个种源的Fo和qP大小排序分别为张掖武威酒泉,Fv/Fm、ФPSⅡ和qN为酒泉武威张掖。以投影寻踪法对3个地理种源蒙古沙拐枣的抗旱性排序结果为酒泉武威张掖。     

灌溉和施氮对甜叶菊(Stievia rebaudiana)光合作用和产量的影响

为了解水、氮供应水平对河西绿洲灌区甜叶菊(Stievia rebaudiana)光合作用和产量的调控效应,研究了灌溉量(常规灌溉,320mm;节水20%,灌溉256mm;节水40%,灌溉192mm)和施氮量(0、100、200、300kg·hm-2)对甜叶菊光合特性和产量的影响。结果表明:与不施氮相比,施氮可显著提高甜叶菊不同生育期光合速率和产量,施氮处理间光合速率和产量差异均不显著;灌溉量从192mm增加到320mm,甜叶菊产量随灌溉量的增加先增加后降低。施氮100、200、300kg·hm-2下甜叶菊产量分别较不施氮增产6.00%、9.17%、9.76%,256mm灌溉量和300kg·hm-2施氮量为甜叶菊高产的最优组合,产量达到4 177.50kg·hm-2。     

孑遗植物四合木(Tetraena mongolica)异地保护条件下的气候生物学特征与光合效率

为了廓清异地保护条件下孑遗濒危植物四合木(Tetraena mongolica)的气候生物学特征、光合生理生态适应性及生境适宜性,应用1971—2011年的地面气象资料进行了不同试验区的气候生物图解与分析,测定了四合木及其伴生种白刺(Nitraria tangutorum)的叶片气体交换参数及光合效率。结果表明:①四合木自然分布区(内蒙古乌海地区)与异地保护区的气候生物学特征存在明显分异;②当年种植的四合木实生苗的生长量大小依次为:乌海四合木核心区实生苗鄂尔多斯实生苗阿拉善实生苗;③自然条件下,5个处理的净光合速率(Pn)依次为阿拉善移植的四合木成株(24.05±1.68μmol·m-2·s-1)乌海客土栽培的四合木(19.97±1.05μmol·m-2·s-1)乌海栽培的四合木实生苗(18.96±1.04μmol·m-2·s-1)鄂尔多斯栽培的四合木实生苗(16.64±0.92μmol·m-2·s-1)阿拉善栽培的四合木实生苗(16.48±0.13μmol·m-2·s-1);异地保护试验区栽培的四合木实生苗的Pn没有明显差异(p≥0.05),即原生境条件下栽培的四合木实生苗的Pn较高。同时,异地保护栽培四合木实生苗中,鄂尔多斯栽培的四合木实生苗的Pn阿拉善栽培的四合木实生苗。从四合木光合作用特征中的Pn、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度、气候生物学特征和生长量等综合研究结果可以推断,从原生境区东移的实生苗迁地保护,使四合木具有更高的生理生态适宜性和环境适应性。     

土壤氮、盐浓度对盐角草(Salicornia europaea)生长发育及氮素吸收的影响

以盐生植物盐角草(Salicornia europaea)为材料,以NaCl模拟不同盐度环境,盆栽试验了氮(0.3g·kg-1,N1;0.6g·kg-1,N2;1.2g·kg-1,N3;2.4g·kg-1,N4)、盐(2.5g·kg-1,S1;5.0g·kg-1,S2;7.5g·kg-1,S3)处理对其生长发育及氮素吸收利用的影响。结果表明:(1)不同盐度下施氮均可以显著促进盐角草的生长,地上部干质量均在N2处理下达到最大,而株高均在N1时达到最高,且施氮对盐角草生长的影响与盐度有关;(2)不同盐度环境下施氮所能达到的最高干物质产量及最高施氮限量不同,表现为S3S1S2,随着施氮量的增加,氮素生产力与氮素农学利用效率均表现出下降的趋势;(3)施氮显著增加了盐角草各器官含氮量及氮吸收量,同一施氮水平下盐角草各器官含氮量及氮吸收量均表现为同化枝茎根;(4)同一施氮水平下,随着盐度的增加,盐角草同化枝渗透势显著下降,同一盐度环境下,随着施氮量的增加,同化枝渗透势呈现出下降趋势,渗透调节能力增大;(5)3个盐度环境下,施氮均增加盐角草同化枝光合色素含量,从而提高光合效率,增强其对盐渍环境的适应能力。     

3个地理种群蒙古沙拐枣同化枝解剖结构及抗旱性比较

按自然降水梯度沿河西走廊从东到西选择3个地理种群蒙古沙拐枣为研究对象,采用常规石蜡切片方法和光学显微镜观察的方法对同化枝解剖结构进行比较分析。测定了同化枝直径、细胞角质化外壁厚等15个抗旱性结构指标,并进行方差分析和相关性分析以及主成分分析,采用隶属函数对不同种群抗旱性进行综合评价。结果表明：研究的同化枝都具有典型的旱生结构,这是植物长期适应干旱环境的结果;其中14个指标在各种群间的差异极显著;筛选出了4项具有代表性的旱性结构指标——细胞角质化外壁厚、气室径向长、皮下纤维簇数/直径以及小维管束个数/直径。对蒙古沙拐枣抗旱性进行综合评价得出,3个地理种群随着水分条件的降低其抗旱性增强,抗旱性大小顺序为酒泉>张掖>武威。     

生物肥部分替代化肥对甘蓝(Brassica oleracea)养分吸收、光合作用以及品质的影响

采用大田试验,研究了化肥减量20%~40%、配施生物肥对春茬甘蓝(Brassica oleracea)生长、养分吸收利用、光合作用以及品质的影响。结果表明:与当地施肥量(底肥:N 139.2kg·hm-2,P2O5255kg·hm-2,K2O 93.6kg·hm-2;追肥:N 208.8kg·hm-2)相比,化肥减量并配施生物肥使甘蓝生长前期、后期的茎粗变小;对甘蓝的叶片数、冠幅投影面积无显著影响;叶片的气孔导度、净光合速率均与对照无显著差异;促进了甘蓝叶球生长,叶球中硝酸盐和可溶性固形物含量降低,Vc含量增加;甘蓝叶球、叶片和根系氮含量降低,氮在叶球分配的比例提高,在叶片、根系分配的比例降低。化肥减量并配施生物肥提高了幼苗株高、增加了茎粗,气孔导度和净光合速率升高,降低了硝酸盐和可溶性固形物含量、叶球氮含量和根系的钾含量。     

梭梭(Haloxylon ammodendron)叶片气孔导度与气体交换对典型降水事件的响应

C4植物以其较高的水分利用效率而表现出较强利用荒漠环境有限降水的能力,但对其气孔行为和气体交换对降水响应的理解并不深入。本研究选择荒漠区沙丘上6~7年生的梭梭(Haloxylon ammodendron),利用自制的降水拦截设施,将每次降水事件后样地中接受的降水量分别减少和增加10%、20%和30%,形成包括对照在内的7个降水梯度,研究梭梭气孔导度(Gs)与净光合速率(Pn)对典型降水事件的响应。结果表明:6~12mm的降水对土壤水分的补给集中在50cm土壤深度范围内。降水量每增加10%,Gs和Pn分别增加9.17%和4.17%;Gs和Pn在降水前后呈现先增加后降低的单峰型趋势,峰值出现在降水后第1天,两者与土壤水分含量(SVWC)、空气相对湿度(RH)以及水汽压差(VPD)显著相关。降水后梭梭黎明前叶水势在-2.08~-2.74 MPa时叶片气体交换主要受气孔因素影响,而当叶水势降至-3.16MPa以下时主要受非气孔因素控制。     

蒙古韭(Allium mongolicum)的分布和结实特性

为掌握蒙古韭(Allium mongolicum)在中国的分布现状和种群发展趋势,采用野外踏查和栽培实验相结合的方法,对其地理分布范围进行了界定;以结实量调查数据为基础,分析了不同分布区域蒙古韭的结实特点以及影响因素。结果显示:(1)蒙古韭在中国的分布区约在36°28′—46°14′N、88°39′—116°05′E之间,包括陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、新疆、青海6省(区)。(2)由于生境差异,蒙古韭不同群落中物种组成差异很大,蒙古韭多为伴生种或偶见种,很少为优势种。(3)不同生境条件下蒙古韭的结实特性差异较大,多数地区没有结实或结实率很小,主要是因为干旱导致其生殖生长受阻,加之人为因素干扰,使蒙古韭不能正常完成其生活史。     

西部中国沙棘叶片稳定碳同位素组成的空间特征及其气候意义

分析了西部中国沙棘（Hippophate rhamnoides sinensis）叶片稳定碳同位素组成特征及其与环境因子之间的关系。结果表明,中国沙棘叶片δ13C值在-30.40‰~-24.91‰之间变化,平均值约为-27.62‰,属于C3植物。随纬度和经度的升高,中国沙棘叶片δ13C值明显升高,而随海拔的升高而降低,具有明显的空间分布特征。中国沙棘叶片δ13C值与温度没有明显的关系,随蒸发量和日照时间的升高而升高,随降水量的升高有降低趋势,具有明显的气候意义。表明中国沙棘具有较高的水分利用效率,水分是控制中国沙棘δ13C值变化或生长的主导因子。