土壤水分光辐射对白榆生理因子影响的研究

在山西省方山县,采用人工控制土壤水分方法,利用模拟光源研究了白榆苗6个土壤水分水平的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和瞬时水分利用率随光辐射(I)增强的变化规律。结果表明:白榆叶片的Pn、水分利用率在I较低时〔大约0~1500μmol/(m2.s)〕,随I的增强而增大,当I进一步增强,白榆的Pn和水分利用率呈下降趋势;而白榆叶片的Tr在无水分胁迫情况下,始终随I的增强而增大。通过6个土壤梯度水分的比较得出:随土壤水分增加,白榆Pn、Tr和水分利用率的变化趋势先增大后减小。在土壤含水量为5.34%~21.76%时,白榆的光饱和点为750~1542μmol/(m2.s),光补偿点为85~35μmol/(m2.s),由光饱和点对应最大净光合速率为1.28~12.80μmol(CO2)/(m2.s)。     

土壤水分对柿树光合光响应特性的影响

采用CIRAS-2便携式光合仪测定不同土壤水分条件下2年生柿树叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度等光合生理参数的光响应过程,探讨柿树光合光响应特性对土壤水分的响应规律。结果表明：土壤水分对柿树的光合生理参数影响显著,随着土壤水分的降低,净光合速率、表观量子效率先升后降,光补偿点先降后升,光饱和点呈下降趋势;维持柿树高光合作用和高水分利用效率的适宜土壤相对含水量为48.8%～76.7%,适宜的光照强度为800～2 000μmol/（m2·s）;柿树对强光利用能力较强,而对弱光的利用效率较低;在土壤相对含水量为48.8%时,柿树光合作用主要受气孔限制,而土壤相对含水量降低到25.5%时,柿树光合作用转变为非气孔限制,通过对气孔、非气孔因素的判定,可知柿树是一种抗旱性非常强的植物。研究结果可为柿树的节水高产栽培提供理论依据。     

缙云山三种典型阔叶树光合生理特性研究

为研究缙云山三种典型阔叶树光合生理特性,并找出合适的光响应拟合曲线,通过测定自然条件下三种典型树种四川山矾（Symplocos setchuanensis）、四川大头茶（Gordonia acuminata）、白毛新木姜子（Neolitsea aurata）光合生理生态特征参数,采用修正直角双曲线模型、非直角双曲线模型对光响应曲线进行拟合,结果表明:（1）四川大头茶的光饱和点为1 048μmol/（m²·s）,光补偿点为3.25μmol/（m²·s）,四川山矾光饱和点为2337μmol/（m²·s）,光补偿点为5.48μmol/（m²·s）,白毛新木姜子光饱和点为1 164μmol/（m²·s）,光补偿点为4.62μmol/（m²·s）;（2）蒸腾速率表现为白毛新木姜子>四川大头茶>四川山矾,在相同光强下,白毛新木姜子比四川山矾蒸腾速率高0.6～0.7μmolCO₂/（m²·s）。四川山矾的耐光性最强,且可能为C4植物;对于有光抑制现象树种,修正直角双曲线模型在求光饱和点、最大净光合速率方面更具优势。     

盐池沙地不同土壤水分条件下沙柳的光响应研究

在半干旱的盐池沙区,运用Li-6400便携式光合测定系统,测定了3 a生沙柳在不同水分条件下叶片光合和蒸腾作用的光响应特性.结果表明;0～2 000μmol/(m2·s)PAR范围内,沙柳在土壤水分为2%,4%,8%,12%时的光饱和点分别为1 340,1 520,1 550和1 633 μmol/(m2·s),随土壤含水量的增大而增大;Tr随PAR的增高不断增大;最大Pn分别为8.7,9.1,9.47和19.52 μmol/(m2·s);维持较高的Pn,即净光合速率达到最大的80%时,最低光照强度均在500μmol/(m2·s)以上;既保证较高的光能利用效率又维持较高的水分利用效率的光强600～1 500 μmol/(m2·s).沙柳平均Pn随着土壤含水量的增大而增大,而平均WUE在土壤含水量为8%时达到最大值,因此,沙柳的光能利用效率和水分利用效率都比较好的SWC应该为8%左右.     

黄土半干旱地区油松与侧柏林分适宜土壤含水量研究

采用人工控制土壤水分的方法 ,野外定期现场实测了山西省方山县峪口镇径流林业试验基地内油松与侧柏人工林的土壤水分、光合速率、气孔阻力及其环境因子 ,研究了油松与侧柏光合速率与土壤含水量的关系 ,证明两树种的光合速率与土壤含水量的关系均可用回归方程 Pn=b b1 C b2 C2来表示。研究表明 ,在该地区油松与侧柏的适宜土壤含水量范围分别为 10～ 18 ,8～ 18 ,最佳适宜土壤含水量分别为 14 .2 ,13.1 ,相对应最大光合速率分别为 5 .7,8.3μmol/ m2 .s,说明在同样的水分条件下侧柏的水分利用效率要比油松高 ,侧柏更适合该地区立地条件。这为在黄土高原地区布设相应的径流林业措施、进行有效的土壤水分管理提供了理论依据。     

夏玉米水分胁迫效应的试验研究

利用光合测定系统对夏玉米灌浆前期叶片水汽交换的参数进行了系统测定,得出叶片净光合速率、蒸腾速率、叶片温度、气孔导度与水分利用效率的关系.结果表明,3种水分处理的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率都有大体一致的日变化过程,但又体现了不同水分处理的差异性.胁迫处理的水分利用效率大于湿润处理和干旱处理.水分利用效率与净光合速率、蒸腾速率的关系有很大的相似性,当净光合速率＜20μmol/m2@s时,水分利用效率基本无变化,当20μmol/m2@s＜净光合速率＜26μmol/m2@s时,水分利用效率增长最快;当蒸腾速率＜5mmol/m2@s时,水分利用效率变化不大,在5mmol/m2@s＜蒸腾速率＜7mmol/m2@s时,水分利用效率增长最快;当净光合速率＞26μmol/m2@s和蒸腾速率＞75mmol/m2@s时,水分利用效率均呈现下降趋势.水分利用效率对叶片温度有很强的敏感性,在40℃＜叶片温度＜42℃时,水分利用效率迅速增加.随气孔导度的增大,水分利用效率呈上升趋势,在140mmol/m2@s＜气孔导度＜200mmol/m2@s时,水分利用效率上升最快,气孔导度再增大时,水分利用效率趋于稳定甚或下降.     

不同土壤水分条件下白榆的光响应研究

在黄土半干旱地区,利用LI- 6400便携式光合仪的Li-6400-02B红蓝光源设定从0～2 000 μmol/(m2·s)的光强,通过人工控水的方法取得不同的水分梯度,对白榆的各生理生长参数的光响应规律进行研究,结果表明光辐射强度和土壤含水量对白榆的净光合速率,蒸腾速率和水分利用效率有十分显著的影响.白榆光合速率Pn在土壤含水量为17.68%左右时达到最大,光合利用率在光强为1 200～1 600 μmol/(m2·s)时较高.蒸腾速率Tr在各水分梯度下随光强的增大有增大的趋势,水分利用效率WUE在土壤含水量为14.86%左右达到最大,在光强为800～1 500 μmol/(m2·s)时较高.因此,白榆生长的适宜水分条件为14.86%～17.68%,光强为1 200～1 500 μmol/(m2·s)时,光能和水分利用效率都较高.     

苦竹叶片光合及水分利用率特性

为了给经营管理苦竹者提供较好的科学理论依据,作者采用LI-6400XT便携式光合测定仪,以野生苦竹林为研究对象,测定了其光合及水分利用率。结果表明:(1)苦竹净光合速率和蒸腾速率日变化均为双峰型,存在光合"午休"现象。(2)气孔导度与净光合速率呈极显著的线性关系,而且气孔导度是影响苦竹光合的主要限制因子,所以苦竹光合"午休"主要受气孔因素限制。(3)苦竹的水分利用率比较低,节水抗旱能力比较差。(4)苦竹的光补偿点为8.10μmol/(m2.s),光饱和点为1 198.66μmol/(m2.s),说明苦竹具有较强的耐阴能力,能适应较宽的光照环境。     

黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分研究

在黄土高寒区,通过人工控制土壤水分的方法,利用Li-6400便携式光合测定系统对银水牛果和沙棘苗木叶片的气体交换参数因子的光响应进行研究。结果表明,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率随着光强的增大而增强,而随着光强进一步增大,净光合速率、水分利用效率却出现下降的趋势,蒸腾速率仍继续增大。随着土壤含水量的增加,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度逐渐增大,水分利用效率先上升,在轻度水分胁迫下达到最大值后下降。在相同土壤含水量下,银水牛果光补偿点明显小于沙棘,光饱和点大于沙棘,光能利用率高于沙棘;银水牛果的表观量子效率大于沙棘,在低光强下的光合能力较高。在水分胁迫下,2种灌木相比,沙棘比银水牛果更易受强光胁迫;银水牛果对弱光的利用能力高于沙棘,水分利用效率高于沙棘,耐旱生产力较高。     

SO2胁迫对园林植物幼苗光合生理特征的影响

通过盆栽人工模拟熏气实验,设置不同浓度(2.86和5.72 mg/m3)SO2胁迫处理,以相对清洁区(CK)红花羊蹄甲、尖叶杜英、芒果、糖胶树、秋枫和樟树光合参数因子为对照,研究不同浓度SO2胁迫处理对6种园林植物光合生理特性的影响。结果表明:1)6种园林植物幼苗最大净光合速率随着SO2浓度的增加呈下降趋势,与CK相比,LSO2和HSO2处理下红花羊蹄甲、尖叶杜英、芒果、糖胶树、秋枫和樟树最大净光合速率分别下降了20.96%和38.35%、45.32%和52.17%、69.21%和71.19%、58.30%和61.88%、43.90%和56.10%、25.26%和40.34%;2)相对清洁区(CK),红花羊蹄甲、芒果、糖胶树、秋枫和樟树光饱和点介于748～1 016μmol/(m2.s)之间,光补偿点介于4.0～9.3μmol/(m2.s)之间,表现出较强的喜光和耐阴特性,在不同SO2浓度处理下,6种园林植物光饱和点与CK相比有不同程度的降低,下降幅度最大为芒果、糖胶树和秋枫,降幅最小的为樟树;3)不同SO2浓度对6种园林植物光补偿点的影响不明显,经过SO2污染胁迫后6种植物光适应范围变窄,适应性变差;4)红花羊蹄甲和樟树保持了较高的净光合速率和水分利用效率,对SO2胁迫适应能力较强。研究结果可为火电厂、陶瓷厂、钢铁厂、石化厂等重度酸污染地区植物选择提供参考。     

黄土高原主要水土保持树种的蒸腾特性

采用精度为0.001 g的精密电子天平和露点水势仪对山杨、刺槐、油松和侧柏的叶片保水力、蒸腾速率日变化及叶水势日变化进行测定。结果表明：自然条件下,4树种叶片保水力从小到大依次为山杨、刺槐、油松、侧柏,其叶片分别经过19、41、49和77 h达自然风干状态;各树种日平均蒸腾速率由大到小的顺序为山杨（0.616 mmol/（m^2·s））〉刺槐（0.605 mmol/（m^2·s））〉油松（0.318 mmol/（m^2·s））〉侧柏（0.270 mmol/（m^2·s））,日最大蒸腾速率的排序为山杨（1.196 mmol/（m^2·s））〉刺槐（1.190 mmol/（m^2·s））〉油松（0.723 mmol/（m^2·s））〉侧柏（0.704 mmol/（m^2·s））;4个树种叶水势以清晨最高,中午最低,傍晚又有所恢复,日变化呈波浪形,日变幅以刺槐最大,其次为山杨和侧柏,油松最小;4个树种叶水势与蒸腾速率之间的关系呈负相关,可用对数曲线来拟合;各树种单位叶面积（cm2）的日（以12 h计）蒸腾耗水量由大到小为：山杨（0.48 mm）〉刺槐（0.47 mm）〉油松（0.25 mm）〉侧柏（0.21 mm）。     

黄土高原南部半湿润残塬沟壑区人工纯林土壤性质极化研究

为充分认识黄土高原南部半湿润残塬沟壑区主要人工纯林土壤性质的极化趋势,采用多样地多样点混合取土法,对该区进入后期成熟生长期的油松（Pinus tabulaeformis）、侧柏（Platycladus orientalis）和刺槐（Robinia pseudoacia）等人工纯林,以及相同立地条件下植被充分覆盖、生长旺盛的天然草地（对照）土壤性质进行测定。结果表明：油松林土壤物理性质弱度恶化（极化度Pr为-9．26％）,有偏酸性发展的趋势,中度贫养化（Pr为-11．54％）,部分酶活性中度恶化（Pr为-12．88％）,微生物总数量有所增加;侧柏林土壤物理性质有恶化趋势,pH值保持基本稳定,弱度贫养化（Pr为-8．24％）,部分酶活性尚未发生明显极化,微生物总数量保持基本稳定;刺槐林土壤物理性质呈中度恶化（Pr为-12．74％）,pH值保持基本稳定,中度贫养化（Pr为-12．77％）,部分酶活性弱度恶化（Pr为-8．89％）,微生物总数量保持基本稳定;各种土壤性质的绝对综合极化程度表现为微生物数量组成最为敏感,酸碱性相对变化缓慢。可见,长期生长或多代连栽的人工纯林土壤性质存在极化和退化的危险。     

黄土丘陵区紫丁香叶片气体交换参数的日变化及光响应

 在半干旱黄土丘陵沟壑区,应用英国PPS公司生产的CIRAS2型光合作用系统,测定不同土壤水分下4年生紫丁香(SyringaoblataLindl.)叶片气体交换参数的日变化和光响应特性。结果表明:丁香光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率、气孔导度、胞间CO2浓度等气体交换参数,对土壤水分和光合有效辐射的变化,具有明显的阈值响应。有利于丁香光合作用和水分有效利用的适宜土壤质量含水量范围在15%～19.5%之间,土壤相对含水量为58.8%～76.6%;适宜的光合有效辐射强度范围在600～1000μmol/(m2·s)之间。在此土壤质量含水量和光合有效辐射强度范围内,丁香的光合作用和生长过程不会发生较大的水分胁迫和强光胁迫,也不会发生蒸腾速率过高造成的无效蒸腾耗水,因而能获得较高的光合速率和叶片水分利用率。维持丁香正常生理和生长过程所需的最低土壤质量含水量在11.6%(土壤相对含水量为45.7%)左右,相应的最高光合有效辐射强度在800μmol/(m2 ·s)左右,土壤质量含水量降低或光合有效辐射强度升高,会导致严重水分胁迫和。     

水源涵养林林木耗水称重法试验研究

 为在水源涵养林林木培育中选择耗水量较低的树种,在北京密云水库水源涵养林集水区,采用小型蒸渗系统测定仪和TDR等仪器,用称重法研究了6个野外水源涵养林树种的耗水特性,对6个树种的日平均耗水进行了比较,对不同天气情况下各树种的耗水特性进行了比较。在正常水分条件下,各树种的日耗水量,从小到大依次为荆条(Vitexnegundovar.heterophylla)、油松(Pinustabulaeformis)、臭椿(Ailanthusaltissima)、侧柏(Platycladusorientalis)、杨树(Populussp)、刺槐(Robiniapseudoacacia);6年生荆条在7—9月份平均日耗水量为0.28kg,7年生油松在7—9月份平均日耗水量为0.57kg,3年生臭椿在7—9月份平均日耗水量为0.55kg,7年生侧柏在7—9月份平均日耗水量为0.7kg,3年生杨树在7—9月份平均日耗水量为0.77kg,5年生刺槐在7—9月份平均日耗水量为0.78kg。结果表明,荆条、臭椿和油松是耗水较少树种,适合在水源涵养林中应用。     

晋西黄土区典型林地土壤水分变化特征

选择晋西黄土区蔡家川流域5种典型林地(山杨×辽东栎天然次生林、人工油松×刺槐混交林、人工油松林、人工刺槐林、人工侧柏林)作为研究对象,在每块样地中心布设1个土壤水分观测点,采用TRIME-TDR土壤水分测定仪定位观测2016—2018年1—12月的土壤体积含水量,测定深度为200 cm,每20 cm为1个测层,每月分上、中、下旬进行土壤水分含量观测,分析不同林地类型土壤水分年内变化规律和土壤水分垂直变化规律。结果表明:(1)研究区不同林地土壤水分年内变化可以划分为稳定期(1—3月)、波动期(4—6月)、增长期(7—9月)和消耗期(10—12月)4个时期,5种林分类型的年平均土壤储水量按照从大到小的排序为天然次生林地(338.68 mm)>人工油松林地(319.74 mm)>人工侧柏林地(314.15 mm)>人工油松×刺槐混交林地(303.37 mm)>人工刺槐林地(292.03 mm),刺槐林地耗水量最大。(2)在雨季末,研究区5种林分类型林地土壤水分均得到了正向补充,且土壤水分的恢复能力大小排序为次生林地>针叶林地>混交林地>刺槐纯林。(3)研究区土壤水分垂直变化可划分为土壤水分含量速变层和土壤水分含量相对稳定层2个层次;随着土层深度增加,不同林地类型剖面平均含水量总体上先增大后减小。不同林地类型表层土壤水分含量为侧柏林地>次生林地>油松林地>油松×刺槐混交林地>刺槐林地;土壤水分的补充深度为天然林地>针叶林地>油松×刺槐混交林地>刺槐纯林。     

银中杨光合作用和蒸腾作用对土壤干旱的响应

 以银中杨3年生苗木为试验材料,通过盆栽试验,研究土壤干旱程度、干旱持续时间和逐渐干旱对银中杨叶片气体交换参数的日变化和光响应过程的影响。结果表明:银中杨具有较强的抗旱性;适度干旱有利于银中杨光合作用;逐渐干旱过程中,土壤含水量在40.1%～20.2%范围内,光合速率随着含水量的减少而降低,但降低幅度较小,表观量子效率基本不变;土壤含水量为15.5%时的光合能力则大幅度下降;银中杨的光饱和点在750～1300μmol.m-2.s-1之间,随着土壤含水量的下降,光饱和点降低;光合速率和腾速率与气孔导度的正相关性较强,与胞间CO2则有负相关的趋势;在逐渐干旱过程中,水分利用率随着含水量的下降而上升,但长时间的严重干旱胁迫导致水分利用率降低;在相同含水量条件下,逐渐干旱对各光合参数的影响均小于梯度干旱,这说明银中杨光合作用能忍受暂时的干旱,重度水分胁迫持续时间较长时,光合速率和蒸腾速率大幅度降低,这是银中杨对干旱的一种适应方式。     

太行山典型区域不同林分类型枯落物水文效应

采用样地调查和室内浸泡法,对河北易县洪崖山自然保护区葫芦峪林场6种不同林分类型枯落物的水文效应进行研究。结果表明:6种林分类型枯落物的蓄积量范围为5.25～15.70 t/hm~2,蓄积量总体为阔叶林刺槐最大,针阔混交林次之,针叶林最小,各林分半分解层蓄积量总体大于未分解层(油松纯林、黑枣和油松混交林未分解层大于半分解层);最大持水量范围为10.55～25.04 t/hm~2,阔叶林栓皮栎(25.04 t/hm~2)最大,刺槐纯林(23.66 t/hm~2)次之,针叶林油松(10.55 t/hm~2)最小;最大持水率范围是171.19%～260.20%,针叶林油松最大,侧柏最小;有效拦蓄量范围为6.25～17.60 t/hm~2,阔叶林栓皮栎(17.60 t/hm~2)最大,刺槐纯林次之(17.30 t/hm~2),针叶林侧柏(6.25 t/hm~2)最小;有效拦蓄率略有不同,针叶林油松最大,其值为180.29%,阔叶林栓皮栎(162.98%)次之,针阔混交林黑枣和油松最小,其值为77.22%。综合研究分析表明,栓皮栎和刺槐的枯落物层持水能力较佳,该地区栓皮栎林和刺槐林枯落物层水源涵养能力优于其他4种林分类型的枯落物。     

多因素干扰下森林公园枯落物水文效应

为探究森林公园植被的水源涵养能力,为森林公园植被配置和经营管理提供依据,研究选取天龙山森林公园6种林分(油松、山杨、刺槐、油松—侧柏混交林、侧柏—油松—杏树混交和灌木林)为研究对象,通过测定林下枯落物厚度、蓄积量、持水性能和干扰度等指标,研究不同林分类型枯落物水文效应。结果表明:(1)所有林分枯落物干扰度范围为无到中度,厚度范围为0.57~2.63 cm,山杨最厚,侧柏—油松—杏混交林最薄;蓄积量范围为7.20~16.30 t/hm²,油松—侧柏混交林最大,侧柏—油松—杏混交林最小。(2)6种林分除山杨林以外,半分解层最大持水量均大于未分解层持水量,其中油松—侧柏最大,山杨最小;未分解层最大持水率均大于半分解层,刺槐最大,灌木林最小。枯落物的总最大持水量为20.02~27.90 t/hm²,总最大持水率为187.40%~277.89%,针阔混交林的持水率较高。(3)山杨有效拦蓄量最大,为15.05 t/hm²,而油松最小,为12.33 t/hm²;侧柏—油松—杏混交林的拦蓄率最大;(4)枯落物持水量、持水率与时间分别为对数和幂函数关系,均在泡水2 h达到极值。综合对比6种林分,轻度干扰的山杨水文效益最优,中度干扰的油松纯林、油松—侧柏混交林最差;阔叶树种水文效应较优于针叶树种,针阔混交优于纯林。研究结果可为森林公园植被管理和水土保持效益评价提供参考依据。     

晋西黄土丘陵沟壑区人工林下草本植物生物多样性研究

以长武王东沟小流域径流小区为试验点,研究了于黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分特征,分析了降雨量、植被覆盖度对地表土壤水分的影响,旨在为该区植被恢复和水土流失治理提供科学的理论依据。研究结果表明,0—30cm土层土壤含水量呈现中等变异。15°阳坡土壤含水量小于35°半阳坡土壤含水量。土壤水分的变化趋势与降雨量的变化趋势基本一致,0—10cm土层土壤含水量与降雨量具有良好的同步性,而10—20cm土层和20—30cm土层土壤含水量的同步性较差。植被覆盖度越高,其土壤平均含水量就越高,植被覆盖度达到40%时,中坡和下坡的剖面各层土壤含水量随深度增加而减少的趋势更加明显。土壤平均含水量从坡顶到坡底逐渐增加。0—30cm土层土壤含水量随深度增加而减少。     

CARBON FIXATION OF CYANOBACTERIAL–ALGAL CRUSTS AFTER DESERT FIXATION AND ITS IMPLICATION TO SOIL ORGANIC CARBON ACCUMULATION IN DESERT

Enhanced carbon fixation in soil crusts may facilitate the restoration of damaged ecosystems, but this requires greater knowledge of carbon fixation patterns and mechanisms. We measured the net photosynthetic rate (P_n) and estimated annual carbon fixation (ACF) in cyanobacterial–algal crusts after desert fixation in the Tengger Desert, northwestern China. The accumulated carbon fixation since the establishment of a restoration site was also calculated. In addition, stepwise regression analysis was used to study the relation between P_n and ACF and the physicochemical properties of crusts. Results showed that P_n was significantly higher at a more established 51‐year‐old restoration site (1·57 µmol m⁻² s⁻¹) than at a younger 15‐year‐old site (0·92 µmol m⁻² s⁻¹). The ACF also increased significantly with restoration time, but in two temporal phases, a slower ACF phase between 15 and 26 years of restoration (0·28–0·7 gC m⁻² y⁻¹) and a high ACF phase after 43–51 years of restoration (3·3 gC m⁻² y⁻¹). Stepwise regression analysis revealed that P_n was significantly correlated with chlorophyll a and crust cover, whereas ACF was only correlated with crust cover. Accumulated carbon fixation increased from 2·9 gC m⁻² after 15 years to 35·4 gC m⁻² at 51 years following establishment of the restoration site. The accumulated carbon fixation was positively correlated with soil organic carbon content. This study demonstrated that carbon fixation by cyanobacterial–algal crusts increased progressively after desert fixation. Artificial measures, like the establishment of these restoration zones, can facilitate the colonization and development of biological soil crusts and are an effective biological tool for desert soil restoration. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.