降水对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤水氘特征的影响

【目的】分析我国南亚热带鼎湖山季风常绿阔叶林土壤水的水分来源、不同强度降水在土壤剖面中的时空运移过程及对各层土壤水的贡献率,为研究降水格局变化下鼎湖山自然保护区森林生态系统水循环过程及区域水资源科学管理等提供科学依据。【方法】利用氘同位素技术,比较不同降水条件下鼎湖山季风常绿阔叶林土壤水δD与潜在水源(大气降水、浅层地下水)δD,阐明土壤水的水分来源和降水在土壤剖面中的时空分布特征;运用二元线性混合模型计算不同强度降水对各层土壤水的贡献率。【结果】鼎湖山季风常绿阔叶林中土壤水δD介于大气降水δD和浅层地下水δD之间,土壤水主要来源于大气降水和浅层地下水;雨后5天内,小雨(9.8 mm)对0~10 cm表层土壤水贡献率最高(31.2%~44.6%),对10~40 cm深处土壤水贡献率次之(24.2%~32.0%),对40~80 cm深处土壤水贡献率较小(8.3%~15.7%),对80~100 cm深层土壤水贡献率最小(接近于0);雨后5天为中雨(20.0 mm)对0~10 cm表层土壤水贡献率最大(63.3%~78.9%),对10~40 cm深处土壤水贡献率次之(46.9%~74.0%),对40~80 cm深处土壤水贡献率较小(37.9%~63.0%),对80~100 cm深处土壤水贡献率最小(35.8%~47.5%);无论湿季还是干季,大雨(降水量30 mm)后第1天,该次降水可渗透到80 cm以下深层土壤,且对80~100 cm深层土壤水的贡献率高达94.1%。【结论】0~10 cm表层土壤水δD与降水δD变化趋势一致,林中表层土壤水δD主要受降水δD的控制;降水强度越大,降水从土壤表层向深层土壤渗透速度越快,对80~100 cm深处土壤水δD影响越明显,降水对各层次土壤水的贡献率也越大;土壤剖面中土壤水δD的时空变化特征可指示降水在土壤剖面运移过程;无论小雨还是中雨,80 cm以下深层土壤水δD变化幅度较小,表明鼎湖山季风常绿阔叶林植被结构对降水在土壤剖面入渗过程具有显著的调控作用。     

北京山区侧柏利用水分来源对降水的响应

【目的】探究降水不足的北京山区降水量变化对侧柏利用水分来源的影响,为了解侧柏对土壤干旱胁迫的响应提供理论依据。【方法】2015年7月,测定侧柏枝条及各潜在水源的稳定氢氧同位素(18O/16O、2H/1H)比率,利用Iso-Source多元线性混合模型,计算2015年6月29日—7月1日3天不同降水梯度(A区:完全遮断自然降水,降水量0 mm;B区:遮挡自然降水的一半,降水量12.7 mm;C区:无遮挡自然降水,降水量25.4 mm;D区:将A区降水输入该区,形成双倍降水,降水量50.8 mm)下侧柏对各层土壤水和地下水的利用率。【结果】随降水量增加,侧柏表现出"二态"结构特征,其水分来源从深层逐渐向表层转移;A区侧柏主要吸收60~100 cm土层土壤水和地下水,利用率分别为31.5%和32.8%;B区侧柏与A区相似,对60~100 cm土层土壤水和地下水的利用率分别为28.1%和25.7%,对0~20、20~40和40~60 cm土层土壤水的利用率在15.4%左右;与B区相比,C区侧柏对60~100 cm土层土壤水和地下水的利用率有所减少,分别为19.8%和22.8%,对0~20和20~40 cm土层土壤水的利用率增加,分别为17.8%和22.9%;D区侧柏水分来源与C区相近,对0~20、20~40和60~100cm土壤水和地下水都有利用,利用率为20.0%~25.2%。【结论】侧柏能根据水分条件调整对水源的利用率,这种适应水分环境的水分利用能力有利于侧柏度过极端干旱胁迫。     

黄土塬区苹果园蒸散与环境因素的关系

【目的】分析不同时间尺度下不同林龄苹果林蒸腾量与环境因子的关系,建立蒸腾量与环境因子的关系模型,研究蒸腾量、降水量、土壤储水量之间的关系以及不同林龄苹果林蒸腾占蒸散的比例,为果树生长重要时期提出减少土壤蒸发、控制果树蒸腾和提高果树水分利用效率的方法提供参考。【方法】在黄土高原沟壑区的典型代表长武塬,选取10龄和20龄苹果林生态系统为研究对象,用热扩散探针法对2015年苹果树生长季日、月尺度下苹果树干液流速率进行连续监测,用位于距样地50 m处的自动气象观测站连续监测获取气象数据,同时进行土壤水分含量以及土壤蒸发量的测定。【结果】1)日尺度下,苹果林蒸腾与空气温度和水汽压差均呈现正相关关系,但当VPD1 kPa时,2个林龄的苹果林日蒸腾量均有所下降;月尺度下,与蒸腾相关的环境因子仍为空气温度和水汽压差。2)在月尺度下,按土壤储存与消耗的水量可以将试验期分为3个时期:土壤水分迅速耗水期(5—7月)、土壤水分平稳期(8月)、土壤水分缓慢消耗期(9—10月)。10龄苹果林蒸腾耗水主要集中在0~300 cm土层,而20龄苹果林蒸腾所需水分来源于0~600 cm土层,在极度缺水的7月份,300~600 cm土层的贡献更多。3)20龄苹果林Tr/ET为29.25%~67.51%,10龄苹果林Tr/ET为36.44%~62.06%,2个林龄的Tr/ET整体表现为先升高后降低。20龄苹果林Tr/ET在8月达到峰值后急剧下降,而10龄苹果林经过1个缓慢下降的过渡期后,从9月份开始急剧下降。【结论】随着时间尺度的增大,进入蒸腾量与环境因子回归方程的环境因子个数减少且水汽压差在日、月尺度下均为不同林龄苹果林蒸腾的主导因子。10龄苹果林蒸腾耗水主要集中在0~300 cm土层,而20龄苹果林蒸腾所需水分来源于0~600 cm土层,在极度缺水的7月份,300~600 cm土层的贡献更多。8月下旬之后,应对20龄苹果林采取适当的保墒措施以减少土壤蒸发,但对10龄苹果林而言,相应的保墒措施可以在9月份之后进行,以期为翌年苹果树健康生长提供优质的土壤水分条件。     

北京山区侧柏用水来源随水分条件变化的多时间尺度

【目的】探究北京山区典型树种侧柏的用水来源在不同时间尺度下对水分条件变化的响应,为该地区侧柏林的经营管理提供科学支撑。【方法】以北京山区典型造林树种侧柏为研究对象,选择连续的具不同降水量的3个年份,即2015年(年降水量580 mm,平水年)、2016年(年降水量649.8 mm,偏丰年)和2017年(年降水量309.3 mm,枯水年),利用稳定氢氧同位素技术,结合MixSIAR来源混合模型,分析在不同年降水条件下侧柏用水来源特征;同步监测样地气象要素以及土壤含水率等信息,计算土壤相对可利用水分(REW),分析侧柏用水的水分来源与水分条件的相关性。【结果】1)深层(4～100 cm)土壤REW显著大于浅层(0～40 cm)土壤(P<0.05),降雨使得各层REW显著提高;雨季REW显著大于旱季。浅层(0～40 cm)土壤的REW在2016年(0.341)和2017年(0.360)中显著低于2015年(0.423)(P<0.05),而深层土壤REW在3年间差异均不显著,按年份顺序分别为0.613、0.618和0.587。2)侧柏的用水来源贡献率总体表现为深层土壤大于浅层土壤,...     

北京山区侧柏和栓皮栎的水分利用特征

【目的】探讨北京山区典型乔木侧柏和栓皮栎的水分利用情况,为北京山区植被建设提供参考和理论依据。【方法】通过测定其木质部水分及其不同水源的稳定氢氧同位素值,利用多源线性混合模型(iso-source),再结合茎干液流计(TDP),分析不同水源对2种植物的贡献率和贡献量。【结果】结果表明:1)2个树种在旱季和雨季的茎干液流通量排序为:旱季侧柏(5.87 kg)旱季栓皮栎(9.42 kg)雨季侧柏(13.42 kg)雨季栓皮栎(18.26 kg)。2)侧柏在旱季主要利用深层60~80 cm的土壤水分和地下水,利用率分别为19.8%和51.4%,日平均利用量为1.16和3.02 kg;在雨季主要利用表层0~20 cm的土壤水分和地下水,利用率分别为51.4%和27.7%,日平均利用量为6.90和3.72 kg。3)栓皮栎在旱季表层0~20 cm的土壤水分和深层60~80 cm的土壤水分利用率贡献最大,分别为53.5%和20.2%,日平均利用量为5.04和1.90 kg;在雨季的水分利用率贡献最大的还是集中在表层0~20cm的土壤水和地下水分,利用率分别为51.8%和38.1%,日平均利用量为9.46和6.96 kg。【结论】从侧柏和栓皮栎的水分利用特征来看,2个树种对各水源的利用深度相似,在造林树种选择时,应避免混交产生竞争。在季节性干旱的北京山区水分匮缺,在造林时应优先选择蒸腾耗水较小的侧柏树种。     

绍兴淡水湿地森林土壤水氘同位素对降水的响应

【目的】以浙江省绍兴市汤浦水库库区3种淡水湿地森林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)为研究对象,分析不同量级降水后其土壤水氘同位素的时空变化规律,定量阐明降水对各层土壤水的贡献率,为揭示降水在该淡水湿地森林生态系统水循环中的分配规律提供科学依据。【方法】利用稳定同位素技术研究3类淡水湿地森林土壤水氘同位素值在3次不同量级降水后的动态变化,分析比较土壤水与其潜在水源(大气降水、浅层地下水等)的氘同位素值(δD),判断林中土壤水来源;运用二元线性混合模型计算不同量级降水对这3种湿地森林中枯枝落叶层及各层土壤水的贡献率。【结果】绍兴汤浦水库库区淡水湿地森林中的土壤水δD在3次不同量级降水后均介于大气降水δD和浅层地下水δD之间,表明该库区土壤水主要来源于降水和浅层地下水;小雨(7.5 mm)后,3个林地0～60 cm土层土壤水δD值较雨前对照略有升高,而60～100 cm深层土壤水δD值变化很小,表明7.5 mm降水可入渗补给到0～60 cm土层;中雨(14.5 mm)后第1天,阔叶林、针阔混交林和针叶林0～100 cm土层土壤水δD均值分别降低了9.5‰±4.0‰,9.3‰±4.1‰和7.0‰±2.6‰,中雨后9天内,3个林地各层土壤水δD值随采样天数的增加逐渐升高并接近雨前对照,表明降水δD对土壤δD的影响逐渐减小;大雨(35.0 mm)后第1天,3个林地枯枝落叶水和表层(0～20 cm)土壤水δD值接近降水δD值;不同量级降水对3个林地枯枝落叶水的贡献率最大,0～20 cm表层土壤水次之,随着采样天数增加,降水对各层土壤水的贡献率皆呈现减小的趋势;降水事件(不同量级降水)是影响雨后土壤水δD以及该次降水对土壤水贡献率的主要因子。【结论】浙江绍兴汤浦水库库区不同类型淡水湿地森林中枯枝落叶层水δD对降水δD的响应最显著,0～20 cm表层土壤水δD的响应次之;单次降水量越大,降水对各层土壤水的影响越明显,贡献率也越大,大雨(降水量20 mm)影响各层土壤水的时间超过9天;该地区淡水湿地森林对小雨(降水量≤10 mm)和中雨(10 mm降水量≤20 mm)在土壤剖面的入渗具有一定的调控作用,且降水在针阔混交林土壤中存留时间最长,针叶林最短,可见,浙江绍兴汤浦水库混交林(阔叶林和针阔混交林)对小雨及中雨的调控作用略优于纯林(针叶林)。建议今后在长三角地区进行人工淡水湿地森林植被恢复和构建时应考虑多树种混交种植。     

利用氘同位素研究太行山南麓枣树水分利用的季节性变化

通过测定水中氘同位素的比值来研究枣树在不同水分条件下水分利用的季节性变化.试验结果显示:深层土壤δD值比较稳定,表层土壤水因蒸发而产生氢同位素的分馏,氘同位素富集,旱季表层土壤δD值与土壤含水量呈极显著负相关(R2=0.69,P＜0.01).枣树枝条δD值与表层土壤δD值呈极显著的正相关(R2=0.75,P＜0.01),与深层土壤δD值相关性不强,表明来源于表层土壤的水分能显著地影响到枝条δD值变化.雨季的降水不但增加表层土壤水分含量,也促使表层新根的生长.其根长比旱季增加621.46%,尤其是细根(平均直径0.16mm),从而提高根系对表层土壤水分的吸收.枣树枝条中的水分有一半以上来自于深层土壤,表层土壤水分的贡献决定枣树体内的水分平衡和受胁迫的程度.枝条中的δD值与枝条栓塞程度、叶片水势和光合速率显著相关,枝条δD值可以作为水分生理状态的一个指标.利用枝条δD值来量化植物水分欠缺程度,可以为植物水分利用效率研究提供参考.     

西鄂尔多斯半日花及霸王的水分利用

【目的】研究西鄂尔多斯荒漠珍稀濒危植物半日花及霸王对不同强度降水的利用模式,以期阐明植物的生长规律和分布趋势及其对降水变化的适应机制,为荒漠珍稀濒危植物保护提供参考。【方法】利用氢稳定同位素技术,分析比较3次不同强度降水后9天内,半日花、霸王植物(茎)水δD与其潜在水源(降水、土壤水、地下水)δD,定量阐明半日花、霸王对不同强度降水的利用率。【结果】1)8.6 mm降水后9天内,0~20 cm表层土壤含水量明显上升、土壤水δD降低,12.1 mm降水后9天内,0~40 cm土壤含水量和土壤水δD变化明显,79.6 mm降水后9天内,各层土壤含水量显著上升、土壤水δD降低;2)降水后9天内,半日花和霸王对大雨(20 mm)的利用率最高,分别为76.4%~98.5%和55.6%~74.3%;半日花对小雨(10 mm)的最高利用率为67.0%,对中雨的最高利用率为71.8%,表明半日花可充分吸收利用有限的水分,并最大限度地利用该地区大气降水,以更好地生存和生长;3)在3种不同降水强度下,半日花对降水的利用率皆显著高于其伴生植物霸王;4)在中等降水强度(10 mm降水量≤20 mm)条件下,霸王和半日花存在明显的竞争水分现象,在小降水强度(10 mm)条件下,霸王和半日花利用不同深度土壤水,无水分竞争现象;5)半日花的根系主要分布在0~40 cm土层中,细根在0~20和20~40 cm土层中分别占该层根系生物量的58%和37%;霸王根系主要分布在20~60 cm土层,其中细根(≤2 mm)在20~60 cm土层中分布最多(68.2%)。【结论】小雨(10 mm)对表层土壤水(0~20 cm)δD有影响,中雨(10 mm降水量≤20 mm)对0~40 cm土壤水δD有影响,大雨(20 mm)对各层土壤水δD均有明显影响;半日花对不同强度降水均能充分有效地利用,霸王对大雨有明显的响应,这2种植物的水分利用策略与其细根分布相一致。     

基于光谱水分指数的核桃叶片含水量估算模型

【目的】采用光谱技术定量反演果实不同生育时期叶片含水量,为新疆南疆盆地人工绿洲核桃节水灌溉与水分管理提供技术支持。【方法】以‘温185’核桃叶片为研究对象,利用Uni Spec-SC便携式光谱仪测定核桃果实不同生育时期的叶片光谱反射率,以水分指数(WI)、水分波段指数(WBI)、归一化水分指数(NDWI)、比值指数(WI/NDWI)、中心波长比值指数(Ratio975)和光化/生理反射(PRI)6种光谱水分指数为自变量,分别采用一元线性回归(MLR)、多元线性逐步回归(SMLR)、主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(SPLR)构建‘温185’核桃果实坐果期、速生生长期、硬核期、脂化期和近成熟期叶片含水量的光谱估算模型,并利用独立样本对模型精度进行检验和评价。【结果】在可见光波段,光谱反射率随叶片含水量的增加而增大,而在近红外波段,随叶片含水量的增加光谱反射率则呈减弱趋势,且绿光、黄光、红光、近红外光波段均是‘温185’核桃叶片水分含量的光谱敏感波段。果实不同生育时期叶片含水量与光谱水分指数的相关性虽均达极显著水平(P0.01),但相关系数绝对值的大小有较大差异。采用不同方法所构建的叶片含水量光谱估算模型中,果实坐果期、硬核期、脂化期和近成熟期以SMLR模型拟合度(R~2)最高,均在0.82以上,果实速生生长期则以PCR模型拟合度(R~2)最高,达到0.877 4,且采用独立样本对2种回归模型检验的均方根误差(0.613 7 g·kg~(-1)≤RMSE≤5.774 6 g·kg~(-1))和相对误差(0.818 2%≤RE≤2.977 5%)均较小,并均通过置信椭圆检验,模型估算值与实测值一致;而构建的果实不同生育时期叶片含水量MLR和SPLR模型拟合度(R~2)均较低,且均方根误差(1.021 0 g·kg~(-1)≤RMSE≤11.205 6 g·kg~(-1))和相对误差(1.109 7%≤RE≤3.680 8%)较大,表明模型估算效果均较差。【结论】所筛选的‘温185’核桃果实坐果期、硬核期、脂化期、近成熟期叶片含水量SMLR光谱估算模型和果实速生生长期叶片含水量PCR光谱估算模型具有很好的稳定性和较高的估算精度。可应用光谱水分指数构建叶片含水量估算模型,以用于新疆南疆盆地人工绿洲核桃果实不同生育时期叶片含水量的定量适时反演。光谱技术在核桃树体水分含量信息探测方面有较大的应用潜力。     

绍兴淡水湿地人工林优势树种水分利用策略

【目的】以浙江省绍兴市汤浦水库库区3种15～20年生湿地人工林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)中的优势树种美洲黑杨、北美枫香、柳叶栎、河桦和池杉为研究对象,分析3次不同量级降水后9天内各树种植物水δD组成,定量阐明不同量级降水对各树种植物水的贡献率及各树种的水分利用策略,为该地区湿地人工林生态系统水循环过程的定量研究、水资源合理利用及管理提供理论依据。【方法】利用氢氧稳定同位素技术,分析植物茎(木质部)水δD随采样时间(雨后9天内)的动态变化,并将植物水δD与潜在水源(大气降水、雨前土壤水和浅层地下水等)的δD值进行比较,判断各树种水分来源,并运用贝叶斯混合模型(MixSIAR)计算不同量级降水对各树种植物水的贡献率。【结果】汤浦水库库区淡水湿地人工林优势植物水主要来源于大气降水、雨前土壤水和浅层地下水;降水事件是影响植物水δD以及该次降水对植物水贡献率的主要因子;降水后9天内,小雨(7. 5 mm)对阔叶林中各树种植物水的贡献率表现为北美枫香(45. 2%～1. 5%)美洲黑杨(38. 0%～0. 6%)柳叶栎(31. 2%～0. 8%),小雨对针阔混交林中各树种植物水的贡献率表现为河桦(39. 0%～0. 6%)池杉(32. 4%～0. 8%)柳叶栎(25. 5%～0. 6%);中雨(14. 5 mm)和大雨(35. 0 mm)对阔叶林中各树种植物水的贡献率表现为美洲黑杨柳叶栎北美枫香,中雨和大雨对针阔混交林中河桦植物水的贡献率皆最高;小雨、中雨和大雨对针叶林中池杉植物水的贡献率分别为40. 2%～2. 6%,58. 2%～2. 7%和67. 4%～20. 9%。【结论】汤浦水库库区淡水湿地人工林各优势树种能够快速吸收利用当次降水;小雨对浅根(0～20 cm)树种植物水的贡献率较高,而中雨和大雨对根系分布较深树种植物水的贡献率更高,该库区针阔混交林和阔叶林中的深根和浅根树种具有不同的水分利用策略,有利于该湿地人工林群落的稳定和各树种共存。建议今后在我国长三角地区进行淡水湿地植被恢复过程中,应考虑选择根系分布不同的树种混种,以合理利用水资源、维持湿地森林生态系统的稳定性。     

秋季巴丹吉林沙漠东南缘人工梭梭林水分来源

2009 年秋季( 9 月份) 在巴丹吉林沙漠东南缘的绿洲 - 荒漠过渡带,选择栽植 2,5,10,20 和 30 年的人工梭梭林,测定 20,30,50,100,150 和 200 cm 土深的土壤含水量,应用稳定氧同位素方法研究人工梭梭林的水分来源。结果表明: 梭梭林 20 ～ 30 cm 土层含水量显著高于 150 ～ 200 cm 土层; 土壤浅层的水分来自夏末和秋初的自然降雨; 随林龄增加,梭梭对地下水的利用比例逐渐增加,而对浅层土壤水分的利用比例逐渐降低; 2 年生梭梭依次主要利用 100,20,30,50 和 200 cm 土壤水分,5 年生梭梭依次主要利用地下水以及 200,150,100 和 30 cm 土壤水分,10 年生梭梭依次主要利用地下水以及 200,150,30 和 20 cm 土壤水分,20 年生梭梭依次主要利用地下水以及200 和 150 cm 土壤水分,而 30 年生梭梭依次主要利用 50,100,150,200,30 和 20 cm 土壤水分; 在巴丹吉林沙漠东南缘,随着林龄增加,梭梭对降雨补充的土壤浅层水分的利用能力降低,而对土壤深层水分与地下水的利用又不足以维持其正常生长需要,这可能是导致人工梭梭林大面积退化的一个原因。     

‘壶瓶枣’果实表面特征变化及其与吸水和裂果的关系

【目的】枣果实成熟期遇雨易开裂,会带来巨大的经济损失。明确引起枣果实开裂的水分吸收主要途径,为进一步探明枣裂果机制和科学防控提供依据。【方法】于2013—2015年,以易裂果的‘壶瓶枣’果实为试材,通过染液示踪结合体视镜观测枣果实不同部位的吸水分布,确定枣果实可能的吸水途径;通过蜡封果实不同部位结合浸水处理,测定枣果实不同部位单位时间内吸水量的差异;利用体视镜和扫描电镜观测枣果实表面结构特征,分析枣果实表面结构特征变化与吸水和裂果的关系。【结果】1)‘壶瓶枣’果实的果面、果梗和梗洼部位均可吸水,在易裂果的果实着色期3个部位的相对吸水量分别占51%～54%、31%～40%和9%～18%。2)枣果实发育成熟过程中,果面气孔木栓化形成皮孔,部分皮孔形成微裂隙,果面吸水量成倍增加;水分可以通过开放的皮孔和微裂隙进入果实,吸水途径包括共质体途径吸水和质外体途径吸水。3)自然降雨形成的裂果和浸水试验中的裂果上均普遍观察到宏观裂纹经过2个以上的果点连接成线、交叉裂口的交叉点为果点所在位置,证明枣果实表面气孔是引起果实宏观开裂的诱因。【结论】枣果面气孔在果实成熟进程中形成的皮孔和微裂隙是果实吸水的主要部位,也是枣果实吸水开裂的诱因;果实表面同时存在水分进入果实内部的共质体途径和质外体途径。     

基于稳定碳同位素技术的华北石质山区2种果农复合模式水分利用研究

在冬小麦返青期、拔节期、扬花-灌浆期和成熟期4个生育期采用稳定碳同位素技术研究华北石质山区4年生株行距3m×4m的核桃-小麦和石榴-小麦复合系统以及单作小麦的水分利用。研究得出核桃间作小麦(WIW)、石榴间作小麦(MIW)和单作小麦(MW)的δ13C和WUE分别为-27.151‰,-26.788‰,-27.338‰和12.780,13.285,12.622mmolC·mol-1H2O。在整个小麦生育期,δ13C和WUE都以石榴间作小麦的最大。WIW和MIW的WUE在拔节期分别比MW显著提高13.84%和10.86%。产量和总生物量都是MW显著高于WIW和MIW。WIW和MIW的总耗水量为185.92mm和175.27mm,分别比MW(253.81mm)少耗26.75%和30.94%,间作系统可显著降低小麦的耗水量,比单作小麦分别减产26.79%和32.19%。产量和生物量呈正相关且两者都与耗水量呈显著正相关,但与WUE相关性不显著,表明小麦耗水越多形成的生物量和产量越多。核桃-小麦和石榴-小麦间作系统在果树的第4年果实收获与清耕果园差异不明显,间作小麦尽管减产但仍有较好的作物收益并且耗水少,可以继续发展林农复合系统,以最大限度地提高经济效益。     

山鸡椒水分及氮素利用效率性别特异性动态

【目的】以雌雄异株山鸡椒为研究材料,分析雌雄植株在生殖生长过程中水分及氮素利用策略的性别特异性动态变化规律,以期为雌雄异株植物资源分配动态变化机制提供理论依据。【方法】测定雌雄植株在开花后105～165天共5个时期叶片养分含量(碳含量、氮含量、碳氮比)、稳定碳同位素组成(δ¹³C)、稳定氮同位素组成(δ¹⁵N),并分析其动态变化规律。【结果】1)雌雄株叶片δ¹³C平均值分别为-29. 38‰和-28. 08‰。性别和发育时期对雌雄株叶片δ¹³C值影响均显著,5个时期雌株δ¹³C值均显著低于雄株;且随发育进程雌雄植株δ¹³C值均不断下降。2)雌雄株叶片δ¹⁵N平均值分别为1. 90‰和2. 95‰。性别和发育时期对雌雄株叶片δ¹⁵N值均有极显著影响,开花后105～150天(即雌株果实中精油及柠檬醛含量快速积累期)雌株δ¹⁵N值显著低于雄株;随着发育进程,雌雄株叶片δ¹⁵N值均表现出双峰变化趋势,双峰出现在开花后105天和135天,雌株叶片δ¹⁵N在开花后120天达到最低值,雄株叶片在开花后165天时达到最低值。3)雌雄株叶片碳含量平均值分别为49. 44%和49. 28%。开花后105天和120天,雌株叶片C含量高于雄株叶片C含量,开花后135～165天(果实精油快速积累期到稳定期),雌株叶片C含量低于雄株。雄株叶片C含量随发育进程显著升高,而雌株叶片C含量在不同时期无显著差异。4)雌雄株叶片N含量平均值分别为1. 71%和1. 51%。性别对N含量影响显著,雄株叶片N含量均低于雌株(除开花后135天)。5)雌雄株叶片C/N平均值分别为29. 15和33. 72。性别对叶片碳氮比影响显著,雌株C/N值在不同发育时期均小于雄株,但发育时期对其无显著影响;随着发育时期推进,雄株C/N值下降程度高于雌株。6)雌雄植株叶片δ¹³C与N含量以及δ¹³C与δ¹⁵N之间均无显著相关性。【结论】山鸡椒雌雄植株在养分含量、水分及氮素利用策略存在差异,且在开花后105～165天表现出动态变化规律。雌株水分利用效率低于雄株,从果实精油及柠檬醛含量快速积累期到稳定期,雌株水分利用效率不断下降;雌株氮利用低于雄株,且随着植株发育,雌雄株叶片氮素利用效率均表现出双峰变化趋势;雄株叶片氮含量低于雌株,分配更多的氮素至花芽以保证花粉形成;果实精油快速积累期到稳定期,雌株叶片碳含量低于雄株,为果实及种子的形成提供更多的碳元素。     

供水量对花榈木苗期耗水、生长和生理的影响及灌溉制度优化

【目的】研究不同供水条件下,花榈木苗期不同生长阶段水分消耗规律及其对花榈木苗木生长及生理影响,以期节约利用水资源、减少养分流失、提高苗木质量,为花榈木容器育苗分阶段按需定量供水提供理论依据。【方法】采用盆栽试验法,人工设置90%,80%,70%,60%,50%和40%6个相对含水量,采用称重补水法控制基质含水量,测定1年生花榈木幼苗单株耗水量动态变化,并对6种不同含水量条件下的花榈木幼苗生长及生理特性。【结果】在6种基质含水量条件下,花榈木幼苗日耗水量变化和月耗水量均表现为生长初期(15~76天)和生长后期(185~231天)耗水量较小,速生期(77~184天)耗水量较大。日耗水量出现2个耗水高峰期,分别为苗龄92~107天和139~169天,最大日耗水量变化范围为10.12~18.84 m L;月耗水量最大值出现在出苗后的第5个月(136~169天),变化范围为307.62~565.26 m L;土壤相对含水量为40%~80%,苗期总耗水量随供水量的增加而增加,当基质相对含水量为80%时苗期总耗水量最大,达3 870.99 m L。花榈木幼苗的生长和生理指标在不同水分梯度下均差异显著(P0.05),其中基质相对含水量为80%时,花榈木苗高、地径、生物量及根系指标均优于其他水分处理,其叶绿素总量最高,丙二醛含量、SOD活性、脯氨酸含量和可溶性糖含量均处于低水平,说明相对含水量过高或过低均能抑制苗木的生长。综合考虑苗木生长生理状况及耗水特性认为:在基质相对含水量为80%时,能够培育出花榈木壮苗,同时又能实现水分的高效利用。【结论】不同供水量对花榈木苗不同生长阶段耗水、生长及生理均有显著影响。在基质相对含水量为80%时最有利于花榈木苗木生长,其苗高、地径、生物量及根系指标均最优,苗木生理质量处于最佳水平。从提高苗木综合质量考虑,以80%相对含水量处理下花榈木水分消耗规律为依据,制定不同阶段的优化灌溉制度,苗龄15~45,46~76,77~107,108~138,139~169,170~200和201~231天的单株月灌水量分别为178.35,232.47,469.98,436.59,565.26,367.35和329.55 m L。     

甘肃山地核桃园土壤水热和养分的变化特征

为给核桃园土壤管理提供理论依据,对甘肃省康县和清水县核桃园土壤温度、水分变化和矿质养分含量进行了测定与分析,探究了山地核桃园土壤水热和养分的变化特征。结果表明:核桃生育期土壤温度变化曲线呈倒"V"形,不同深度(20~80 cm)土层的年平均温差小于1.0℃;随着土层深度的增加,土壤温度的变幅减小,土壤最高、最低温度的出现时间均推后;坚果生长前期(坐果期至硬核期),土壤温度随土层深度的增加而降低,而坚果生长后期(硬核期至成熟期)不同土层的温度相近;土壤温度的变异系数(CV,%)随土层深度的增加而降低。土壤含水量也随土层深度的增加而增加,而其变异系数也随之降低;20 cm深的土壤含水量的变幅最大,80 cm深的变幅最小,平均变异系数为2.42%~5.84%;不同土层的土壤含水量表现为,核桃生长前期的变幅较大而生长后期的变幅较小。土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾及硼、锌含量随土层深度的增加均呈降低趋势;全磷、全钾含量差异不大;钙、镁含量随土层深度的增加而呈降低趋势(康县试验园)或较大变化特征(清水县试验园);两地土壤偏碱性或碱性。     

黄土塬区盛果期苹果园的蒸散特征

[目的]水分是黄土高原地区植被恢复与农林产业持续发展的主要限制因子,通过对半湿润长武塬区苹果经济林的蒸散研究,掌握苹果林生长季的蒸散耗水规律,为区域性苹果经济林的科学管理及充分挖掘苹果林的生产潜力提供依据。[方法]运用水量平衡法于2012—2014年生长季期间(4月15日—10月15日)对苹果园进行蒸散量估算。其中,降水量由自动气象站实时观测,并结合人工观测数据,保证降水数据的连续性;同时,于每月15日和30日利用中子仪(CNC503B)监测0~6 m特定土层的土壤贮水量,其中0~100 cm阶段土层按每10 cm记录读数1次,100~600 cm土层按每20 cm记录读数1次,并利用土钻法进行校准。[结果]盛果期苹果园在生长季内蒸散量呈明显的双峰曲线,第一峰值出现在7月后半月或者8月前半月,第二峰值出现在9月前半月;2012,2013和2014年苹果生长季内的蒸散量占降水量的比例分别为103%,104%与99%;2012年的蒸散量高出降水量12.1 mm,2013年的蒸散量高出降水量18.2 mm,2014年的蒸散量小于降水量1.2 mm;苹果园蒸散量在生长季内的变异系数为1.0左右。[结论]在属于典型雨养农业区的长武塬区,自然降水是苹果经济林生态系统蒸散耗水的主要水分来源,降水量的多少直接影响着苹果的质量与数量。在枯水年(2012年)和偏枯的平水年(2013年),蒸散量大于降水量,即降水输入不能满足果园蒸散需水,土壤贮水表现为亏缺状态;在平水年(2014年),当年降水量可以满足果园蒸散耗水的要求。黄土塬区苹果园土壤水及蒸散对降雨产生快速水文响应机制,降落到林地的雨水迅速以土壤蒸发、植被蒸腾等形式进行水分输出。     

豫东平原3种模式杨树-小麦复合系统水分利用效率的研究

农林复合系统的林木和作物会充分利用水肥光热等资源,但搭配不合理也可能产生资源竞争,其中,种间水分竞争尤为突出。本文在冬小麦4个生育期内采用稳定碳同位素技术研究了豫东平原2年生、6年生和15年生3个间作模式的杨树-小麦复合系统的水分利用状况。结果表明:3种间作模式杨树和小麦的δ¹³C(稳定碳同位素比率)和WUE(水分利用效率)均总体表现为小麦拔节期最高。在整个小麦生育期(拔节期除外),2年生杨树的δ¹³C和WUE都显著高于6年生和15年生杨树。在小麦返青期,相比其他模式,2年生杨树间作小麦的δ¹³C和WUE最高;在拔节期、开花期和成熟期则均为单作小麦显著高于3种间作模式小麦。单作小麦的耗水量比与2年生杨树间作的小麦低25.71%,但分别是与6年生和15年生杨树间作小麦耗水量的2.78和1.88倍。3种林龄杨树-小麦间作模式总体都表现为树行中间和西侧的小麦WUE和耗水量大于树行东侧。2年生杨树间作小麦的株高、LMA(比叶重)、产量、总生物量、总耗水量和LER(土地当量)均高于单作小麦和其他模式间作小麦;但单作小麦的千粒质量、收获指数和产量水分利用效率则最大。2年生杨树-小麦间作模式的产量和土地利用率最高,但随着杨树的长大,间作模式内不再适合种植小麦,可替代种植一些耐荫作物。