宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确.本研究于2017-2019年小麦生长季,以'济麦22'为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响.结果表明:宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0～20和20～40 cm 土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2％～23.9％、8.7％～25.1％、10.7％～29.9％和 7.3％～27.6％、8.0％～38.5％、15.2％～32.7％;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理.综上,本试验条件下采用基本苗180～270株·m-2、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式.

生态系统水分利用效率(WUE)是表征碳水耦合过程的关键指标,然而,有关气候变化和退耕还林还草工程背景下黄土高原WUE的时空变化特征及其主导因子仍未明晰.研究利用遥感驱动的生态系统过程模型BEPS模拟2001-2020年黄土高原总初级生产力(GPP)和蒸散(ET),并结合基于敏感性试验的多控制因子联立求解方法定量分析气候和植被因子对黄土高原WUE变化(WUE=GPP/ET)的贡献.结果表明:(1)2001-2020年黄土高原GPP和ET分别以12.9 gC m-2 a-1和3.7 mm/a速率显著升高,并使得WUE增长显著(0.021 gC mm-1 m-2 a-1).(2)2001-2020年间黄土高原80.12％的区域叶面积指数(LAI)显著升高(全区增速为0.014 m2 m-2 a-1)而气候因子变化均不显著.(3)植被因子和气候因子对WUE变化分别呈正贡献和负贡献,植被因子作为主要影响因子主导了黄土高原86.74％地区的WUE变化.研究结果有望为干旱区生态水文管理和相关政策制定提供一定科学参考.

三峡库区消落带适生草本与木本植物对环境胁迫的响应是生态系统结构与功能演变的重要机制.然而,目前对消落带胁迫环境下草本和木本植物的响应特征及是否存在类群差异尚不清楚.该研究基于meta分析,探讨了三峡消落带典型环境胁迫(水淹、干旱胁迫)对适生草本和木本植物生理生态特征的影响,从物种和生活型的角度揭示了消落带适生植物类群对水淹、干旱胁迫的响应规律.结果表明:(1)草本植物和木本植物在环境胁迫下均表现出明显的生长发育抑制以及生理生化策略的适应性响应,主要表现在各组织器官生物量、光合速率的下降,丙二醛和脯氨酸含量的增加,以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性增强.(2)水淹胁迫对草本植物生物量负效应最强,干旱胁迫次之;水淹胁迫对木本植物总叶绿素含量和光合速率负效应最大,干旱胁迫次之,表现出环境胁迫作用的生活型效应;但草本与木本植物的总叶绿素含量均对水淹胁迫响应最敏感,而木本植物对干旱胁迫表现出一定的内稳态.木本植物在生理生化方面对水淹胁迫的响应比草本植物更显著,且主要体现在气孔导度、丙二醛含量、脯氨酸含量和过氧化物酶活性方面的响应与草本植物存在差异;而草本植物对干旱胁迫的响应比木本植物更显著,主要表现为总叶绿素含量、水分利用效率、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性方面的响应与木本植物存在差异.(3)草本和木本植物对不同环境胁迫的形态响应具有组织特异性差异.草本植物主要以根部、茎部和叶片形态的变化适应水淹和干旱胁迫,木本植物则主要以根部形态的变化为主.

[目的]探讨育苗容器类型和规格对紫叶紫薇容器苗生长、开花及生理的影响,筛选出培育紫叶紫薇容器苗的适宜育苗容器,为高效培育紫薇容器苗提供理论依据.[方法]以紫叶紫薇优良新品种'丹红紫叶'2年生苗木为研究材料,选用黑色塑料营养杯(C1)、白色无纺布美植袋(C2)、黑色控根容器(C3)3个类型以及16×16(D1)、21 ×21(D2)、25×25(D3)3种规格(直径×高,cm),组成9种容器组合处理,测定不同处理容器苗生长、开花及生理指标.[结果](1)不同育苗容器处理对紫叶紫薇容器苗的生长、开花及生理指标均影响显著,同一容器类型苗木的生长、根系、生物量、花期、花径、花序、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、相对叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率等指标均随着育苗容器规格的增大而显著增加.(2)地径生长量、总根长、总根表面积、总根体积、根尖数、地上部干质量、地下部干质量、总干质量、花期均以C3D3处理最大,比最小的C1D1处理分别显著提高817.12％、108.12％、94.60％、75.66％、144.14％、135.67％、228.45％、164.65％、34.48％;苗高生长量、冠幅生长量、叶面积、花序长和宽均以C1D3处理最高,比最低的C1D1处理分别显著提高116.05％、81.39％、114.95％、70.44％和65.79％;相对叶绿素含量、水分利用效率均以C3D3处理最大,可溶性蛋白和可溶性糖含量、净光合速率、气孔导度均以C1D3处理最高;胞间CO2浓度、水分利用效率在各处理之间无显著差异.(3)各处理隶属函数法综合评价得分排序为:C3D3＞C1D3＞C2D3＞C3D2＞C2D2＞C1D2＞C2D1＞C3D1＞C1D1.[结论]黑色控根容器在地径生长量、根系生长指标、生物量、花期和花径、叶绿素相对含量及净光合速率方面表现最佳;紫叶紫薇2年生苗的最适宜育苗容器是直径25 cm、高25 cm的黑色控根容器.

[目的]研究干旱胁迫对云南松幼苗不同器官碳、氮、磷元素分配规律以及化学计量的影响机制,为云南松苗木栽培的水分管理提供一定的理论基础.[方法]以1年生云南松幼苗为试验材料,采用盆栽控水方法,设置4个水分处理,测定干旱胁迫下云南松幼苗各器官的碳、氮、磷含量.[结果](1)与适宜水分处理相比,干旱胁迫导致云南松幼苗C含量在叶、茎和细根中减少,在粗根中增加;N含量在粗根中减少,在细根中增加;P含量在叶中增加,在茎中减少.(2)各元素含量的变异系数为P＞N＞C;C和N含量在细根中表现出最大的变异性;P含量在叶中变异性最大,在粗根中变异性最小.(3)N含量在叶和粗根之间存在显著的负相关关系,在茎和细根之间存在显著的正相关关系,而N含量与P含量只在茎和粗根之间呈显著正相关关系.[结论]干旱胁迫下云南松幼苗生长受N元素的限制作用增强,N、P利用效率增加;云南松幼苗C、N、P含量在粗根和细根中的整体变异性比在叶和茎中的高;根系对土壤水分环境变化更为敏感.

乌兰布和沙漠东北段的防护林是保护东部河套平原农业生产的重要生态屏障,由于对人工造林研究缺乏重视,许多防护林体系中的林分有一定的衰退趋势.研究乡土树种人工栽培后的生态适应性,是指导人工防护林建设和可持续经营的重要举措.为了深入探究乌兰布和沙漠乡土树种人工栽培后的生态适应性,本文以 3种乡 土树种沙冬青(Ammopiptathus mongolicus)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon)和蒙古扁桃(Prunus mongoli-ca)为研究对象,通过测定功能性叶片表皮形态、解剖结构、生理指标,结合当地气象数据,阐释3种植物对沙漠环境的适应机制.结果表明:3种植物分别以不同方式适应沙漠环境.沙冬青通过增大叶面积来增加受光面积、提高光合效率,利用密集的表皮毛和发达的角质层强化叶片机械防御能力,降低强光灼伤及水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.蒙古扁桃叶片簇生,通过增加叶片数量增加受光面积、提高光合效率,通过卷曲叶片躲避强光灼伤,通过特化气孔位置(将气孔全部分布于叶片下表面),利用发达的维管束、丰富的黏液细胞和晶体结构来降低水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.霸王叶片呈圆柱状条形结构,通过降低风阻,降低叶片遭受风沙流危害的概率,通过生理代谢调节提高叶片抗氧化物酶活性和渗透调节物质含量,维持细胞水分和活性氧代谢平衡.这些发现揭示了 3种植物在应对荒漠环境时所采取的不同的适应策略,为乌兰布和沙漠东北部乡土树种的引种驯化提供了新思路.

[目的]研究旨在明确巨峰葡萄枝条木质部导水能力与温度的量化关系,探索节对水分运输效率与安全性的影响.[方法]以巨峰葡萄1年生枝条为材料,在0.5～40 ℃温度范围,利用低压液流计法测试节间和带节茎段的导水率、比导率及导水率损失(PLC)随温度的变化,分析节与节间茎段导水特性的差异.[结果]巨峰葡萄茎段导水率和比导率均与温度呈极显著的线性关系.当温度从0.5 ℃升高至40 ℃,节间茎段的初始导水率、最大导水率、初始比导率、最大比导率分别升高154％、198％、157％和200％.节间茎段的导水率和比导率显著大于带节茎段,且差异随着温度升高呈增大趋势.节间茎段的PLC显著大于带节茎段,而带节茎段的导水率和比导率受温度的影响小于节间茎段.利用线性回归方程可对不同温度下的导水率和比导率进行预测.导水率和比导率与各温度下水的粘滞系数进行权衡后,各温度下的权衡导水率和权衡比导率没有明显差异.[结论]葡萄茎段导水率和比导率随着温度升高而增大,节对水分运输的效率和安全性有权衡作用.

为了探究海拔对我国西南高寒地区植物稳定碳同位素组成特征及水分利用效率的影响,本研究以梅里雪山东坡不同海拔(2200、2500、2700、3000、3200和4200 m)上不同功能型植物为对象,分析了不同光合途径(C3和Crassulacean acid metabolism,CAM)植物和C3植物中不同生活型(灌木、阔叶乔木和针叶乔木)植物叶片稳定碳同位素组成特征(δ13Cp)及内在水分利用效率(intrinsic water use efficiency,iWUE)随海拔梯度的变化.结果表明:(1)梅里雪山东坡C3植物叶片的δ13Cp值分布范围在-26.72‰～-31.67‰,均值为-29.12‰,而 CAM 植物的 δ13Cp 值分布范围在-13.24‰～-14.59‰,均值为-13.77‰;(2)CAM 植物 δ13Cp 值和iWUE显著高于C3植物,其中,C3植物中不同生活型植物δ13Cp和 iWUE值呈现灌木＞阔叶乔木＞针叶乔木的变化规律;(3)海拔3200 m以下乔木和灌木植物δ13Cp和iWUE值随海拔升高而降低,主要受土壤水分的影响,3200 m以上灌木植物δ13Cp和 iWUE值随海拔升高有增大的趋势,可能受温度的调控.梅里雪山东坡不同功能型植物水分利用效率对海拔梯度的响应反映了不同植物对高寒山地气候不同的适应性.

玉龙雪山及周边地区是典型的季风海洋性冰川区,是研究冰川变化、地-气能量交换、植被群落演替以及生态系统碳水耦合的最重要的区域.水分利用效率(water use efficiency,WUE)是联系生态系统水-碳循环及其与气候因子之间响应关系的重要参数.本研究利用MODIS卫星遥感总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)产品和 自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer drought severity index,scPDSI)分析了2000-2020年玉龙雪山及周边地区植被WUE空间变化特征,研究了该区GPP、ET、WUE与scPDSI的相关性,探讨了该区不同地貌植被对水分利用及胁迫的适应策略.结果表明:2000-2020 年,研究区植被 WUE 平均值为 2.44 g C·m-2·mm-1,GPP 平均值为 1365.0 g C·m-2,ET 平均值为559.6 mm;WUE平均值最高区域分布在大起伏中山,为2.88 g C·m-2·mm-1;最低区域为大起伏极高山,为1.23 g C·m-2·mm-1.玉龙雪山地势起伏大,植被空间分布具有显著垂直地带性特征,植被WUE在3500 m以下区域随海拔上升而增加,3500 m以上则随海拔上升而减少.2000-2020年,研究区逐月WUE呈现增加—减少—增加趋势,不同地貌类型造就了植被WUE变化速率具有显著的差异性特征.玉龙雪山以及周边大起伏高山的植被WUE呈增长趋势,而中海拔平原呈减少趋势.研究区内植被WUE对干旱胁迫响应具有明显的季节性特征,WUE与scPDSI的多年逐月相关性呈现负相关—正相关—负相关—正相关的变化趋势.7月玉龙雪山WUE与scPDSI呈显著正相关,而5月则表现为显著负相关;玉龙雪山周边地区植被WUE与scPDSI在12月—次年6月呈负相关,在7-8月呈正相关.

研究不同氮素形态对高寒人工草地植物群落生物量分配和优势种叶片光合特性的影响,以期筛选出适合高寒人工草地生产力维持的氮素形态.以4龄"青海中华羊茅(Festuca sinensis Qinghai)+青海草地早熟禾(Poa pratensis Qinghai)"混播草地为研究对象,采用随机区组设计,设置对照组(CK)、酰胺态氮(U)、铵态氮(A)和硝态氮(N)4种处理方式,对不同处理方式下的生物量分配特征、优势种叶片光合特性和化学计量特征进行了分析.结果表明,氮添加降低了茎的相对生物量,提高了叶和穗的相对生物量,通过增加15-45 cm高度范围内茎和叶的生物量提高地上总生物量.不同氮素形态对地上生物量的促进作用表现为U＞N＞A.不同氮素形态不同程度地提高了优势种叶片的光合性能,对净光合速率和水分利用效率的作用效果表现为A＞N＞U.3种氮素形态对植物叶片碳含量没有显著影响,但显著提高了氮、磷含量,降低了碳氮比和碳磷比,且作用效果均表现为U＞N＞A.冗余分析表明,胞间CO2浓度、气孔导度和净光合速率是影响植物生产性能的关键光合指标,叶片氮含量、磷含量、碳氮比、碳磷比和氮磷比是影响植物光合作用和生产性能的关键因子.综合而言,酰胺态氮可能更有利于高寒人工草地生产力的维持.