为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法.为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法Ⅰ和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000-2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m3)和12.08 mm(5.6亿m3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ计算结果数值相差较大,研究区2000-2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关.WEP-L模型法Ⅱ评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006-2010年期间增加、2012年以后下降以及增加.2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系.通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据.

为深入研究闽楠幼苗在极弱光环境下的可塑性及生存策略,该文以2年生闽楠幼苗为试验材料,通过人工遮阴方式模拟不同光环境(100％、35％和10％透光率),测定不同处理下闽楠幼苗叶片表观形态、解剖结构和光合生理等参数,探讨幼苗形态、生理可塑性与光适应的内在联系.结果表明:(1)闽楠幼苗的叶长、叶宽、叶面积和比叶面积(SLA)均随着光强的减弱而增加,叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅海比值(栅栏组织厚度/海绵组织厚度)等均以10％透光率下最小.(2)35％透光率的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、光能利用率(LUE)、光系统Ⅱ(PS Ⅱ)的光化学淬灭系数(qp)、非光化学淬灭系数(NPQ)、有效光合量子产量(Fv'/Fm')及潜在光化学效率(Fv/Fo)等均显著高于100％和10％透光率处理.(3)叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素总量及最大光化学效率(Fv/Fm)等均随着光强的减弱而增加,但叶绿素a/b随着光照强度的减弱而降低.(4)幼苗结构和生理表型可塑性指数显示,光合色素含量特征＞形态特征＞光合特征＞解剖结构特征＞叶绿素荧光参数特征,其中叶面积、SLA、Pn、Gs、LUE及光合色素含量的表型可塑性指数在0.455～0.755之间.综上所述,闽楠幼苗不适宜在全光照下生长,在35％左右的透光率下表现良好;在10％透光率下,闽楠叶片通过增加叶面积、SLA、Pn及光合色素含量来提高对光能的捕获;弱光下闽楠幼苗主要通过调节光合色素含量与形态的可塑性,协同解剖结构、光合生理及叶绿素荧光参数可塑性的变化来适应弱光环境.该研究可为今后闽楠栽培管理提供理论依据.

目的:探究几种典型野生百合在关中平原的适应性.方法:以卷丹百合、川百合和野百合为材料,对3种野生百合在关中平原的光合特征、水分利用效率、叶绿素含量、氮含量和生长情况进行了测定.结果:卷丹百合的净光合速率显著高于川百合和野百合,分别是川百合和野百合的1.76倍和1.41倍;卷丹百合水分利用效率>野百合>川百合,分别是野百合和川百合的1.20倍和1.68倍;3个百合品种间的蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和气孔导度没有显著差异;卷丹百合和野百合的叶绿素含量和氮含量显著高于川百合;卷丹百合的地上生物量显著高于川百合和野百合,分别是川百合和野百合的2.62倍和2.93倍.结论:隶属函数分析表明,3个野生百合品种综合表现排序为:卷丹百合>野百合>川百合.

目的:研究不同花色芍药植株的光合特性差异,为芍药的合理栽培和育种提供理论依据.方法:在盛花期,标记出深粉、红粉、粉、白粉、白 5 种花色芍药植株,对其进行光合特性测定,同时测定叶片叶绿素含量、植株形态特征指标;次年春,测定植株根干重,并利用HPLC测定芍药苷含量.结果:5 种花色芍药植株净光合速率和蒸腾速率差异不显著,气孔导度和胞间CO2 浓度差异显著,叶绿素含量差异不显著.形态特征方面,深粉色花的植株在整体长势上强于其他花色植株,白色花的植株最弱.在根干重方面,深粉和红粉色花的植株根干重显著高于其他花色植株,白色花植株根干重最低.在芍药苷含量方面,白色花植株根的芍药苷含量显著高于其他花色植株,其次为粉和深粉色花的植株,含量较低的为白粉和红粉色花的植株.净光合速率与根干重显著正相关、与芍药苷含量负相关,胞间CO2 浓度与芍药苷含量极显著正相关.结论:不同花色芍药植株间,深粉和红粉色花的植株光合作用强,其根干重亦高,白色花植株根的芍药苷含量高.

深色有隔内生真菌(dark septate endophyte,DSE)作为一类植物内生真菌,接菌后如何提高植物应对逆境的生长能力一直是研究热点.为探究接种 DSE 下黄芪光合特征对高温胁迫的响应及其影响因素,本试验设置接菌区(接种 DSE)和对照区,以黄芪为供试对象,分别进行高温胁迫处理,胁迫温度为 42℃,胁迫时间设置 1、3、7 和 11 d共 4 个梯度,每个梯度 3 个重复,测定土壤化学性质、根系指标、叶片形态及光合特征.结果表明:随着高温胁迫时间增加,接菌区与对照区黄芪叶片的面积、气孔张开密度、叶绿素含量与根尖数均呈下降趋势,降低范围分别为55.5%-66.3%、69.6%-81.0%、68.2%-81.2%和 56.7%-59.8%.然而,接种 DSE 提高了黄芪叶片周长、面积、气孔张开密度、叶绿素含量、蒸腾速率及净光合速率(P<0.05),表明接种DSE显著降低了高温对黄芪光合特征指标的影响,提高了黄芪抗高温胁迫的能力.进一步采用主成分与结构方程模型分析发现,土壤速效磷、速效钾、根长、叶绿素 a、气孔张开密度与净光合速率为显著的正向关系(P<0.05),说明接种DSE可以通过调节黄芪根系、叶片光合色素、气孔等指标来提高黄芪的光合速率.本研究重点探讨高温胁迫下接种 DSE 对黄芪光合特征的影响,在利用 DSE 促进植物生长、提高植物耐高温性及光合效率方面具有一定的创新性.研究结果可为 DSE 在高温逆境下资源利用提供科学依据.

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys het-eroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的差异.结果表明:水淹胁迫第3天,半淹处理的水竹叶片净光合速率、光饱和点和蒸腾速率较对照均出现显著上升,而全淹胁迫下则无显著差异,其后均随胁迫时间的延长而下降,下降幅度与胁迫程度呈正相关;水淹胁迫处理第6天,水竹叶片气孔导度均显著高于对照组,后呈下降趋势;水淹胁迫导致水竹胞间CO2浓度呈现先下降后上升的趋势,至第9天与对照组的数据差异不显著,其恢复时长与胁迫程度呈正相关;暗呼吸速率及光补偿点则随胁迫时长的增加而上升;总光合色素呈现先下降后上升趋势,叶绿素与类胡萝卜素的比例仍保持在3∶1,而叶绿素a与叶绿素b的比例从3∶1下降至2∶1;叶片水分利用率呈现先下降后上升的趋势,而表观光能利用率与表观CO2利用率均呈现下降趋势,其下降幅度随水淹时长的延长而逐渐减小.研究表明,半淹胁迫短期内对水竹的光合作用表现出促进作用,但随胁迫时间的延长,光合各参数会逐渐下降至稳定水平,水竹通过调节光合色素比例及提高水分利用效率,适应水淹环境后,具有较好的耐淹能力.

在全球气候变化背景下,区域降水格局正在发生改变,对森林生态系统生产力和水文过程将产生重要影响.为揭示降雨量减少对树木蒸腾耗水特征及其响应环境因子的影响,本研究以黄土高原半湿润区主要造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)为对象,在减雨样地林分行间布设人工减雨板减少约47％的降雨输入,采用Granier型热扩散探针测定树干液流动态,并同步监测太阳辐射、空气温度、相对湿度、降雨事件和土壤含水量等环境因子,分析了树干液流对减雨处理及季节性土壤水分变化的响应特征.结果表明:减雨处理显著降低了刺槐液流通量密度标准化值,处理第3年标准化液流通量密度显著低于对照样地;减雨样地刺槐标准化液流日变化峰值时间早于对照样地,表明减雨样地刺槐较早实施了气孔调节,改变了其与气象因子的时滞时间;标准化液流通量密度响应蒸腾驱动因子的拟合方程参数值在样地间呈极显著差异,显示减雨样地刺槐响应气象因子的敏感性有所降低.降雨量的改变不仅影响林地土壤水分状况,还会对刺槐蒸腾耗水及其对环境因子的响应产生影响.

桉树-乡土树种混交林在提高林分生产力和生态系统功能等方面具有较大潜力.该研究以南亚热带4种桉树-乡土树种混交林(桉树与乡土树种混交比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)和桉树纯林为研究对象,研究了3种优势乡土树种华润楠(Machilus chinensis)、阴香(Cinnamomum burmannii)、灰木莲(Manglietia glauca)和速生树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla)的叶片生理、结构和化学性状在不同比例混交林中的差异.结果表明,4 优势造林树种的叶片性状存在明显的种间差异,其中灰木莲的比叶面积(SLA)、光合磷利用效率(PPUE)、单位质量叶片最大光合速率(Amass)和蒸腾速率(Tmass)以及叶片养分含量最高,说明灰木莲采取资源获取型的生态策略;尾叶桉的SLA、Amass、Tmass及叶片养分含量最低,但具有最高的PPUE,说明尾叶桉兼顾了资源获取型和保守型的物种特征.灰木莲与尾叶桉在SLA、Amass、Tmass、PPUE、叶片氮含量和氮磷比等叶片性状上几乎没有任何重叠,说明灰木莲与尾叶桉之间的叶片资源利用高度互补,可能是与尾叶桉混交的理想树种.物种水平上,灰木莲叶片氮含量、华润楠叶片磷含量以及干季时阴香叶片Amass和PPUE随乡土树种混交比例增加有增加的趋势,但总体上树种混交比例对于 4 造林树种的叶片结构、化学和生理性状的影响不大;林分水平上,桉树-乡土树种混交林的比叶面积、光合能力以及叶片氮磷比显著高于尾叶桉纯林,说明桉树与乡土树种混交能够提高林分整体的光捕获和光合能力,但同时也加剧了植物生长的磷限制.因此,建议在未来南亚热带桉树人工林的构建与改造中,应优先挑选与桉树资源利用互补并能够优化混交林磷素循环利用的乡土树种.

植物水力性状能够反映植物对不同水分条件的适应能力,研究热带珊瑚岛特殊生境下优势植物的水力功能特征对深入理解热带珊瑚岛植物的水分适应策略,从而选择热带珊瑚岛植被构建和恢复的适生物种具有重要意义.该研究以中国热带珊瑚岛生境中2 种优势适生木本植物:抗风桐(Pisonia grandis)和草海桐(Scaevola sericea)为研究对象,比较了其叶片和枝条的水力性状,并分析了其水分适应策略.结果表明,抗风桐的叶片栓塞抗性、枝条边材比导水率和叶片膨压丧失点显著高于草海桐,而枝条栓塞抗性、叶片导水率、边材密度和叶面积边材面积比均显著低于草海桐.抗风桐的叶片具有比枝条更强的抗栓塞能力,对水分胁迫敏感,但同时选择以高效的枝干水分运输来满足叶片高蒸腾需求的充足供水.草海桐枝条与叶片则存在水力脆弱性分区,在面临水分胁迫时叶片充当"安全阀"以保证枝干木质部的水力安全.抗风桐与草海桐能够通过协调叶片与枝条水力性状采取不同的水分适应策略,从而更好地适应热带珊瑚岛的特殊生境.

蒸散发是生态水文过程的关键环节,掌握蒸散组分的变化特征及其影响因子,对干旱半干旱地区的可持续发展至关重要.以荒漠草原多年生植物针茅群落和一年生植物猪毛蒿群落为研究对象,利用小型蒸渗仪开展了连续3年监测,分析了蒸散组分的日、月和年变化规律,探讨了影响蒸散组分的主要环境因子.结果表明:晴天时,多年生和一年生植物群落蒸散组分呈先增加后减小的抛物线型,夜间蒸散活动较弱,累积蒸散量较低,不足全天总累积蒸散量的20％;阴天时各蒸散组分无明显峰值,且日累积量均较小,一年生和多年生植物群落的蒸散量、蒸发量和蒸腾量无显著差异;10.64 mm/d及以上降雨对蒸散和蒸发的日变化具有明显影响,随着降雨量的增多,蒸散量和蒸发量也呈增大趋势,但蒸腾量则相对较小.从月动态来看,7-9月占全年蒸散量和蒸发量的一半左右,冬春季蒸散量和蒸发量维持在全年最低水平.年蒸散量与年降雨量接近,而蒸腾量占蒸散量的比例低于10％.总体来看,多年生植物群落蒸散量较一年生植物群落多.采用Mantel检验方法分析不同时间尺度影响蒸散组分的主要气候因素,在小时尺度上太阳辐射与蒸发量和蒸腾量显著性水平较高(P＜0.01),但相关性较低(r＜0.2);在日尺度上,蒸散量、蒸发量和蒸腾量与降雨量的显著性(P＜0.01)和相关性(r≥0.4)均最高;而月尺度上,降雨量和降雨速率与蒸散量、蒸发量的相关性较高(0.2≤r＜0.4),但显著性较低(P≥0.05).因此,蒸散组分受环境因子的影响在不同时间尺度上具有较大差异,说明蒸散组分受多种因子共同影响.