黄土丘陵区人工乔灌树种光合、蒸腾生理生态特征

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zgymm2008
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近年来,气候变暖导致地球水量时空分布不均衡,加剧了我国干湿区域两极分化程度。黄土丘陵区开展“退耕还林还草”工程以来,生态植被覆盖度逐年提升,但树种选取不合理,林分单一等问题加深了该区水资源短缺。通过合理搭配乔灌树种,充分发挥其水土保持效益,对区域水资源持续利用与促进具有现实意义。本研究基于黄土丘陵区人工乔灌纯林:油松(Pinus tabulaeformis)、侧柏(Platycladus orientalis)、连翘(Forsythia suspensa)、丁香(Syzygium aromaticum)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)及混交林(油松-连翘),应用LI-6400XT测定光合生理指标,阐明光合蒸腾生理特征及影响因素、蒸腾耗水规律,为该区未来人工树种选择与生态稳定性评价提供理论基础。主要结论如下:(1)不同乔灌树种在各月净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)表现为2种日变化规律。油松和连翘Pn在7月表现为双峰曲线,第二峰值较油松早出现2 h,侧柏Pn日变化呈单峰规律,紫穗槐Pn日变化为倒“V”型规律。Tr在各树种间日内波动幅度较小,基本呈“单峰”或“双峰”趋势。连翘与紫穗槐Tr均在6-9月为单峰变化曲线,油松Tr仅在9月呈双峰变化规律,丁香在生长初、末季易产生蒸腾“午休”,侧柏由于水分偏低导致的迟滞效应,Tr峰值出现时间较其它树种晚2 h。油松与侧柏水分利用效率(WUE)日进程除了在8月呈“单峰型”趋势外,其余时期均为“M”型变化曲线,连翘、丁香、紫穗槐WUE日变化在5月和6月呈“V”型曲线。(2)不同树种Pn、Tr和WUE季节变化有较强的规律性,季节性差异有所不同。各树种Pn季节变化主要在生长旺季最高,种间Pn差异表现为灌木种>乔木种,乔灌纯林生长季内Pn(μmol·m-2·s-1)均值次序为:丁香(13.25)>连翘(12.61)>紫穗槐(12.32)>油松(9.92)>侧柏(6.93)。生长季初、末期表现为灌木种蒸腾作用较乔木种弱,生长旺期则表现相反。油松5月和8月Tr值分别高于蒸腾较弱时期(9月)83.59%和64.90%,其余树种均在6月和8月达到Tr高峰。乔灌树种5-9月Tr(mmol·m-2·s-1)均值次序为:紫穗槐(4.09)>油松(3.40)>丁香(3.32)>连翘(3.16)>侧柏(3.06)。侧柏WUE在8月仅低于丁香0.35μmol·mmol-1,其余时期丁香和连翘水分利用能力显著高于另外3个树种。所有树种WUE季节变化均呈“W型曲线”。乔灌树种5-9月WUE(μmol·mmol-1)均值表现为:连翘(4.94)>丁香(4.70)>紫穗槐(3.63)>油松(3.16)>侧柏(2.78)。(3)通过光合作用-光响应过程发现油松和侧柏是典型的强光型阳性树种,3种灌木种是弱光型阳性树种,灌木种利用弱光能力较乔木种更强,连翘和丁香光合潜能最高;侧柏、丁香、紫穗槐Tr随着光强(PAR)的增大始终呈上升趋势,油松与紫穗槐蒸腾-光响应曲线整体较高;连翘、丁香、紫穗槐WUE随着PAR增大呈“抛物线型”曲线变化。在不同PAR区间,丁香与连翘WUE均保持较高态势。(4)气孔导度(Cond)、气孔限制值(Ls)和PAR因子对不同树种Pn存在正反馈相关;Cond、空气相对湿度(RH)和PAR作为主导因素,致使不同树种Tr改变,Tr与RH表现出负相关性。不同树种Pn、Tr多与土壤体积含水量(VWC)呈反比,而侧柏Pn随VWC1(20 cm)的增大而增大,连翘Tr与VWC1-2(20 cm-50 cm)呈正比。(5)在单木水平下,紫穗槐耗水量远高于其余树种,油松蒸腾耗水量次于紫穗槐;5月和9月油松、连翘耗水量高于油松连翘混交,6-8月表现相反;所有树种蒸腾耗水量季节变动特征均为倒“V”型曲线,生长旺季出现耗水峰值;各树种5-9月蒸腾耗水累积量大小次序为:紫穗槐(53.69 kg)>油松(13.43 kg)>连翘(7.71 kg)>丁香(4.98 kg)>侧柏(3 kg);乔灌纯混林则表现为:油松混交(18.65 kg)>油松(13.43 kg),连翘(7.71 kg)>连翘混交(7.51 kg)。各树种光合效能排序依次为:丁香>连翘>紫穗槐>油松>侧柏;蒸腾耗水排序依次为:紫穗槐>油松>丁香>连翘>侧柏;水分利用效率排序依次为:连翘>丁香>紫穗槐>油松>侧柏。在黄土丘陵区未来造林过程中,应选取连翘和丁香作为该区建群种种植,而紫穗槐由于其过高的蒸腾耗水适合作为该区混交树种种植。
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