刺槐无性系水分利用效率和适应性研究

【摘要】： 本文研究了不同水分条件下刺槐无性系苗木耗水量、耗水速率、气体交换和水分利用效率、碳稳定同位素比率δ13C变化规律以及δ13C与瞬时水分利用效率、耗水速率间的关系,同时研究了刺槐无性系生长与环境条件的关系,旨在为我国干旱半干旱地区选育低耗水、水分利用效率高、抗逆性强的刺槐无性系提供理论依据。 正常水分条件下,刺槐无性系苗木耗水量和耗水速率日变化呈明显的“单峰型”(只有8041为“双峰型”),耗水日变化最大值和最大耗水速率出现在12:00～14:00之间;耗水高峰期每小时耗水量,占全天耗水量13%左右,占白天耗水量14%左右,最大耗水速率为白天平均耗水速率的1.7倍左右。白天耗水量约占全天总耗水量的90～95%,夜间耗水量仅占5～10%。无性系间耗水量存在一定差异,U2、U5、U7、U9、NC和8041全天耗水量分别为:0.27kg、0.29kg、0.30kg、0.29kg、0.23kg和0.26kg,U7耗水量最大,是最耗水无性系,NC耗水量最小,则是节水无性系。中等干旱条件下,耗水量下降幅度在35～50%之间;严重干旱条件下,耗水量下降幅度在80～90%之间;其中,无性系U5下降幅度最大,中度和严重干旱条件下,其耗水量分别下降47.95%和88.34%,为较节水抗旱无性系;而无性系NC下降幅度最小,中度和严重干旱条件下耗水量下降幅度分别为0.48%和80.19%,为最不耐早无性系。 刺槐无性系间光合速率和水分利用效率均存在着一定差异。年均光合速率以无性系U7(10.82μmolH2Om-2s-1)和U9(10.81μmolH2Om2s-1)最高,83002(6.90μmolH2Om-2s-1)和NC(7.69μmolH2Om-2s-1)最低;水分利用效率以无性系U9(2.07μmolCO2/mmol H2O)和U2(2.02μmolCO2/mmolH2O)最高,8043(1.70μmolCO2/mmolH2O)最低。无性系U7光合速率和蒸腾速率均较高,是一个高光合、高耗水无性系,适合于降雨量较充沛地区营造速生丰产林;无性系U9是一个高光合、低蒸腾优良无性系,水分利用效率最高,生产力高且节水,适宜于生产中大面积推广;无性系U2和8041虽然水分利用效率也很高,但属于低光合、低蒸腾无性系,生产力较低,不宜于在生产中大面积推广。 干旱胁迫将促使刺槐无性系的光合速率和蒸腾速率持续下降,中度干旱促使水分利用效率上升,严重干旱则导致水分利用效率下降。遭遇中度干旱胁迫后,无性系U5和U9水分利用效率分别上升211%和244%,上升幅度最大,是适应干旱胁迫和抗旱性最强的无性系;NC和U7分别上升76%和99%,上升幅度较小,是抗旱型较差的无性系。 无性系U5、U9、8041、NC、8048、3-Ⅰ、大叶和小叶光合作用最适土壤含水量分别为:17.13%、17.38%、16.87%、17.37%、16.92%、17.20%、16.98%和17.42%,适宜含水量幅度为:7.75、10.42、6.83、8.40、7.53、11.53、8.02和7.88%;蒸腾作用最适土壤含水量为:17.23%、17.61%、16.96%、17.44%、17.20%、17.70%、17.15%和17.64%,适宜含水量幅度为:7.55、11.06、7.74、8.53、10.92、11.93、8.48和8.71%。所有刺槐无性系,蒸腾作用最适土壤含水量均大于光合作用最适土壤含水量,这是中度干旱造成水分利用效率上升的原因。根据各无性系光合作用和蒸腾作用适宜含水量值域,3-Ⅰ耐旱性较强,水分环境适宜幅度较宽;而无性系8041耐旱性相对较低,水分环境适宜幅度较窄。 在正常水分条件下,刺槐无性系U5、U7、U9、8041、NC、8048、大叶、小叶和3-Ⅰ叶同位素比率δ13C分别为:-29.232、-29.055、-29.059、-29.772、-30.068、-29.241、-30.257、-29.849和-29.351‰,以无性系U9和U7最高,NC和大叶最低,该结果与瞬时水分利用效率研究结果基本相同;刺槐无性系瞬时水分利用效率(WUEt)与叶δ13C呈显著的线性相关关系,瞬时水分利用效率随叶δ13C的增大而增大;耗水速率与叶δ13C呈负相关关系,耗水速率随δ13C的增大而降低。 刺槐无性系对豫西丘陵山区的适应性分为四类,①最适无性系,包括:8041,8062,2F,G1,京24,84023和8048等7个无性系;②较适无性系,包括:3-Ⅰ,G,X5,箭杆,83002,A05和鲁10等7个无性系;③适应性较差无性系,包括:京13,R7,L5,京1和R5等5个无性系;④不适无性系为8042。刺槐年生长量增长率与林龄和年积温成反比,与年日照时数和冬春季降雨量成正比。在气象因子中,积温对刺槐无性系生长率影响最大,高温是影响该地区刺槐无性系生长的主要因子,冬春季降雨量,也对刺槐无性系的生长产生重要影响。表现较好的无性系,具有较高的抗旱性、δ13C和水分利用效率;而表现较差的无性系耐旱性、δ13C和水分利用效率均较低,干旱是限制其生长的重要因素。