收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

土壤水分对3个造林树种光合生理生化特性的影响

吴芹  
【摘要】:水分是影响植物生长、分布和生态修复的主要限制因子。水分时空分布不均是我国水资源的主要特点,尤其是我国北方半干旱黄土丘陵地区水分匮乏严重,生态脆弱。本文针对我国干旱半干旱区干旱缺水的主要特征,以山杏(Prunus sibirica)、沙棘(Hippophaerhamnoides)、油松(Pinus tabulaeformis)3个树种为试验试料,采用盆栽试验和自然干旱处理的方法测定了3个树种在土壤干旱逐渐加剧过程中各气体交换参数的光响应过程和CO_2响应过程,以及不同生理生化指标的响应过程及变化规律。 阐明了土壤干旱逐渐加剧过程中净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、胞间CO_2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)等气体交换参数的光响应过程,揭示光合生理光响应过程发生变化的机理和机制,明确3个树种光合特征生理参数发生明显变化的土壤水分临界点及这种变化与土壤水分的定量关系,确定维持不同树种较高Pn和WUE的土壤水分范围;阐明了土壤干旱逐渐加剧过程3个树种CO_2响应过程及其特征参数对土壤水分的响应及其发生显著变化的机制,确定了3树种光合作用CO_2响应过程与土壤水分的定量关系。 采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程和直角双曲线修正模型对3个树种的光响应过程和CO_2响应过程及光合作用生理参数进行拟合分析,探讨了不同模型在拟合分析不同土壤水分下3个树种光响应过程和CO_2响应过程及其特征参数的适用性。 测定了3个树种在土壤干旱逐渐加剧过程中8个生理生化指标的变化,明确3个树种在土壤干旱过程中主要生理生化指标水平的变化过程及其差别,探索3个树种抗旱能力及其生理生化指标与土壤水分的定量关系。通过对3个树种光响应、CO_2响应过程和生理生化指标随着土壤水分的连续降低的变化过程及响应特征的研究,为深入了解3个树种的水分生理生态特征和抗旱机理,为指导3个树种在干旱缺水地区的物种配置、合理栽培及系统构建提供一定的理论依据,同时为不同光合作用模型的适用性评价提供试验证据。主要研究成果如下: (1)3个树种叶片气体交换参数对土壤水分和光强具有明显的阈值响应 根据光合速率、蒸腾速率和水分利用效率等气体交换参数与土壤水分的关系分析结果,初步明确了3个树种以提高光合生产力与水分利用效率为核心的适宜土壤水分条件、土壤水分最大亏缺及适宜的光照强度范围。 ①山杏、沙棘和油松生长适宜的土壤水分范围分别为:52.3%~84.8%、50.2%~84.6%、44.3%~83.6%。适宜的光照强度范围分别为:500~1300、300~1500、300~1500μmol·m-2·s-1。土壤水分最大亏缺值越低,表明植物在干旱胁迫条件下对干旱的忍耐能力越强。由3个树种的土壤水分最大亏缺值可以看出他们的抗旱性从高到低依次为:油松、沙棘、山杏。 ②3个树种的表观量子效率(Φ)、暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP)受土壤水分含量的影响显著,对土壤水分具有明显的阈值响应特征。3个树种对弱光的利用能力由高到低依次为:油松、山杏、沙棘。 (2)土壤水分显著影响植物叶片光合作用-CO_2响应过程及其生理参数 维持山杏、沙棘和油松叶片具有较高光合速率(Pn)及羧化效率(CE)的土壤相对含水量(RWC)分别为46.3%~81.9%、42.8%~83.5%和35.3%~84.2%范围内;当RWC超出此范围,土壤水分升高或降低均明显降低山杏、沙棘和油松叶片的光合能力(Pnmax)、CE和CO_2饱和点(CSP)。山杏、沙棘和油松光合作用-CO_2响应适宜的土壤水分范围分别在46.3%~81.9%、42.8%~83.5%和35.3%~84.2%之间。3个树种对低的CO_2的同化能力由大到小依次为:油松、沙棘、山杏。 (3)不同土壤水分条件下的3个树种的光合作用的光响应过程和CO_2响应过程及其生理特征参数的模型模拟 ①用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程和直角双曲线修正模型对3个树种光响应数据的模拟效果在不同土壤水分下具有明显差别。当山杏RWC在52.3%~84.8%、沙棘在50.2%~84.6%和油松在44.3%~83.6%范围内时,4个模型均能较好地拟合3个树种的光响应过程及其特征参数如表观量子效率(Φ)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)。其中,以非直角双曲线模型拟合值与实测值最为接近;当RWC超出3个树种生长适宜范围时,只有直角双曲线修正模型可以较好地拟合3个树种的光响应过程及其特征参数。 ②当山杏、沙棘和油松土壤水分范围分别在46.3%~81.9%、42.8%~83.5%和35.3%~84.2%之间时,直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数方程和直角双曲线修正模型均能较好地拟合3树种光合作用的CO_2响应过程及其特征参数CE、CO_2补偿点(CCP)和光呼吸速率(Rp),对CE、CCP和Rp的拟合精度以非直角双曲线模型>直角双曲线修正模型>指数方程>直角双曲线模型;当土壤水分含量超出正常生长范围时,只有直角双曲线修正模型能较好地拟合3树种CO_2响应过程及其特征参数。 (4)不同土壤水分下3个树种叶片生理生化指标的变化及其与土壤水分的定量关系 随着干旱程度加剧,3个树种叶片相对含水量(LRWC)及叶绿素(Chl)含量持续下降,细胞膜透性逐渐增大;其中,以山杏和沙棘变化幅度较大,油松最小;3个指标发生显著变化的土壤相对含水量(RWC)临界值,油松为61.3%、山杏和沙棘分别为52.3%和54.3%。丙二醛(MDA)含量先升高后降低,轻度干旱胁迫时MDA含量的降低与保护酶活性升高有关,极度干旱胁迫时MDA含量的降低与MDA自身的降解有关;3个树种超氧化物歧化酶(SOD)与过氧化物酶(POD)两种抗氧化酶活性,随RWC降低先升高后降低,SOD活性、POD活性对干旱胁迫的响应程度和防御作用存在差异,即在抵御轻、中度干旱胁迫时SOD发挥着重要作用,干旱胁迫加剧时POD活性作用更大;维持较高抗氧化酶活性的RWC范围,油松为34.6%~85.6%、山杏和沙棘分别为52.3%~87.2%和39.9%~87.7%;在不同土壤干旱程度下,油松的抗氧化酶活性水平高于沙棘和山杏。3个树种两种渗透调节物质脯氨酸(Pro)与可溶性糖(Ss)的含量随RWC降低而增加,油松的增加幅度大于山杏和沙棘;Pro含量的增加速度大于Ss含量。3个树种可通过渗透调节、抗氧化酶活性升高等途径增强对干旱逆境的耐受性和适应性;通过模糊隶属函数值法对3个树种的抗旱能力进行了综合评价,3个树种的抗旱能力为油松>沙棘>山杏。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王克勤,王斌瑞;土壤水分对金矮生苹果光合速率的影响[J];生态学报;2002年02期
2 В.П.Новиков.;王洪春;;土壤缺水封燕套不同发育阶段的影响[J];植物生理学通讯;1955年02期
3 ;碭山县农場棉花改碱盋缃涷?[J];安徽农业科学;1963年02期
4 阚丽梅,崔清涛,刘清泉;穴耕对干旱天然草场土壤水分的影响[J];内蒙古林业科技;1994年03期
5 程林梅,阎继耀,张原根,张和;土壤水分对谷子产量与生理特性的影响[J];山西农业科学;1996年03期
6 郭晓红,吕艳东,郑桂萍,李金峰,钱永德,李宏宇,陈书强;土壤水分对稻米品质影响的研究进展[J];黑龙江八一农垦大学学报;2005年02期
7 常建国;刘世荣;史作民;康冰;陈宝玉;;锐齿栎林土壤呼吸对土壤水热变化的响应[J];林业科学;2006年12期
8 陈文霞;谈献和;;中药材栽培与土壤生态因子的关系[J];中国中医药信息杂志;2006年12期
9 姜东燕;于振文;;土壤水分对小麦产量和品质的影响[J];核农学报;2007年06期
10 张咏新;赵思金;杨晓菊;;章古台地区樟子松生长与气候、土壤因子的关系[J];辽宁农业职业技术学院学报;2008年04期
11 刘小飞;张寄阳;刘祖贵;孙景生;王景雷;孙磊;;喷灌大田土壤水分不同空间插值方法对比分析[J];灌溉排水学报;2008年04期
12 胡海英;包为民;王涛;瞿思敏;;土壤水中氢氧同位素变化模拟及实验[J];水电能源科学;2008年04期
13 宋红;;抗旱保水剂对促进玉米生长生理特性的试验研究[J];科技情报开发与经济;2009年20期
14 赵忠;李剑;袁志发;胡小宁;曹扬;王迪海;;黄土沟坡刺槐林地土壤水分垂直变化的数学模型[J];林业科学;2009年10期
15 杨直毅;汪有科;赵颖娜;黎朋红;段雪松;;树枝覆盖与保水剂对土壤水分的影响[J];灌溉排水学报;2010年01期
16 邰姗姗;张伟东;胡远满;;大连市丘陵区不同植被类型下土壤水分与养分状况[J];土壤通报;2010年02期
17 牛军生;温树影;王洪斌;;辽宁西部地区降雨规律与土壤水分变化研究[J];现代农业科技;2011年01期
18 王新路;冯丽宵;赵光辉;张立峰;;冀西北高原土壤冻融特征研究[J];土壤通报;2011年03期
19 付连双;王晓楠;李卓夫;谢甫绨;陈禹兴;冯玉磊;晁美丽;;土壤水分对冬小麦越冬期间植株电导率的影响[J];作物杂志;2011年03期
20 冯磊;王一鸣;杨卫中;石庆兰;;管式土壤水分传感器的性能测试[J];农机化研究;2011年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 朱保美;周清;;DZN1自动土壤水分观测仪的维护与维修[A];第28届中国气象学会年会——S1第四届气象综合探测技术研讨会[C];2011年
2 舒素芳;张育慧;王平;;DZN3型土壤水分自动站测墒质量分析[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
3 赵忠;李剑;袁志发;胡小宁;曹扬;王迪海;;黄土高原刺槐林地土壤水分垂直变化数学模型研究[A];全国水土保持与荒漠化防治及生态修复交流研讨会论文集[C];2009年
4 王宏周;孙广建;张玉平;雷铁栓;王哲武;吕丽萍;;不同土壤水分对旱地小麦产量的影响[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(下册)[C];2004年
5 陈怀亮;徐祥德;刘玉洁;厉王昇;邹春辉;翁永辉;;基于遥感和区域气候模式的土壤水分预报方法研究[A];推进气象科技创新加快气象事业发展——中国气象学会2004年年会论文集(上册)[C];2004年
6 李文龙;施维林;王刚;;沙坡头地区人工林植物的水分生态位适宜度与种间共存机制分析[A];生态学与全面·协调·可持续发展——中国生态学会第七届全国会员代表大会论文摘要荟萃[C];2004年
7 王季槐;沈海亮;杜茜;雷茜;;甘草生产与土壤水分关系模型的初步研究[A];第二届中国甘草学术研讨会暨第二届新疆植物资源开发、利用与保护学术研讨会论文摘要集[C];2004年
8 胡玲;彭世彰;丁加丽;徐俊增;;灌区土壤水分空间变异及监测方法研究[A];中国农业工程学会农业水土工程专业委员会第三届学术研讨会论文集[C];2004年
9 黄志霖;陈利顶;;半干旱黄土丘陵区不同土地利用类型对土壤水分的影响[A];地理教育与学科发展——中国地理学会2002年学术年会论文摘要集[C];2002年
10 许秀英;甘龙辉;陶冶;黄操军;;基于遗传神经网络的土壤含水率预测[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴芹;土壤水分对3个造林树种光合生理生化特性的影响[D];山东农业大学;2013年
2 蔡一霞;土壤水分对稻米品质形成的影响及其机理[D];扬州大学;2004年
3 王建明;基于ERS散射计数据的青藏高原土壤水分估算方法研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2005年
4 赵培培;黄土高原小流域典型坝地土壤水分和泥沙空间分布特征[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2010年
5 佘冬立;黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植被恢复的水土环境效应研究[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2009年
6 宰松梅;水肥一体化灌溉模式下土壤水分养分运移规律研究[D];西北农林科技大学;2010年
7 胡良军;黄土高原植被恢复的土壤水分生态环境[D];西北农林科技大学;2002年
8 赵燕东;土壤水分快速测量方法及其应用技术研究[D];中国农业大学;2002年
9 崔建国;黄土半干旱区林木水分生理特性与土壤水分关系研究[D];北京林业大学;2012年
10 黄操军;E形传感器机理及浅表地层含水率预测[D];东北石油大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛艳凤;两优培九的结实特性及其与温度、土壤水分的关系研究[D];扬州大学;2001年
2 孙中峰;晋西黄土区坡面林地土壤水分承载力研究[D];北京林业大学;2004年
3 张志勇;基于驻波率原理的土壤水分测量方法的研究[D];山西农业大学;2005年
4 高运青;冀西北高原林地水分动态与水资源适度利用研究[D];河北农业大学;2006年
5 郎莹;土壤水分对3个树种光合作用光响应过程的影响[D];山东农业大学;2011年
6 王艳君;由潮滩土壤含水量反演露滩地形的遥感方法初探[D];南京师范大学;2003年
7 吴建虎;关于土壤有机质直接测定系统测量精度改进措施的研究[D];山西农业大学;2004年
8 张智韬;基于遥感技术的灌区动态信息监测[D];西北农林科技大学;2005年
9 高凤莲;农田土壤水分时空变异特征及水量平衡分析[D];中国农业大学;2004年
10 柴春山;半干旱黄土丘陵沟壑区不同植被类型水土保持效应及土壤水分研究[D];兰州大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张华 李航 林泽磊;我市自动土壤水分监测站网初步形成[N];青岛日报;2011年
2 记者 王建忠;我国将布设1500套自动土壤水分观测仪[N];中国气象报;2009年
3 张芳 仲维健;江苏启动土壤水分自动观测网建设[N];中国气象报;2009年
4 班胜林;山西引进新型土壤水分观测仪[N];中国气象报;2010年
5 通讯员 薛龙琴 师丽魁 陈海波;河南土壤水分监测仪通过验收[N];中国气象报;2010年
6 辜良昌;首套自动土壤水分观测仪落户石渠[N];甘孜日报(汉文);2010年
7 通讯员 林泽磊;青岛增建自动土壤水分站[N];中国气象报;2011年
8 王一;土壤水分快速测量技术获突破[N];科技日报;2003年
9 记者 陈星 整理;玉米苗期管理四注意[N];新疆科技报(汉);2007年
10 河北 王美娟;土壤有效水含量判断方法[N];中国花卉报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978