库布齐沙漠几种沙生灌木光合、耗水及耐旱生理生态特性研究

论文摘要

本研究围绕土壤—植物—大气连续体系统（SPAC）内水分运动的动态观测,对库布齐沙漠的主要造林灌木四翅滨藜（Atripldex canescens（Purgh.）Butt.）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla Lam）、杨柴（Hedysarum laeve Maxim）、柽柳（Tamarixchinensis Loar）、互叶醉鱼草（Buddleja alternifolia Maxim）和蒙古莸（Caryopterismongolica Bunge）等树种的蒸腾耗水特性、水势以及生理生态等方面进行了系统研究,以对干旱、半干旱地区林业生态工程树种选择提供依据。主要探讨以下问题:1.研究区气候特征分析。2.不同植物（6种）的光合速率、蒸腾速率对土壤水分的日响应过程与机制。3.不同土壤水分条件对6种植物的光响应曲线的影响。4.环境因子对6种植物的叶水势日进程曲线的影响。5.SPAC中的势能梯度变化。6.土壤水分胁迫对6种植物的游离脯氨酸、可溶性糖含量的影响分析。7.土壤水分胁迫对6种植物SOD和CAT含量进行分析。8.土壤水分胁迫对6种植物MDA含量进行分析。9.探讨各供试灌木树种的耐旱机理。10.应用多指标进行各供试灌木树种耐旱性综合评价。主要研究结果:1.生长季6树种的耗水量大小排列顺序为:互叶醉鱼草（141.88mm）>小叶锦鸡儿（134.48mm）>杨柴（129.75mm）>柽柳（113.83mm）>四翅滨藜（108.70mm）>蒙古莸（103.54mm）。2.通过对不同林木光响应和日过程以及光合速率与土壤水分的关系研究,我们分别获得四翅滨藜、蒙古莸、柽柳、小叶锦鸡儿、杨柴和互叶醉鱼草6树种的光饱和点分别为:1611.00、1479.33、1476.67、1430.00、1391.00和1287.33μmol·s-1·m-2;土壤水合补偿点分别为3.89%、4.55%、4.3%、4.4%、4.54%和4.46%。3.从清晨水势季节变化看,杨柴在生长季中的水分恢复是最好的,四翅滨藜和小叶锦鸡儿则显示有水分亏缺,植物水分胁迫的发生程度和它们的水分恢复的程度有一定关联.4.叶水势的日变化是由植物蒸腾作用消耗水分的速率和根系的水分供应能力的差异造成的,气象因子会通过影响植物的蒸腾作用而影响植物水势的变化。5.水分在SPAC连续体的运移中,能量主要消耗在最末端“叶—气”这一环节上,其次为“土—根”界面,在植物体内部,能量主要消耗在“茎—叶”节点中。水势差基本上随着季节推进呈现先增加后减小的趋势,其中“叶—气”水势差6月份最大,8月份最小,土根水势差7月份最大,9月份最小。6.从7月份蒸腾速率日变化的测定结果看,四翅滨藜保持着正常的蒸腾作用,反映出它有着良好的水分状况,并不存在水分亏缺;小叶锦鸡儿和杨柴的日变化则显示水分供应不充足,其中杨柴的水分状况更差一些。7.不同土壤水分处理对各供试灌木树种蒸腾、光合日进程规律的影响作用不大。随着水分胁迫的加剧,树种的蒸腾速率呈先上升后下降的趋势,四翅滨藜的光合速率随着胁迫的发展逐渐提高;小叶锦鸡儿和柽柳在轻度胁迫时光合速率处于最高值,随着水分胁迫的发展,光合速率又降低;杨柴则随着水分胁迫的发展,光合作用一直处于下降趋势。经过干旱胁迫处理的苗木,光响应曲线降低,水分胁迫越严重,降低的程度也越大。8.四翅滨藜、小叶锦鸡儿、杨柴、互叶醉鱼草、柽柳、蒙古莸6种盆栽苗木的萎蔫系数分别为:0.578%、0.711%、0.687%、2.11%、1.09%和1.22%,苗木的土壤水分利用率都在90%以上,根据耗水指数排序,得出6种苗木耐旱性排序:四翅滨藜>小叶锦鸡儿>杨柴>蒙古莸>互叶醉鱼草>柽柳。9.基于叶水势与土壤含水量的关系判断苗木的耐旱机理:小叶锦鸡儿、杨柴和蒙古莸为高水势延迟脱水耐旱树种,四翅滨藜、互叶醉鱼草为亚高水势延迟脱水耐旱树种,柽柳为亚低水势忍耐脱水耐旱树种。10.多指标综合评价供试树种的耐旱性:用模糊数学隶属函数公式对6个树种的21个指标进行了综合排序,其中年蒸腾量、土壤水合补偿点、干旱胁迫天数、萎蔫系数、耗水指数和b值等指标采用反隶属函数法。综合评价结果表明:6个树种耐旱能力大小依次为杨柴>四翅宾藜>柽柳>蒙古莸>小叶锦鸡儿>互叶醉鱼草。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 沙生灌木、林木耗水、耐旱性的概念
• 1.2.1 沙生灌木
• 1.2.2 林木耗水
• 1.2.3 耐旱性
• 2 研究综述
• 2.1 植物蒸腾耗水研究综述
• 2.1.1 林木耗水的研究进展
• 2.1.2 林木耗水的研究现状
• 2.1.3 林木耗水研究的理论和方法
• 2.1.4 林木蒸散耗水研究的尺度问题
• 2.1.5 林木耗水研究发展趋势
• 2.2 林木光合作用研究
• 2.2.1 林木光合作用的测定方法
• 2.2.2 环境因子对林木光合作用影响
• 2.2.3 林木光合作用研究展望
• 2.3 林木水分利用效率的研究进展
• 2.3.1 林木水分利用效率的研究内涵与研究尺度
• 2.3.2 林木水分利用效率的研究方法
• 2.3.3 林木水分利用效率的影响因子
• 2.3.4 林木水分利用效率研究展望
• 2.4 植物水势研究
• 2.4.1 植物水势对干旱和盐胁迫的变化研究
• 2.4.2 植物水势对气象因子变化规律影响的研究
• 2.4.3 SPAC中水分运转阻力和水势梯度分布研究
• 2.5 植物耐旱鉴定指标及数量分析方法研究进展
• 2.5.1 形态指标
• 2.5.2 生长指标
• 2.5.3 生理指标
• 2.5.4 生化指标
• 2.5.5 标志基因
• 2.5.6 其它一些与耐旱相关的指标
• 2.5.7 综合指标
• 3 试验地概况与试验材料
• 3.1 试验地概况
• 3.1.1 地理位置
• 3.1.2 自然概况
• 3.1.3 其它气象因子
• 3.1.4 大气干旱的季节变化
• 3.2 试验材料及林分
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.2 试验林分
• 4 研究内容与方法
• 4.1 研究思路
• 4.2 研究内容
• 4.2.1 半干旱区气候特征分析
• 4.2.2 各林分蒸腾、耗水特性研究
• 4.2.3 不同水分条件下灌木光合生理反应及适应机理
• 4.2.4 水分在SPAC中的势能梯度研究
• 4.2.5 生理生化特征研究
• 4.2.6 叶片解剖结构特征分析
• 4.2.7 不同水分条件下灌木的水分运移特征及耐旱机理判别
• 4.2.8 耐旱特性综合评价
• 4.3 关键技术
• 4.4 研究技术路线
• 4.5 测试方案和盆栽苗水分梯度设置
• 4.5.1 测试方案
• 4.5.2 盆栽苗水分梯度设置
• 4.6 试验观测方法
• 4.6.1 气象要素
• 4.6.2 土壤物理性质
• 4.6.3 蒸发
• 4.6.4 土壤水分
• 4.6.5 叶面积
• 4.6.6 叶片解剖
• 4.6.7 林木蒸腾
• 4.6.8 林木光合
• 4.6.9 消光系数
• 4.6.10 水势
• 4.6.11 植物生理生化指标
• 4.7 数据分析
• 5 蒸腾耗水特征分析
• 5.1 林木蒸腾量的计算
• 5.2 各计算参数的推导与分析
• 5.2.1 冠层截留净辐射Rnl
• 5.2.2 冠层整体气孔阻力rsT
• 5.2.3 空气动力学阻力ra
• 5.3 林木蒸腾实测与校正
• 5.4 Penman-Monteith公式模拟日蒸腾过程及其验证
• 5.5 模型参数敏感性对模拟结果的影响
• 5.6 生长季各月连续日蒸腾量计算
• 5.7 各林分月蒸腾量的推算
• 5.8 小结
• 6 光合生理参数的日过程及光响应
• 6.1 不同水分梯度下的蒸腾作用日变化
• 6.2 不同水分梯度下的光合作用日变化
• 6.3 光合作用与土壤水分的关系
• 6.4 不同水分梯度下的苗木叶片的光响应
• 6.5 小结
• 7 水分在SPAC中的势能梯度研究
• 7.1 土壤水势特征
• 7.1.1 土壤水势的季节变化
• 7.1.2 土壤水势与土壤含水量的关系
• 7.2 植物水势特征
• 7.2.1 清晨水势和最大水分胁迫水势的季节变化
• 7.2.2 植物叶水势日变化及其与环境因子的关系
• 7.2.3 植物叶水势日变化的季节差异
• 7.3 大气水势特征
• 7.3.1 大气水势的日变化
• 7.3.2 大气水势的月变化
• 7.3.3 大气水势与叶水势
• 7.4 土壤—植物—大气水势梯度分析
• 7.4.1 土壤—植物—大气水势梯度日变化
• 7.4.2 土壤—植物—大气水势梯度季节变化
• 7.4.3 叶水势与土壤水势的关系
• 7.5 小结
• 8 生化特征分析
• 8.1 不同水分梯度下游离脯氨酸的结果分析
• 8.2 不同水分梯度下可溶性糖的结果分析
• 8.3 不同水分梯度下SOD和CAT的结果分析
• 8.4 不同水分梯度下MDA的结果分析
• 8.5 小结
• 9 干旱胁迫对水势的影响
• 9.1 干旱胁迫过程中水势的分布
• 9.2 林木的萎蔫系数
• 9.3 苗木叶水势与土壤含水量的关系
• 9.4 苗木叶水势与土壤水势的关系
• 9.5 小结
• 10 叶片解剖结构特征及耐旱性
• 10.1 叶片解剖结构
• 10.1.1 叶片解剖结构特征
• 10.1.2 叶片解剖结构差异性分析
• 10.2 叶片的保水力
• 10.3 小结
• 11 基于水势的耐旱机理研究
• 11.1 植物耐旱机制的类型
• 11.2 基于水势变化的苗木耐旱机理及判别分类
• 11.2.1 苗木耐旱机理及模型
• 11.2.2 苗木耐旱机理判别分类
• 11.3 小结
• 12 耐旱能力综合评价
• 12.1 基于植物蒸腾耗水特性的耐旱性比较
• 12.1.1 土壤水合补偿点
• 12.1.2 光饱和点
• 12.1.3 林木蒸腾耗水量
• 12.2 基于水势变化的苗木耐旱机理及判别分类
• 12.2.1 基于叶水势和土壤含水量的苗木耐旱机理判别分类
• 12.2.2 植物萎蔫系数、水分利用率及耗水指数
• 12.3 基于叶片解剖结构特征与保水能力的耐旱性分析
• 12.3.1 叶片解剖结构特征比较
• 12.3.2 叶片保水能力比较
• 12.4 耐旱性多指标评价
• 12.4.1 耐旱隶属函数值计算方法
• 12.4.2 耐旱评价指标及数据处理
• 12.4.3 应用隶属函数进行多指标综合定量评价
• 12.5 小结
• 13 结论与建议
• 13.1 结论
• 13.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 作者简历
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢