鄱阳湖典型洲滩湿地植物水碳稳定同位素与内在水分利用效率变化特征

在极端水文事件频发和人类活动影响加剧的背景下,鄱阳湖水文情势的异常变动给洲滩湿地植物带来了一系列影响。为进一步了解鄱阳湖湿地植物水分利用来源和内在水分利用效率(iWUE)的季节变化规律,揭示优势植物在生长过程中对不同水分变化的适应策略,于2020年12月-2021年5月在鄱阳湖国家级自然保护区蚌湖和修河之间的典型洲滩湿地上设置监测断面,对灰化苔草(Carex cinerascens)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)植物样品及其潜在水源样品进行系统采集,测定并分析了水、碳稳定同位素的动态变化特征和指示意义。结果表明,典型洲滩湿地苔草和南荻植物茎水的氢、氧稳定同位素组成没有表现出明显差异,从冬季至春季,植物茎水的δ^(18)O值总体上均呈现波动富集的变化趋势。苔草在春季生长期iWUE没有表现出明显变化,而南荻在萌发时期iWUE最低,之后的生长期iWUE具有显著的增长趋势。在各潜在水源当中,植物茎水的同位素组成与土层中的重力水最为相近,其次为与根系分布联系密切的土壤水。在春季降水频繁时,来源于降水且埋深较浅的重力水可能是植物利用的主要水源,而在枯水期重力水埋深较深时,植物采取降水和土壤水的混合利用模式应对水分胁迫。植物叶片有机质的δ^(18)O值分析发现,苔草在萌发生长期i WUE的变化与光合作用能力相关的因素有关,南荻iWUE的变化主要受气孔导度变化的影响。

基于δ^(13)C估算水分利用效率的2种模型比较——以峨眉山雷洞坪植物为例

【目的】通过对基于碳稳定同位素值(δ^(13)C)估算水分利用效率(iWUE)的2种模型(是否考虑叶肉导度,gm)之间差异的研究,有助于进一步理解gm对植物iWUE的影响。【方法】选择峨眉山雷洞坪针阔混交林中不同生长型植物,采集了48个物种的117个叶片样品,通过测定其叶片δ^(13)C,对比了早期估算iWUE模型(iWUEsim模型,将gm看作无穷大)与包含gm效应的iWUE模型(iWUEmes模型)之间的iWUE差异(iWUE_(difference)),以及这种差异随植物生长型变化的趋势。【结果】结果显示,iWUEsim的平均值(42.23±1.33μmol·mol^(-1))显著高于iWUEmes的平均值(28.10±0.65μmol·mol^(-1)),高估比例为3.64%~72.11%(平均49.58%±1.30%)。不同生长型植物的iWUEsim均显著大于iWUEmes,其中草本植物高估比例3.64%~48.00%(平均29.20%±5.16%),灌木高估比例13.68%~67.73%(平均48.44%±1.83%),乔木高估比例32.04%~72.11%(平均54.08%±1.47%)。此外,叶片功能性状对iWUE_(difference)有显著影响,相比于叶片厚度、叶片干物质含量和单位质量叶片氮含量,单位面积叶片氮含量和比叶重是影响iWUE_(difference)变化的主要因素。【结论】将gm看作无穷大会造成对基于δ^(13)C估算的iWUE的高估,未来估算植物iWUE时应考虑gm的影响。

季节性干旱对千烟洲人工林水分利用效率的影响

利用千烟洲人工林基于涡度相关技术的碳水通量数据,同时借助基于生理生态学过程EALCO模型的冠层导度(Gc)模拟值,分别从生态系统水分利用效率(WUE)、内在水分利用效率(WUEi)及固有水分利用效率(IWUE)等方面探讨季节性干旱对我国中亚热带人工林水分利用效率的影响。结果表明:短期干旱期间WUE下降;干旱对全年WUE的影响不明显,全年WUE与太阳辐射存在显著的负相关关系(r=-0.903,P=0.014)。WUEi和IWUE在短期干旱状况下表现为升高,根据它们的物理意义,这表明在大气CO2浓度不变的情况下,干旱发生时通量贡献区内森林冠层的胞间CO2浓度权重平均值减小。当相对土壤含水量(REW)<0.4时,WUEi迅速升高,因此可以将REW=0.4作为WUEi受到干旱胁迫的阈值。与WUE相比,WUEi和IWUE能够更好地表征环境改变后植物的生理响应。

河南民权与陕西白水刺槐径向生长与水分利用效率对气候响应的差异

[目的]分析不同地区刺槐径向生长、内在水分利用效率(WUE_(i))对气候因子响应的差异,确定影响其生长和水分利用的主导因子,为我国刺槐人工林在气候变化背景下的管理经营提供参考。[方法]在河南民权(MQ)与陕西白水(BS)两地,利用树木年代学方法建立刺槐轮宽年表,测定树轮稳定碳同位素值(δ^(13)C),计算刺槐年际间的WUE_(i),结合气象资料分析刺槐径向生长与WUE_(i)对气候响应的差异。[结果]两地刺槐林龄相似且民权刺槐轮宽随着林龄的增加呈线性下降趋势,白水呈"升-降"曲线变化。两地刺槐的胸高断面积增量(BAI)变化趋势相似,均呈"升-降"的曲线。民权刺槐的δ^(13)C和WUE_(i)均低于白水刺槐。Pearson相关结果显示:月尺度上,两地刺槐标准化年表(STD)指数主要与夏季降水和干旱指数(SPEI)显著正相关(P<0.05),且白水刺槐与上年11月平均降水、SPEI显著负相关(P<0.05);民权刺槐WUE_(i)与当年3月和8月的平均温度、最高温度显著正相关(P<0.05),白水刺槐WUE_(i)与当年3、4月、上年及当年6、7月平均温度、最高温度和最低温度显著正相关(P<0.05)。路径分析模型表明,年尺度上,白水县刺槐STD指数与平均降水、平均温度存在显著正效应(P<0.05),而民权刺槐对气候因子响应不显著;两地刺槐WUE_(i)均与平均温度存在显著正效应(P<0.05)。[结论]平均降水是两地刺槐径向生长的主导因子,白水刺槐生长对平均降水的敏感性高于民权刺槐,平均温度是两地刺槐WUE_(i)的主导因子,白水刺槐WUE_(i)较民权刺槐对温度变化更敏感。

不同生态系统水分利用效率指标在黄土高原半干旱草地应用的适宜性评价

对近些年提出的两种生态系统水分利用效率指标——内在水分利用效率(IWUE)和固有水分利用效率(u WUE)与经典的水分利用效率(WUE)指标在黄土高原典型半干旱草地生态系统的应用情况进行了比较,主要分析了不同指标在小时、日和年尺度上的一致性和稳定性,并提出优化水分利用效率(o WUE)指标,比较了不同定义的水分利用效率指标在模拟总初级生产力(GPP)逐日动态过程上的表现。结果显示:IWUE和u WUE适合在日和小时尺度分析植被的碳水耦合特征,WUE适合分析年尺度的碳水耦合特征;o WUE指标在描述碳水耦合特征方面与u WUE相比并没有本质性改善,但在用于模拟GPP动态过程时模拟效果改善明显;采用o WUE和u WUE指标能改善植被生长盛期的GPP动态过程模拟,但在生长季早期和晚期的模拟效果比WUE差。IWUE指标不适合模拟GPP动态过程。

广东省茂名油页岩废渣堆放场主要树种的叶片气孔气体交换

在茂名油页岩废渣堆放场主要绿化树种中选取青梅(Vaticamangachapoi)、海南红豆(Ormosiapinnata)和非洲桃花心木(Khayasenegalensis)3种植物进行测定。结果表明,3种植物的净光合速率的大小有明显的差异,从大到小的顺序是非洲桃花心木>海南红豆>青梅,海南红豆和非洲桃花心木的光合速率日变化幅度较大,而青梅的则相对较小;气孔导度从大到小依次为非洲桃花心木>海南红豆>青梅;三者净光合速率的差异与气孔导度有关。非洲桃花心木虽然具有较高的净光合速率,但由于其气孔导度较高,散失的水分较多,其内在水分利用效率比海南红豆低。青梅下午的内在水分利用效率比上午高得多,是由于其气孔导度下午比上午明显降低而限制了蒸腾失水的缘故。在油页岩废渣场,海南红豆和非洲桃花心木比青梅具有较强的生态适应性。

基于树轮稳定碳同位素的张北杨树防护林退化原因解析

三北防护林是京津冀地区重要的生态屏障,但近十年来张北县4/5的杨树防护林出现退化现象,接近1/3的杨树濒临死亡或枯死,导致杨树防护林生态功能下降.本研究用稳定碳同位素方法追溯研究了退化与未退化杨树年轮中δ^(13)C值和内在水分利用效率(WUE_i)的差异,分析导致杨树退化和死亡的原因及其来源.结果表明:相同年龄杨树的直径随着退化程度增加而下降,退化杨树树轮的δ^(13)C值变化范围为-25.26‰^-22.97‰,未退化杨树为-26.15‰^-23.50‰,从1997年开始,退化杨树δ^(13)C值高于未退化杨树.退化与未退化杨树WUE_i值从1997年开始出现差异但不显著,2002年后其差异达到显著水平,退化与未退化WUE_i的差值ΔWUE_i连续正值可能是退化与未退化杨树产生分化的重要原因之一.退化和未退化杨树WUE_i与降雨量、相对湿度和潜在蒸散量(ET_0)的相关关系均不显著,但与气温和地下水埋深呈极显著的线性关系.1997年极端干旱事件是杨树林退化的起点,随后土地利用方式的改变导致地下水的过度使用,加剧了干旱持续时间和强度,进而加速杨树防护林的退化和死亡.