干熱河谷主要植被恢復(fù)樹種蒸騰耗水特性及適應(yīng)機(jī)制評價

1、干熱河谷主要植被恢復(fù)樹種蒸騰耗水特性及適應(yīng)機(jī)制評價 本文以地處長江上游的金沙江干熱河谷植被恢復(fù)樹種為研究對象 , 從生理生 態(tài)學(xué)的角度 , 采用盆栽試驗與試驗林測試相結(jié)合的方法 ,針對干熱河谷旱季長且 植被生境存在由干旱轉(zhuǎn)向干熱再轉(zhuǎn)向濕潤的特殊變化 , 系統(tǒng)深入地探討了干熱河 谷主要植被恢復(fù)樹種在不同環(huán)境條件下的蒸騰耗水特性以及光合、 水分生理生態(tài) 特性, 進(jìn)而對樹種的生理生態(tài)適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)分析 ,并對不同試驗樹種的實 際生長狀況展開了較為全面的調(diào)查 , 構(gòu)建了基于生理生態(tài)指標(biāo)及生長量的綜合評 價指數(shù),科學(xué)評價了干熱河谷植被恢復(fù)樹種的適應(yīng)性問題 , 旨在為該區(qū)生態(tài)造林 提供科學(xué)理論與實踐依

2、據(jù)。 主要結(jié)論表達(dá)在如下幾個方面 :(1) 主要植被恢復(fù)樹種 蒸騰耗水特性本研究采用盆栽稱重法首次系統(tǒng)比擬分析了金沙江干熱河谷區(qū) 29 種主要植被恢復(fù)樹種的苗木蒸騰耗水特性。發(fā)現(xiàn)在土壤水分條件良好時 , 不同種類苗木典型晴天里的蒸騰耗水量及耗水 速率的日變化表現(xiàn)為典型的單峰狀分布 ,而隨著干旱脅迫加深 , 苗木蒸騰耗水量 及耗水速率的日變化峰值有所提前 , 且對絕大多數(shù)參試樹種而言 , 干熱脅迫降低 了蒸騰量的日變化幅度 , 單峰態(tài)類型有向雙峰態(tài)類型過渡的趨勢。苗木白天蒸騰 耗水量隨土壤含水量及水勢的下降而降低 , 但不同種類苗木下降的速率及幅度不 一樣; 隨著土壤干旱脅迫的加深 , 苗木蒸騰

3、耗水速率逐漸降低 ,且在干旱脅迫初期 下降速率較大 , 而在干旱脅迫后期下降速率呈遞減趨勢。供試樹種全天的蒸騰耗水量按大小可分為 4類：黑荊、蘭桉>大葉相思、 新銀合歡、干香柏、黃花槐 > 杞木、赤桉、墨西哥柏、尾葉桉、聚果榕、木麻 黃、車桑子、金合歡、 圓柏、大葉女貞、 余甘子、夾竹桃、滇刺棗 > 馬占相思、 山毛豆、久樹、山合歡、攀枝花、云南松。依據(jù)苗木白天蒸騰耗水速率與土壤水勢的數(shù)量關(guān)系 ,應(yīng)用系統(tǒng)聚類法將 29種供試苗木分為高、 亞高、亞低及低蒸騰耗 水速率等 4 類: 高蒸騰耗水速率中度干旱敏感型樹種 : 木麻黃、滇刺棗、聚果榕 及黃花槐 ;

4、 亞高蒸騰耗水速率弱度干旱敏感型樹種有攀枝花、 山毛豆、車桑子、 金合歡、山合歡、印楝及木豆 ; 亞低蒸騰耗水速率樹種 , 包括中度干旱敏感型樹 種和弱度干旱敏感型樹種 , 其中中度干旱敏感型樹種有云南松、 酸角、馬占相思、 干香柏和余甘子 , 弱度干旱敏感型樹種有赤桉和久樹 ; 低蒸騰耗水速率樹種 , 包 括強(qiáng)度干旱敏感型樹種、中度干旱敏感型樹種及弱度干旱敏感型樹種 , 其中強(qiáng)度 干旱敏感型樹種有夾竹桃、蘭桉、黑荊、尾葉桉和杞木 , 中度干旱敏感型樹種有 新銀合歡、墨西哥柏、大葉女貞、大葉相思和圓柏 , 弱度干旱敏感型樹種有小桐 子。供試苗木的蒸騰耗水量與耗水速率的“午睡現(xiàn)象受土壤水分狀況控

5、制 , 當(dāng) 土壤水分脅迫發(fā)生時 , “午睡現(xiàn)象適時出現(xiàn) , 與大氣干旱脅迫與否無關(guān)。 無論干 熱或濕潤季節(jié) ,印楝樹干液流密度晝夜變化的規(guī)律性較強(qiáng) ,呈明顯的單、寬峰曲線 , 在由干熱季節(jié)轉(zhuǎn)向濕潤季節(jié)時 ,印楝樹干液流密度降低 ,5 年生印楝在 5、7及 10 月的典型晴天里樹干液流密度日變化最大值分別到達(dá)27.21 、21.61 和 19.35cm3- cm-2 h-1,平均值分別為 12.11、7.48 及 6.90cm3 cm-2 h-1。干熱季節(jié)里植株蒸騰耗水具有相當(dāng)?shù)谋粍有?, 而在濕潤季節(jié)植株蒸騰耗水那么 表現(xiàn)出主動性和平衡性。 (2) 主要植被恢復(fù)樹種的適應(yīng)機(jī)制通過探討供試樹種在

6、 干季、干熱季節(jié)以及濕潤季節(jié)的光合作用規(guī)律 , 本文探討了不同海拔區(qū)域、不同 坡位、不同混交方式、不同水分條件對供試樹種葉片光合作用發(fā)生的影響。主要植被恢復(fù)樹種葉水勢在不同季節(jié)的日變化曲線均具有一個明顯的峰值 ,絕大多數(shù)呈單峰凹狀分布 ; 在干旱脅迫轉(zhuǎn)向干熱脅迫階段 , 大多數(shù)供試樹種凈光 合速率的日變化峰值有所提前 , 光合“午睡減弱或轉(zhuǎn)向不明顯 ,在干熱脅迫解除、 濕潤環(huán)境來臨階段 ,多數(shù)供試樹種又呈現(xiàn)出比擬典型的單峰或雙峰曲線 ; 供試樹 種的蒸騰速率日變化進(jìn)程與凈光合速率十分吻合 ; 大局部樹種在 3 月干季的水分 利用效率WU日進(jìn)程都表現(xiàn)為一條雙峰或多峰曲線，干熱脅迫的加深明顯促進(jìn)了

7、 WU日變化峰值的提前出現(xiàn)，亦使WU更早地受到抑制而下降，這一規(guī)律與凈光合 速率的響應(yīng)特征一致；與樹種、季節(jié)無關(guān),光化學(xué)效率Fv/Fm的日動態(tài)總是表現(xiàn)為 先下降后上升的變化特征,PSH有效光化學(xué)效率Fmv/Fms對環(huán)境條件改變的響應(yīng) 較Fv/Fm更為靈敏,非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQW Fmv/Fms恰好相反,一般表現(xiàn)為先上 升后下降的凸?fàn)罘植继卣?,說明啟動熱耗散機(jī)制是干熱河谷植被恢復(fù)樹種光合機(jī) 構(gòu)自我保護(hù)的一種常見策略。元謀縣供試樹種葉水勢在干熱的 5月份水勢最低 , 干熱脅迫的加深加劇了樹種間水勢的進(jìn)一步分化 , 而雨季后干熱脅迫的解除能降 低分化的程度 ；干熱脅迫降低了大多數(shù)供試樹種的凈光合

8、速率及氣孔導(dǎo)度 ；供試 樹種蒸騰速率、水分利用效率隨季節(jié)變化具有不同程度的改變 , 樹種在不同季節(jié) 里的控制失水能力存在很大差異。樹種蒸騰速率的季節(jié)性變化方向與氣孔導(dǎo)度的變化方向存在不一致的現(xiàn)象 , 樹種蒸騰速率的季節(jié)性增減可能表現(xiàn)為氣孔因素為主與非氣孔因素為主兩種控 制形式的作用結(jié)果。與旱季相比，供試樹種固定熒光Fo在濕潤季節(jié)時的日變化幅 度較小,這說明濕潤季節(jié)有利于光合機(jī)構(gòu)處于一個良好的反響狀態(tài) ,從而提高光 合生產(chǎn)力 , 這與供試樹種在濕季表現(xiàn)出更高的凈光合速率的現(xiàn)象一致 ； 濕潤環(huán)境 有利于減輕干熱河谷區(qū)植被恢復(fù)樹種由強(qiáng)光所導(dǎo)致的“光抑制 。干熱脅迫的持續(xù)與加深增強(qiáng)了元謀與鶴慶這 2

9、個不同海拔區(qū)域的相同試驗 樹種凈光合速率及蒸騰速率間的差異 ； 隨著干熱脅迫的加深 , 不同樹種受海拔區(qū) 域上下的影響程度具有較大的變化。相對高的坡位 , 低的坡位有利于各樹種葉水 勢、凈光合速率及蒸騰速率維持在一個相對高的水平 , 但這種低坡位的光合增益 效應(yīng)因樹種而異 ; 坡位的光合增益效應(yīng)在干熱季節(jié)表現(xiàn)更為明顯。與新銀合歡混交時 , 印楝具有最高的凈光合速率 ,而與大葉相思混交時葉水 勢最高。在干熱河谷區(qū)適度的遮陰有利于印楝光合能力及光合效率的提高 , 而過 度的被壓那么不利于或會限制印楝正常的生理活動。灌溉有利于緩解或解除 5 月極度干熱所形成的水分脅迫 ,能顯著減輕或解除 供試樹種在

10、干熱季節(jié)的光合抑制。 干季降水增大了多數(shù)供試樹種在干季的凈光合 速率、蒸騰速率及水分利用效率 , 但亦因樹種的不同而具有很大差異 ,干季降水對 植被恢復(fù)樹種的選擇及生理活動具有重要意義。在干旱脅迫轉(zhuǎn)向干熱脅迫階段 , 大多數(shù)供試樹種光合限制增早、 增強(qiáng); 在干熱 脅迫解除、濕潤環(huán)境來臨階段 , 凈光合速率受限程度減輕或消失。 12個供試樹種 在干季里的光合作用在一天當(dāng)中均存在氣孔限制與非氣孔限制兩種主導(dǎo)因素。干熱脅迫的加深導(dǎo)致了氣孔限制的更早發(fā)生 , 亦導(dǎo)致了非氣孔限制的更多發(fā) 生。總地來看 , 在干熱脅迫加深和干熱脅迫解除兩個先后發(fā)生的季節(jié)性階段里 , 供試樹種經(jīng)歷了光合作用氣孔限制減少和氣孔限制增多兩種過程。葉肉細(xì)胞光合活性的增強(qiáng)可能是樹種上午凈光合速率上升的主要因素。