黄土高原植物叶片光合与化学计量特征的时空响应与适应机制

植被－气候关系研究是全球变化生态学研究的一个热点领域。本研究以黄土高原的地带性植物或优势种为研究对象，在时间尺度上以植物标本为材料，研究了最近70年以来气候变化下植物的气孔特征参数和WUE的演变规律，揭示了不同植物对气候变化的适应能力；在空间尺度上以不同气候带分布的自然生长植物为研究对象，基于功能群分类，研究了不同功能群植物的光合特性、叶片结构性状、WUE和化学计量特征的类群间差异，阐明了黄土高原植物叶片性状与气候环境因子的作用关系，从光合生理、水分、养分利用与适应性角度探讨了黄土高原植物与气候环境变化的关系，研究结果有助于理解全球变化下植被对气候变化的响应与适应性，并为黄土高原区森林植被的恢复重建提供理论依据。本研究取得如下主要结论：（1）从20世纪30年代至2002年近70年中，黄土高原区典型植物辽东栎、虎榛子、酸枣和狼牙刺的气孔特征参数（气孔密度、长度、宽度和面积）随气候变化的演变规律不同。酸枣和狼牙刺的气孔密度下降较为明显，降低率分别为27.86%和46.85%，虎榛子气孔密度的降低率为9.79%，而辽东栎的气孔密度变化较小。近70年中，4种植物的叶片&delta;13C值均表现为不同程度的降低趋势，指示了植物的WUE普遍下降，狼牙刺、辽东栎、虎榛子和酸枣&delta;13C值的降低率分别为14.65%、14.46%、11.99%和2.44%。（2）黄土高原区杨陵、永寿、铜川、富县、安塞、米脂和神木7个样点之间以及不同功能群植物之间的光合特性、叶片结构性状、&delta;13C值和化学计量参数等差异显著，表明不同地区和不同类型植物的光合能力、叶片防御能力、水分和养分利用效率差异很大。植物光合和养分利用能力比较为：草本植物＞乔木和灌木、落叶乔木＞常绿乔木、C3草本植物＞C4草本植物，而植物WUE和LMA的比较结果与此相反，这主要与不同功能群植物采用的水分利用方式和养分分配策略有关。豆科植物的光合能力、水分和养分利用能力明显高于非豆科植物，因此在黄土高原植被恢复重建中应优先考虑固氮植物，尤其是刺槐、柠条、沙棘和达乌里胡枝子等优势植物对干旱瘠薄生境的适应能力较强，适合作为黄土高原植被恢复重建的先锋物种。（3）黄土高原区C3植物叶片&delta;13C值的分布范围为-22.66 &permil; ~ -30.70 &permil;，平均值为-27.04 &permil;。纬度、海拔、年日照、年均温度和年降雨量等气候环境因子中，植物&delta;13C值受年降雨量的影响最大，年降雨量可单独解释13.3 %的&delta;13C值变化。植物&delta;13C值随降雨量的减少而明显增加，降雨量每减少100mm，&delta;13C值升高约0.88 &permil;。说明水分是影响黄土高原植物WUE的重要环境因子，在干旱生境中植物的WUE较高。（4）黄土高原区植物叶片有机C、全N、全P和全K的的分布范围分别为32.6%~54.8%、0.82%~4.58%、0.06%~0.35%、0.24%~4.21%，平均值分别为43.8%、2.41%、0.16%和1.67%。黄土高原区植物的叶片N含量显著高于我国及全球尺度的植物平均N含量，而P含量又显著低于全球尺度的植物平均P含量，以致叶片N/P比值（15.4）较高，说明黄土高原地区的植物生长更易受P素限制，其原因主要与土壤中P含量较低有关。（5）黄土高原区植物叶片性状与纬度、年日照、年均温度和年降雨量等气候环境因子的作用关系表明，随着纬度升高和光照的增强，温度和降雨量减少，植物&delta;13C值、N/P比率、LMA显著增加，而PNUE、Chl显著下降，说明这些参数随气候环境变化的规律性较强，可较好地揭示植物对环境变化的响应规律，因此，可考虑作为建立植被－气候模型的重要参数。</span

不同功能型植物光合特性及其与叶氮含量、比叶重的关系

以秦岭南部的宁陕县和黄土高原地区的富县和神木为研究地点,研究不同气候带区乔木、灌木和草本植物的光合特性及其与叶片氮含量(Nmass)、比叶重(LMA)的作用关系。结果表明,宁陕、富县和神木3个地区之间的乔木、灌木和草本植物的光饱和速率(Pmax)、光合氮利用效率(PNUE)、PSⅡ电子传递量子效率(ФPSⅡ)、Nmass和LMA差异均达显著水平(p&lt;0&middot;05),神木地区乔木、灌木和草本植物的Pmax均显著高于宁陕和富县。3个地区的乔木、灌木和草本植物之间的Pmax、PNUE、ФPSⅡ、PSⅡ最大光能转换效率(Fv/Fm)、Nmass和LMA差异均达显著水平(p&lt;0&middot;05),草本植物的Pmax和PNUE明显高于灌木和乔木。由南向北分布的宁陕、富县和神木3个地区,随着气候干旱的加剧,乔木、灌木和草本植物的LMA均呈增加的趋势,且不同功能型植物的LMA的大小比较为乔木&gt;灌木&gt;草本植物。宁陕、富县和神木地区近60种植物(包括乔木、灌木和草本植物)的LMA与Nmass、PNUE与LMA均呈极显著的负相关(p&lt;0&middot;01),而Pmax与Nmass呈显著的正相关(p&lt;0&middot;05)。对光合参数之间的相关分析表明,Pmax与PNU..

Stomata-density changes of the plants in the Loess Plateau of China over last century

以黄土高原地区 4种典型 C3植物辽东栎 (Quercus liaotungensis)、虎榛子 (Ostryopsis davidiana)、酸枣 (Zizyphus jujubavar.spinosa)和狼牙刺 (Sophora viciifolia)植物腊叶样品标本为材料 ,利用数码图像显微镜处理系统 ,研究了从 2 0世纪 30年代至 2 0 0 2年中不同年代植物气孔密度的变化情况。结果表明 ,在近百年中 ,4种植物气孔密度随环境变化的演变规律不同 ,辽东栎气孔密度升高率为 1.31% ,几乎没有变化 ,虎榛子气孔密度降低率为 9.79% ,下降也不十分明显 ,而酸枣和狼牙刺的气孔密度降低率分别为 32 .35 %、4 6 .85 % ,下降非常明显。 4种植物气孔密度变化率比较 :狼牙刺 &gt;酸枣 &gt;虎榛子 &gt;辽东栎。说明不同植物对气候环境因子的敏感性不同 ,具有不同的适应环境变化的策略 ,环境变化对气孔密度的影响 ,其效应因植物种类而

黄土高原油松和刺槐叶片光合生理适应性比较

以黄土高原地区由南向北分布的杨凌、永寿、富县、安塞、米脂、神木等县为研究地点,研究不同地区油松和刺槐的光合特性与叶结构性状间的关系.结果表明,不同地区油松针叶和刺槐叶片的净光合速率(Pn)、光合氮利用效率(PNUE)、水分利用效率(WUE)、比叶质量(LMA)、氮含量(Nmass)和叶绿素相对含量(Chl)差异均达极显著水平(P&lt;0.001),说明不同地区油松和刺槐的光合能力和叶结构性状参数差异很大.由南向北,油松的Pn、WUE和PNUE呈略微增加趋势,而刺槐则呈显著降低趋势,表明油松在干旱生境下仍能维持较高的光合能力,而刺槐光合能力明显受到抑制;油松和刺槐的LMA均呈略微上升趋势,而Nmass和Chl均呈略微下降趋势,且刺槐的变化幅度高于油松,说明油松从生理代谢和叶结构性状上对干旱环境的适应能力均强于刺槐.相关分析表明,不同地区油松和刺槐的LMA与Nmass整体上呈极显著负相关;Pn、PNUE与LMA、Nmass相关不显著,与Chl呈极显著正相关;WUE与LMA呈显著负相关(P&lt;0.05),与Nmass呈显著正相关

Tempo-Spatial Variations in the Stomatal Density and δ~(13)C Value of Quercus liaotungensis Leaves

利用数码图像显微镜处理系统和稳定性碳同位素测定技术 ,对 2 0世纪 30&mdash; 80年代不同年代不同植被区域内辽东栎叶片气孔密度及&delta;1 3C值的时空变异规律进行研究。结果表明 ,全国不同区域辽东栎气孔密度为 5 35～80 0stoma&middot;mm- 2 ,平均值为 70 3stoma&middot;mm- 2 ,&delta;1 3C值为 - 2 8 4 7&permil;～ - 2 5 0 2&permil; ,平均值为 - 2 6 83&permil;。从时间分布角度 ,由 2 0世纪 30&mdash; 80年代 ,暖温带落叶阔叶林区域中辽东栎叶片气孔密度和&delta;1 3C值持续降低比较明显 ;亚热带常绿阔叶林区域中辽东栎叶片气孔密度呈增加趋势 ,而&delta;1 3C值呈降低趋势 ;青藏高原高寒植被区域中辽东栎叶片&delta;1 3C值呈增加趋势 ,但气孔密度几乎没有变化。从空间分布角度 ,30年代 ,暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、青藏高原高寒植被 3个区域中辽东栎气孔密度和&delta;1 3C值依次递减 ,说明水分利用效率 (WUE)呈下降趋势 ;5 0年代 ,辽东栎气孔密度在 4个植被区域之间产生波动 ,温带针阔叶混交林和亚热带常绿阔叶林 2个区域中的辽东栎气孔密度比较接近 ,且高于气孔密度相差不大的暖温带..

Comparison of the leaf stomatal characteristic parameters of three plants in Loess Plateau over the last 70 years

以黄土高原地区 3种典型植物辽东栎 (QuercusliaotungensisKoidz. )、虎榛子 (OstryopsisdavidianaDecne. )和酸枣〔ZiziphusjujubaMill. var. spinosa(Bunge)HuexH. F. Chow〕标本为材料,利用数码图像显微处理系统,研究了从 20世纪 30年代至 2002年近 70a中植物叶片气孔长度、宽度、面积与密度的变化状况及其相关性。结果表明,气候变化对 3种植物气孔性状并无一致的影响。辽东栎叶片气孔长度、宽度、面积和密度变化总体上均呈上升趋势,升高率分别为 11. 62%、3. 17%、18. 01%和 1. 32%。酸枣叶片气孔长度、宽度和面积呈上升趋势,升高率分别为 21. 90%、13. 60%和 35. 61%;而气孔密度下降,降低率为-27. 86%。虎榛子叶片气孔长度、面积和密度均呈下降趋势,降低率分别为-7. 91%、-1. 43%和-9. 73%;而气孔宽度升高率为 2. 56%。酸枣叶片气孔 4个特征参数的变化率均明显大于辽东栎和虎榛子,虎榛子叶片气孔性状的 3个参数 (除密度外 )变化率最小。3种植物..

黄土高原地区植物叶片养分组成的空间分布格局

对黄土高原地区由南向北分布的杨凌、永寿、铜川、富县、安塞、米脂和神木等7个站点126个植物样品的叶片有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)和全钾(K)等化学组分的空间分布及其与气候因子的关系进行研究．结果表明,黄土高原区植物叶片有机C,N,P和K的变化范围分别为32．6％-54．8％,0．82％-4．58％,0．06％-0．35％和0．24％-4．21％,平均值分别为43．8％, 2．41％,0．16％和1．67％,叶片养分含量大小为:C&gt;N&gt;K&gt;P．叶片C／N、C／P和N／P的变化范围分别为7&mdash;62,93&mdash;826和7&mdash;29,平均值分别为21．2,312和15．4．黄土高原区植物的叶片N含量显著高于我国及全球尺度的植物平均N含量,而P含量又显著低于全球尺度的植物平均P含量,以致叶片N／P较高．黄土高原区乔木、灌木和草本植物,常绿和落叶乔木,C3和C4草本植物7种生活型植物之间的叶片C,N,P,K和C／N,C／P差异均达极显著水平,而N／P差异不显著．黄土高原区126个植物样品的叶片C含量与N,P,K含量均成极显著的负相关,而N,P,K之间均成极显著的正相关,其中以N和P之间的相关性最强．黄土高原区叶片N／P与纬..

Study on Relationship between Tree-Ring and Climatic Change

综述树木年轮分析在温度、降水序列和大气CO2浓度变化研究中的应用概况,着重探讨气候变化对树轮宽度、密度和稳定同位素组成的影响,如温度、降水对树木生长的&ldquo;滞后效应&rdquo;、&ldquo;幼龄效应&rdquo;,并就树轮年代学在气候变化研究中存在的问题和研究前景作简要探讨,提出今后年轮气候学的研究应结合中、小时间尺度的树木生理生态学特性进行,需阐明树木和环境各因子之间的相互作用机理及量化关系,应加强各类代用资料与仪器观测记录结果的对比分析,并加强对年轮气候模型的验证,研究方法应由经验性分析转向机理性研究,并注重多学科知识的综合运用

VARIATION IN THE δ~(13) C VALUE OF TYPICAL PLANTS OF LOESS PLATEAU OVER THE LAST 70 YEARS

对黄土高原地区 4种典型C3 植物狼牙刺 (Sophoraviciifolia)、辽东栎 (Quercusliaotungensis)、虎榛子 (Os tryopsisdavidiana)和酸枣 (Zizyphusjujubavar.spinosa)样品稳定性碳同位素组分 (&delta;13 C)进行分析 ,研究了从 2 0世纪 30年代至今近 70年中不同年代植物&delta;13 C值的变化。结果表明 ,在近 70年中 ,4种植物&delta;13 C值变化范围为- 2 5 .0 5&permil;～ - 2 9.75&permil; ,平均值为 - 2 7.0 4&permil;。 4种植物叶片&delta;13 C值均呈下降趋势 ,表明随气候环境变化 ,近 70年4种植物的水分利用效率 (WUE)均呈降低趋势。但不同植物叶片&delta;13 C值下降幅度不同 :狼牙刺和辽东栎叶片&delta;13 C值下降非常明显 ,虎榛子叶片&delta;13 C值下降也较明显 ,而酸枣叶片&delta;13 C值下降不明显。 4种植物&delta;13 C值的降低率分别为 14 .6 5 %、14 .4 6 %、11.99%和 2 .4 4 % ,说明不同植物对气候环境因子的敏感性不同 ,具有不同的适应环境变化的策略 ,酸枣是 4种植物中耐旱能力较强 ,W..

Comparison of leaf gas exchange and chlorophyll fluorescence parameters in eight broad-leaved tree species

在自然条件下,测定了8种阔叶树种叶片的气体交换参数和叶绿素荧光参数并对其进行比较。结果表明,8种阔叶树种紫玉兰、广玉兰、玉兰、美人梅、铁杆梅、腊梅、红碧桃和紫薇的叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、瞬时水分利用效率(WUE)和潜在水分利用效率(WUEi)的种间差异达极显著水平(p&lt;0.01),指示了不同树种间的光合能力及水分利用能力差别较大。8种阔叶树种叶片的初始荧光(Fo)、可变荧光(Fv)、最大荧光(Fm)和PSⅡ电子传递量子效率(ФPSⅡ)的种间差异极为显著(p&lt;0.01),PSⅡ最大光能转换效率(FvFm)、可变荧光与初始荧光之比(FvFo)和非光化学猝灭系数(NPQ)的种间差异也达显著水平(p&lt;0.05),说明各树种叶片的PSⅡ原初光能转换效率和潜在活性、PSⅡ电子传递量子效率以及PSⅡ的潜在热耗散能力差别较大,而实际光下最大荧光(F&prime;m)和PSⅡ光能捕获效率(F&prime;vF&prime;m)的种间差异不显著。3种木兰科植物的Pn、Tr、WUE和WUEi平均值均高于3种蔷薇科植物,说明木兰科植物的光合能力较强,对吸收的光能和水分的利用较高。蔷薇科植物的FvFm、FvFo、ФPSⅡ、F&prime;vF&prime;m..