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黄土丘陵沟壑区不同立地白羊草水分生理特征1研究领域和方法
1.1样地的地理位置、气候条件这项研究于2005年在陕西省延安地区安塞县高桥市进行该区域地形复杂,梁波起伏,沟基密度高属于黄土山区气候属于中温带碱性季风气候,植被属于森林公园的牧场该区年均日照总时数为
2397.3h;年平均辐射总量为493kj/cm在试区内选择了半阳坡和半阴坡两种典型的立地类型,用便携式GPS和罗盘仪确定了两种样地的地理位置、海拔高度和坡度,通过对当地的村长、长者及土地使用者的走访,调查了样地的搭荒年限所选择样地的基本情况如表1所示
1.
2.1土壤含水率测定采用烘干法进行,在白羊草生长的初期(05-05)、中期(07-30)和末期(09-25)分别用直径为5cm的土钻分层取土,取样深度为200cm,每20cm为一梯度层次,重复3次,以土壤干重为基数计算土壤含水率(给蒸腾强度的测定采用快速离体称重法,选择晴朗无云的08-27,每隔2h测1次,测定了当天08:0018:00白〜羊草全株蒸腾强度的日变化,重复4次同时,将手持式温湿度表置于白羊草群丛中测定大气温度(℃)和大气相对湿度(%)o
1.
2.3叶片相对含水量、水分饱和亏及叶片持水力的测定在白羊草生长初期(05-24)、中期(07-23)和末期(10-05),对各样地白羊草叶片相对含水量、水分饱和亏和叶片持水力进行测定,每个指标均为3次重复具体测定方法参照文献地上地上部分生物量测定在选定的样地取4个1mXl m的样方,分别在06-22,07-23和08-21采用刈割法从茎基部贴地面剪下地上部分,测定群落地上生物量于08-21在地上部刈割后的地方,用内径为9cm的十.钻取地下十壤,按20cm分层取根系直至地下无根系出现为I匕将每层根系放在双层纱布内洗净,剔除杂物后再将每层的根系分别装入纸袋,在80℃的烘箱中烘至恒质量,冷却后用精度为
0.01g的电子秤称取干质量
1.3数据处理与分析试验数据采用Excel、DPS数据处理软件进行处理2结果与分析
2.1半阳坡和半阴坡大气温度比较空气温度、相对湿度是影响植物蒸腾作用的重要因子图1,2反映了2005-08-27两种典型立地(半阴坡、半阳坡)大气温度和大气相对湿度的日变化进程由图1,2可以看出,08:00〜12:00半阴坡大气温度比半阳坡高,于中午12:00达到最高值
49.3℃,而半阳坡在下午14:00才达到最高气温,其值为
48.9°C,两种立地气温达到最大值后又不同程度地呈下降趋势,且14:00以后半阴坡大气温度较半阳坡低,这与不同立地不同时间接受的太阳辐射能量多少有关,上午半阴坡受到太阳辐射较多,温度升高较快,下午半阳坡受到的太阳辐射较多,温度也相对较高在半阴坡、半阳坡两种立地条件下,大气相对湿度在08:0014:00时均随着时间的推移〜呈下降趋势,于14:00时达全天最低值,分别为
22.7%和
22.5%,而14:0018:00又有不同程〜度的升高经分析表明,半阴坡和半阳坡大气相对湿度的变化与大气温度极显著负相关,相关系数分别为
2.2不同立地土壤含水率的日变化土壤水分是植物群落生态水的主要部分,即非消耗性生态水黄土高原属于典型的雨热同季气候,在降雨量大的同时蒸发量也大,再加上各立地自身立地条件及地表蒸发和植被蒸腾耗水的差异,最终使不同立地白羊草草地的土壤水分生态环境具有明显的分异特征图3为白羊草生长初期(05-05)、中期(07-30)和末期(09-25)半阴坡、半阳坡白羊草草地土壤水分的变化曲线,由图3可以看出,05-05060cm土层土壤含水率较低,60~200cm土层土壤含水〜率较高,而07-30和09-250-60cm土层土壤含水率均较高,60~200cm土层土壤含水率均较低,这主要与测定前刚降过雨有关7月降雨强度较大,而且由于持续时间较长,土壤深层得到一定的水分补给,与9月相比,其60cm以下土层的土壤含水率也较高,而9月虽然降雨强度也较大,但持续时间短,水分不足以下渗补充深层土壤的水分亏缺,再加上8月植物旺盛生长对水分的强烈消耗,故其60cm以下土层水分含量较低但在白羊草的生长季内,半阴坡土壤含水率总体上高于半阳坡在整个白羊草的生长季节(2005-05-10)中,半阳坡和半阴坡白羊草两种立地0200cm土层〜的平均土壤含水率分别为
7.80%和
10.30%经Duncan s比较(表2)发现,在整个生长季中,半阴坡和半阳坡平均土壤含水率的差异均达显著水平,造成以上差异的原因,主要与不同立地的坡向有关,各立地坡向不同,使其接受的太阳辐射量不同,从而导致各立地土壤水分的差异土层间土壤含水率的差异只是在白羊草生长初期时达极显著水平,生长中期和末期土层间土壤含水率的差异均不显著
2.3半阳坡和半阴坡蒸腾强度的特征曲线蒸腾是植物的生理特性之一,是衡量植物水分支出情况的重要指标植物蒸腾散失的水分属于植物生态水的一部分,即消耗性生态水由2005-08-27白羊草蒸腾强度的测定结果(图4)可知,两种立地条件下白羊草蒸腾强度的日变化特征曲线基本均呈单峰型,无“午休”现象,半阳坡日均蒸腾强度大于半阴坡;半阴坡白羊草的蒸腾强度在12:00达到峰值,为
0.62g/(g-h),半阳坡白羊草的蒸腾强度于14:00达到峰值,为
0.72g/(g•h),而且上午半阴坡白羊草的蒸腾强度较半阳坡高,下午半阳坡白羊草的蒸腾强度较半阴坡高这种单峰无“午休”蒸腾现象可能与植物本身的生理特性密切相关,另外由于全天太阳辐射角度的变化,不同立地环境因子(如大气温度、大气相对湿度等)也随之发生变化,加上不同立地土壤含水量的差异,从而导致不同立地植物蒸腾强度日进程有很大差异,半阴坡白羊草的蒸腾强度比半阳坡较早达到峰值,主要是因为半阴坡接受的太阳辐射能量早于半阳坡,温度升高较快所致
2.4半阴坡白酒草生长中期rwc特征植物相对含水量是反映植物水分状况的重要生理参数2005年不同生长时期(05-24,OY-23,10-05)两种立地条件下白羊草叶片相对含水量(RWC)的变化见图5从图5可以看出,半阴坡白羊草不同生长时期的RWC均高于半阳坡,但不同生长时期两种立地的RWC均无显著差异在白羊草的整个生长季,半阴坡和半阳坡的RWC变化趋势一致,即无论是在半阴坡还是在半阳坡,白羊草生长初期(05-24)的RWC最高,分别为
94.15%和
91.94%;生长中期(07-23)最低,分别为
82.68%和
81.37%Duncan s多重比较表明,半阳坡白羊草生长初期RWC与生长中期及末期RWC的差异均达极显著水平,而生长中期与生长末期RWC的差异不显著;半阴坡白羊草生长初期RWC与生长中期RWC的差异达显著水平,与生长末期RWC的差异达极显著水平,而生长中期与末期RWC间的差异不显著由以上分析可知,由于受到不同土壤水分、大气温度等综合因素的影响,使得生长在不同立地上的白羊草体内水分状况相应地发生了不同程度的改变,这是植物为了适应不同立地生态环境而作出的生理性反应植物水分的自然饱和亏表示植物水分亏缺的程度早晨(08:00)植物叶片的自然饱和亏反映了植物夜间吸收水分补充恢复的状况其值愈小,则水分补充恢复得愈好;其值愈大,则水分补充恢复得愈差不同生长时期(05-24,07-23,10-05)两种立地条件下白羊草叶片水分自然饱和亏(WSD)的变化如图6所示由图6可以看出,半阳坡白羊草的WSD高于半阴坡,这可能与不同立地土壤水分环境以及大气温度等因素有关在白羊草的整个生长季,半阴坡和半阳坡白羊草WSD的变化趋势一致,均表现为生长中期(07-23)>生长末期(10-05)>生长初期(05-24)o Duncan,s多重比较发现,半阳坡白羊草生长初期WSD与生长中期及末期WSD的差异均达极显著水平,而生长中期与生长末期WSD的差异不显著;半阴坡白羊草生长中期与末期的WSD差异显著,而生长初期WSD与生长中期及末期WSD的差异均达极显著水平这可能是因为在白羊草的生长中期,由于光照强度较大,温度较高,白羊草蒸腾速率较大,导致其失水过多,虽然经过一夜的水分补充,但恢复程度还是较生长初期和末期差叶片持水力又称叶片保水力,是指离体叶片保持原有水分的能力,可以用失水百分率来表示,失水百分率越高,说明持水力越弱,反之,持水力越强由图7可以看出,半阳坡和半阴坡白羊草叶片失水百分率的变化趋势基本一致,均表现为生长末期〉生长初期》生长中期;在同一生长时期,半阳坡白羊草叶片的失水百分率均高于半阴坡,说明半阳坡白羊草叶片保水能力较差,但两种立地条件下白羊草叶片失水百分率的差异并不显著
2.
5.1半阴坡白酒草生长发育特点由表3可以看出,6月半阳坡白羊草群落的地上生物量高于半阴坡,主要是因为6月半阳坡接受的光能较多,植物生长发育较早,而半阴坡白羊草生长发育相对较为迟缓;7月随着光照强度的增大和温度的升高,同时由于7月降水较多,土壤水分条件得以改善,半阳坡和半阴坡的白羊草迅速生长,其群落地上生物量达到峰值,分别较6月增加了
77.13%和
155.71猊8月白羊草群落逐渐枯落,其地上生物量下降白羊草生长季内的地上生物量以半阴坡(
1070.93g/m
2.
5.2cm土层中白草地下生物量所占比例由图8可以看出,不同立地条件下,白羊草地下生物量的垂直分布均表现为从土壤表层到深层的逐次递减,其中040cm土层中白羊草地下生物量所占比例最大,超过了总量的90%两种立地〜0条件下,白羊草地下生物量表现为半阳坡(
726.77g/m综上所述,半阳坡白羊草群落地上生物量较低,地下生物量较高,这是植物对较低土壤含水量的适应性反应,减少地上部生长,加强地下部生长,这符合干旱条件下植物地上部和地下部生长的规律,是植物对干旱的抗逆反应3分异特征及类型黄土高原属于典型的雨热同季气候,在降雨量大的同时蒸发量也大,再加上各立地自身条件、地表蒸发及植被蒸腾耗水的差异,最终使不同立地的土壤水分生态环境表现出明显的分异特征有研究表明,在不同立地条件下,人工林地的土壤水分含量表现为半阴坡〉半阳坡蒸腾作用不仅受土壤水分变化的影响,而且还受自身生理调控、生理阈值和年生长节律的制约本试验仅对半阳坡和半阴坡两种立地条件下白羊草的生理水分特性叶片相对含水量和水分饱和亏和生态水分特性蒸腾强度、土壤含水量进行了初步研究,为了进一步深入了解白羊草对不同生态环境的生理适应性,有待进一步加强对不同生境条件下白羊草的光合生理及气体交换等方面的研究4立地条件对白酒草蒸腾强度的影响1在不同立地条件下,白羊草不同生长时期以及不同土层间土壤含水率有差异,但在白羊草年生长季内,半阴坡的土壤含水率高于半阳坡2两种立地条件下,白羊草蒸腾强度均无“午休”现象,且半阴坡白羊草的蒸腾强度比半阳坡较早达到峰值,但半阳坡的日均蒸腾强度高于半阴坡3在白羊草的整个生长季,以半阴坡RWC高于半阳坡,半阳坡WSD、叶片失水百分率高于半阴坡,且两种立地差异不显著4半阴坡68月白羊草总的地上生物量是半阳坡的
1.05倍,而半阳坡白羊草地下生物量是〜半阴坡的
2.53倍,反映了白羊草对干旱的抗逆反应。