梭梭水分利用率的日变化

徐斌

【摘 要】温带荒漠植物梭梭长期生长在夏季炎热高温、冬季寒冷低温、长年干旱缺水的极端环境中，以其特有的形态学特征和生理功能来减少水分损失， 为了探讨荒漠梭梭水分利用效率（WUE） ，为荒漠生态系统保育和退化植被恢复重建提供理论依据，采用光合测定仪对新疆北部准葛尔盆地荒漠中在自然条件下梭梭叶片光合生理生态的相关指标，进行分析，结果表明：梭梭对干旱环境具有良好的适应能力，其水分利用率就是光合速率（PN）与蒸腾速率（Evap）的比值。通过对光合速率和和蒸腾速率的研究，来说明梭梭水分利用率的日变化。

【关键词】梭梭；光合速率；蒸腾速率；水分利用率

我国的西北地区，由于过渡的放牧、砍伐和开垦造成大量的土地沙漠化。从而引起东部地区频繁的出现沙天气。2006年3月9日，内蒙古地区出现大规模的沙尘天气，包头地区的扬沙天气十分严重。内蒙古中西部、宁夏中北部和甘肃武威、白银、陕西北部、河北北部等11省（市、区）110个县地相继发生沙尘天气。受影响面积达86万多平方公里，受影响人口达2119万人[1]。同年的4月17日，北京出现严重的降尘天气[2]。可见土地的沙漠化严重的影响着人们的生活。据统计，我国的荒漠化土地占全国土地面积的27%以上，相当于14个广东省的幅员，其中新疆、内蒙古的荒漠化土地面积分别占土地总面积的47%和60%[3]。因此，防沙治沙使沙漠绿化已刻不容缓。梭梭属菜科大灌木树种，适应性强、生长迅速、枝条稠密、根系发达、防风沙能力强，是优良的固沙造林树种。它能在年降雨量只有几十毫米的干旱沙漠中可蔚然生长[4]。以梭梭（Haloxylon Bunge）属植物为优势的荒漠群系有“荒漠森林”之称，是亚洲荒漠区分布最广的荒漠植被类型[5]。我国以梭梭为优势的荒漠植被的总面积约0.11亿公顷，约占全国荒漠（不包括山地）总面积的十分之一。从行政区域上比较，以新疆分布的面积最大，约占全国以梭梭为优势的荒漠植被总面积的73.1﹪。梭梭属植物为优势的荒漠植被在维护我国区域生态平衡和促进国民经济发展中的重要作用。

关于梭梭的研究已较深入，有关学者作出了大量的工作，为保护和利用这一植物资源积累了丰富的材料。早在六十年代，胡式之[7]、李世英[8]等对梭梭的分类分布、群落特征作出了细致描述。八十年代以来，陈昌笃[9]、胡文康[10]等对新疆准葛尔盆地植被进行了考察，进一步探讨了梭梭的类型、特征、动态及其生产力。李小明[11]、黄培佑[12、13]、黄丕振[14]对梭梭分布的制约原因及其成林问题进行了分析。近年来，李银芳、刘绍民[15]等对梭梭的水分平衡、地温变化规律、林地蒸腾量作了定量研究并建立了相应的模型。对梭梭的水分的利用方面较为少见。本研究通过对梭梭水分的利用，拟在探讨其适应生境的生理生态机制，提供一些实验数据以供参考。

1.研究的区域

所研究区域在阜康县境内，地处于天山北麓、准葛尔盆地南缘，三工河流域。该区域属温带大陆性干旱半干旱气候。年平均气温6.6℃，最高极值42.6℃，最低极值-41.6℃。平均日较差12.9℃，≥5℃积温3892℃，≥10℃积温3574.6℃。无霜期174天。年平均降水量187.5mm，蒸发量2064.1mm。年平均风速2.4m/s。最大冻土深1.85m。地貌类型多样，自然景观丰富，具多样的荒漠生态类型。

2.研究的方法

采用英国PPsystem公司生产的CIRAS-1光合测量仪，于2006年对梭梭在7月20日和8月20日的24小时连续监测，同时监测梭梭的大气温度、叶面温度、光合速率和蒸腾速率。采用office excel 2003 进行数据分析。

计算公式：梭梭的水分利用率=利用光合速率/蒸腾速率

3.结果与分析

3.1光合速率的日变化

自然条件下植物的光合作用日变化曲线可以划分为两种类型：一种为单峰型，在上午有1 高峰；另一种为双峰型，上下午各有1 个高峰，两峰之间称“光合午休”。 这种光合午休现象在许多植物种中都有发现[17]。由图3-1中的图a可 以看出，梭梭叶片的光合速率（PN）的日变化曲线在7月20日与8月20日均呈双峰型，具有明显的光合午休现象。在7月，第1 次高峰出现在11∶00〔16.066667μmol·m-2·s-1〕，第2 次高峰出现在16∶00〔16.266667μmol·m-2·s-1〕， 在14∶00 左右出现光合午休现象。在8月，第1 次高峰出现在11∶00（18.32μmol·m-2·s-1）， 第2 次高峰出现在15∶00（16.6μmol·m-2·s-1）。

从图3-1中的图b可以看出两日上午7∶00点以后光照强度都呈直线上升，到11点以后光照强度平稳增加，直到16∶00后两日的光合速率才直线下降。而光合速率却在11点以后在下降，经过两个底点，在16点左右光合速率上升最大。说明光照强度可能是影响光合午休的一原因。光照强度的增加会产生光抑制，光抑制是植物适应荒漠干旱环境的一种保护机制，是光合机构吸收的光能过剩使光合功能减弱的现象[14]。

3.2蒸腾速率日变化

蒸腾速率就是单位时间内、单位叶面积上通过蒸腾作用散失的水量。植物通过蒸腾作用一是降低叶面的温度，二是除去体内多余的水分。

由图3-3中的图c看出蒸腾速率从早上的8点后开始上升到最高，13点到下午17点之间有一个回落，17点后又下降。其上下午各有一个高峰，说明蒸腾速率也午休现象。图3-2可以看出7月20日蒸腾速率比8月20日的高，7月20日的气孔导度也比8月20日的高。说明梭梭提内的水分在7月20日是非常丰富，这样梭梭通过蒸腾作用把多余的水分去除到体外。植物的蒸腾强度既取决于气孔导度， 也取决于水气亏缺。在太阳的强烈辐射下，为防止植物体不被太阳辐射灼伤，梭梭必须通过增加蒸腾作用来防止其体温过高。然而当植物体吸水速度低于蒸腾失水速度时，进而降低叶片水势，引起气孔关闭。在土壤供水不足的条件下，蒸腾速率暂时不再上升，出现低谷。因此在有太阳辐射的大部分时间内，植物的叶面温高于大气温度。

3.3水分利用率的日变化

图3-3中的图e所示通过光合测量仪所测得的数据得出7月20日和8月20日的大气温度都在8℃以上，最高的温度近35℃。而图f梭梭的叶面温度都在9℃以上，最高温度近40℃。其梭梭的叶面温度和大气温度的两个日变化过程基本相似，总体看图e和图f 8月20日的大气温度和叶面温度都比7月20日高。图e与图f比较这两天中的最高叶面温度总是比最高大气温度高，其原因可能是由于梭梭的叶面在进行蒸腾作用时，叶面的水是以蒸汽的形式散出，放出大量的热量，所以叶面温度高于大气温度。

通过用梭梭的光合速率与蒸腾速率的比值，得出梭梭水分的利用效率。通过图3-3中的图h 和图e比较可以看出，在10∶00以前梭梭的水分利用率的曲线和其叶面温度的曲线的走势基本是相同的，而在10∶00以后7月20日的水分利用曲线开始下降，8月20日梭梭水分利用曲线在11∶00由最高（其利用率的值是6.4055944 μmolCO2·mmol-1H2O）开始下降，然而梭梭的大气温度一直在上升。其引起水分利用率曲线下降的原因可能是大气温度的升高，蒸腾作用加强使的是水分散失，从而水分利用率下降。在由图3-3中的图h和图g比较可以看出10∶00以前梭梭水分的利用曲线和胞间CO2浓度走势刚好相反，原因可能是梭梭在这段时间里进行有氧呼吸造成胞间CO2浓度升高，光合速率几乎不进行而引起这两种曲线的原因。

4.实验结果的总结

光合作用和蒸腾作用是植物重要的生理机能，它们与各个环境因子的关系是植物长期适应生存环境的结果。干旱荒漠地区光照充分，年降水量少而集中，生长旺季气温较高。从实验中可以看到梭梭对本实验区的干旱环境有良好的适应能力。光合午睡、蒸腾午休成为植物在长期进化中形成的一种适应干旱环境的方法。而这种适应可能是通过光抑制和气孔的部分关闭来实现的。梭梭对水分利用的能力就很能说明梭梭是如何适应其生存的环境。在其生长的环境中已形成，响应于PAR、PN、蒸腾速率等大气因子和土壤干旱因子的影响，梭梭的生理调控机制开始运作。从而使植物的用水效率提高，趋向最大、最优化。

参考文献：

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