梭梭水分利用率的日變化

徐斌

【摘 要】溫帶荒漠植物梭梭長期生長在夏季炎熱高溫、冬季寒冷低溫、長年干旱缺水的極端環境中，以其特有的形態學特征和生理功能來減少水分損失， 為了探討荒漠梭梭水分利用效率（WUE） ，為荒漠生態系統保育和退化植被恢復重建提供理論依據，采用光合測定儀對新疆北部準葛爾盆地荒漠中在自然條件下梭梭葉片光合生理生態的相關指標，進行分析，結果表明：梭梭對干旱環境具有良好的適應能力，其水分利用率就是光合速率（PN）與蒸騰速率（Evap）的比值。通過對光合速率和和蒸騰速率的研究，來說明梭梭水分利用率的日變化。

【關鍵詞】梭梭；光合速率；蒸騰速率；水分利用率

我國的西北地區，由于過渡的放牧、砍伐和開墾造成大量的土地沙漠化。從而引起東部地區頻繁的出現沙天氣。2006年3月9日，內蒙古地區出現大規模的沙塵天氣，包頭地區的揚沙天氣十分嚴重。內蒙古中西部、寧夏中北部和甘肅武威、白銀、陜西北部、河北北部等11?。ㄊ?、區）110個縣地相繼發生沙塵天氣。受影響面積達86萬多平方公里，受影響人口達2119萬人[1]。同年的4月17日，北京出現嚴重的降塵天氣[2]?？梢娡恋氐纳衬瘒乐氐挠绊懼藗兊纳?。據統計，我國的荒漠化土地占全國土地面積的27%以上，相當于14個廣東省的幅員，其中新疆、內蒙古的荒漠化土地面積分別占土地總面積的47%和60%[3]。因此，防沙治沙使沙漠綠化已刻不容緩。梭梭屬菜科大灌木樹種，適應性強、生長迅速、枝條稠密、根系發達、防風沙能力強，是優良的固沙造林樹種。它能在年降雨量只有幾十毫米的干旱沙漠中可蔚然生長[4]。以梭梭（Haloxylon Bunge）屬植物為優勢的荒漠群系有“荒漠森林”之稱，是亞洲荒漠區分布最廣的荒漠植被類型[5]。我國以梭梭為優勢的荒漠植被的總面積約0.11億公頃，約占全國荒漠（不包括山地）總面積的十分之一。從行政區域上比較，以新疆分布的面積最大，約占全國以梭梭為優勢的荒漠植被總面積的73.1﹪。梭梭屬植物為優勢的荒漠植被在維護我國區域生態平衡和促進國民經濟發展中的重要作用。

關于梭梭的研究已較深入，有關學者作出了大量的工作，為保護和利用這一植物資源積累了豐富的材料。早在六十年代，胡式之[7]、李世英[8]等對梭梭的分類分布、群落特征作出了細致描述。八十年代以來，陳昌篤[9]、胡文康[10]等對新疆準葛爾盆地植被進行了考察，進一步探討了梭梭的類型、特征、動態及其生產力。李小明[11]、黃培佑[12、13]、黃丕振[14]對梭梭分布的制約原因及其成林問題進行了分析。近年來，李銀芳、劉紹民[15]等對梭梭的水分平衡、地溫變化規律、林地蒸騰量作了定量研究并建立了相應的模型。對梭梭的水分的利用方面較為少見。本研究通過對梭梭水分的利用，擬在探討其適應生境的生理生態機制，提供一些實驗數據以供參考。

1.研究的區域

所研究區域在阜康縣境內，地處于天山北麓、準葛爾盆地南緣，三工河流域。該區域屬溫帶大陸性干旱半干旱氣候。年平均氣溫6.6℃，最高極值42.6℃，最低極值-41.6℃。平均日較差12.9℃，≥5℃積溫3892℃，≥10℃積溫3574.6℃。無霜期174天。年平均降水量187.5mm，蒸發量2064.1mm。年平均風速2.4m/s。最大凍土深1.85m。地貌類型多樣，自然景觀豐富，具多樣的荒漠生態類型。

2.研究的方法

采用英國PPsystem公司生產的CIRAS-1光合測量儀，于2006年對梭梭在7月20日和8月20日的24小時連續監測，同時監測梭梭的大氣溫度、葉面溫度、光合速率和蒸騰速率。采用office excel 2003 進行數據分析。

計算公式：梭梭的水分利用率=利用光合速率/蒸騰速率

3.結果與分析

3.1光合速率的日變化

自然條件下植物的光合作用日變化曲線可以劃分為兩種類型：一種為單峰型，在上午有1 高峰；另一種為雙峰型，上下午各有1 個高峰，兩峰之間稱“光合午休”。 這種光合午休現象在許多植物種中都有發現[17]。由圖3-1中的圖a可 以看出，梭梭葉片的光合速率（PN）的日變化曲線在7月20日與8月20日均呈雙峰型，具有明顯的光合午休現象。在7月，第1 次高峰出現在11∶00〔16.066667μmol·m-2·s-1〕，第2 次高峰出現在16∶00〔16.266667μmol·m-2·s-1〕， 在14∶00 左右出現光合午休現象。在8月，第1 次高峰出現在11∶00（18.32μmol·m-2·s-1）， 第2 次高峰出現在15∶00（16.6μmol·m-2·s-1）。

從圖3-1中的圖b可以看出兩日上午7∶00點以后光照強度都呈直線上升，到11點以后光照強度平穩增加，直到16∶00后兩日的光合速率才直線下降。而光合速率卻在11點以后在下降，經過兩個底點，在16點左右光合速率上升最大。說明光照強度可能是影響光合午休的一原因。光照強度的增加會產生光抑制，光抑制是植物適應荒漠干旱環境的一種保護機制，是光合機構吸收的光能過剩使光合功能減弱的現象[14]。

3.2蒸騰速率日變化

蒸騰速率就是單位時間內、單位葉面積上通過蒸騰作用散失的水量。植物通過蒸騰作用一是降低葉面的溫度，二是除去體內多余的水分。

由圖3-3中的圖c看出蒸騰速率從早上的8點后開始上升到最高，13點到下午17點之間有一個回落，17點后又下降。其上下午各有一個高峰，說明蒸騰速率也午休現象。圖3-2可以看出7月20日蒸騰速率比8月20日的高，7月20日的氣孔導度也比8月20日的高。說明梭梭提內的水分在7月20日是非常豐富，這樣梭梭通過蒸騰作用把多余的水分去除到體外。植物的蒸騰強度既取決于氣孔導度， 也取決于水氣虧缺。在太陽的強烈輻射下，為防止植物體不被太陽輻射灼傷，梭梭必須通過增加蒸騰作用來防止其體溫過高。然而當植物體吸水速度低于蒸騰失水速度時，進而降低葉片水勢，引起氣孔關閉。在土壤供水不足的條件下，蒸騰速率暫時不再上升，出現低谷。因此在有太陽輻射的大部分時間內，植物的葉面溫高于大氣溫度。

3.3水分利用率的日變化

圖3-3中的圖e所示通過光合測量儀所測得的數據得出7月20日和8月20日的大氣溫度都在8℃以上，最高的溫度近35℃。而圖f梭梭的葉面溫度都在9℃以上，最高溫度近40℃。其梭梭的葉面溫度和大氣溫度的兩個日變化過程基本相似，總體看圖e和圖f 8月20日的大氣溫度和葉面溫度都比7月20日高。圖e與圖f比較這兩天中的最高葉面溫度總是比最高大氣溫度高，其原因可能是由于梭梭的葉面在進行蒸騰作用時，葉面的水是以蒸汽的形式散出，放出大量的熱量，所以葉面溫度高于大氣溫度。

通過用梭梭的光合速率與蒸騰速率的比值，得出梭梭水分的利用效率。通過圖3-3中的圖h 和圖e比較可以看出，在10∶00以前梭梭的水分利用率的曲線和其葉面溫度的曲線的走勢基本是相同的，而在10∶00以后7月20日的水分利用曲線開始下降，8月20日梭梭水分利用曲線在11∶00由最高（其利用率的值是6.4055944 μmolCO2·mmol-1H2O）開始下降，然而梭梭的大氣溫度一直在上升。其引起水分利用率曲線下降的原因可能是大氣溫度的升高，蒸騰作用加強使的是水分散失，從而水分利用率下降。在由圖3-3中的圖h和圖g比較可以看出10∶00以前梭梭水分的利用曲線和胞間CO2濃度走勢剛好相反，原因可能是梭梭在這段時間里進行有氧呼吸造成胞間CO2濃度升高，光合速率幾乎不進行而引起這兩種曲線的原因。

4.實驗結果的總結

光合作用和蒸騰作用是植物重要的生理機能，它們與各個環境因子的關系是植物長期適應生存環境的結果。干旱荒漠地區光照充分，年降水量少而集中，生長旺季氣溫較高。從實驗中可以看到梭梭對本實驗區的干旱環境有良好的適應能力。光合午睡、蒸騰午休成為植物在長期進化中形成的一種適應干旱環境的方法。而這種適應可能是通過光抑制和氣孔的部分關閉來實現的。梭梭對水分利用的能力就很能說明梭梭是如何適應其生存的環境。在其生長的環境中已形成，響應于PAR、PN、蒸騰速率等大氣因子和土壤干旱因子的影響，梭梭的生理調控機制開始運作。從而使植物的用水效率提高，趨向最大、最優化。

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