鄂尔多斯高原3种固沙灌木水分利用效率的时空变化特征
吴风燕, 吴永胜, 陈晓涵, 冯骥, 卢丽媛, 查斯娜, 王超宇, 孟元发, 尹强
植物生态学报
2024, 48 ( 9):
1180-1191.
DOI: 10.17521/cjpe.2023.0266
为评价固沙植物北沙柳(Salix psammophila)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)和柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)在不同水热梯度上的适应性, 分别在鄂尔多斯市达拉特旗、乌审旗和榆林市靖边县境内设置固定样地, 测定了上述3种固沙植物7-9月叶片碳稳定同位素组成(δ13C)和水分利用效率(WUE), 分析不同类型固沙植物WUE与气温、降雨量和干旱指数(AI)之间的关系。结果表明: (1)柠条锦鸡儿叶片δ13C和WUE最高, 北沙柳次之, 黑沙蒿最低, 且7月份3种固沙植物叶片δ13C和WUE均显著高于8和9月份; (2)北沙柳叶片δ13C和WUE随着AI的增加无显著差异, 而AI最高的达拉特旗, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿叶片δ13C和WUE显著高于乌审旗和靖边县; 多因素方差分析结果表明, 固沙植物种类及其所处空间差异对植物叶片δ13C和WUE的影响最大; (3)线性回归分析结果表明, 除柠条锦鸡儿WUE对气温变化无显著响应外, 气温、降雨量和AI均显著影响了植物WUE。其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI变化的响应最为敏感, 北沙柳对气温变化的响应更为敏感, 而黑沙蒿WUE对上述环境因子变化的响应较平稳。
| 特征 Characteristic | 达拉特旗 Dalad Banner | 乌审旗 Uxin Banner | 靖边县 Jingbian County | 地理坐标
Geographical coordinate | 110.00° E, 40.32° N | 110.33° E, 38.97° N | 108.88° E, 37.75° N | 气候类型
Climate type | 温带大陆干旱与半干旱区季风气候
Temperate continental arid and semi-arid monsoon climate (Zhang & Wang, 2017) | 温带大陆半干旱区季风性气候
Temperate continental semi-arid monsoon climate (Zhang, 2022b) | 温带大陆半干旱区季风性气候
Temperate continental semi-arid monsoon climate (Wu et al., 2018) | 平均海拔
Average altitude (m) | 1 100 | 1 300 | 1 350 | 年降水量
Average annual precipitation (mm) | 311.4 (Wu et al., 2018) | 331.5 (Zhang, 2023) | 394.7 (Wu et al., 2018) | 年蒸发量
Average annual evaporation (mm) | 2 600 (Tang et al., 2018) | 2 500 (Zhang, 2022b) | 2 482 (Chen et al., 2023) | 年平均气温
Average annual air temperature (℃) | 6.1 | 6.8 | 7.8 | 年均干旱指数(平均值±标准误)
Average annual aridity index (mean ± SE) | 10.18 ± 4.10 | 8.75 ± 3.30 | 7.22 ± 2.02 | 土壤类型
Soil type | 风沙土、栗钙土、盐碱土、黏土等
Sandy soil, chestnut soil, saline soil, clay, et al. (Guo, 2017) | 栗钙土、草甸土、风沙土等
chestnut soil, meadow soil, sandy soil, et al. (Zhang, 2022b) | 栗钙土、风沙土、棕钙土、灰钙土、黑垆土等
Chestnut soil, sandy soil, brown calcium soil, calcium grey soil, black clay, et al. (He, 2009) | 野生植物
Natural plants | 小叶杨、北沙柳、山竹岩黄耆、沙枣、沙棘、黑沙蒿、塔落岩黄耆、沙蓬、狗尾草等
Populus simonii, Salix psammophila, Hedysarum fruticosum, Elaeagnus angustifolia, Hippophae rhamnoides, Artemisia ordosica, Hedysarum fruticosum var. laeve, Agriophyllum pungens, Setaria viridis, et al.
(Zhang, 2022a) | 沙棘、猪毛菜、香青兰、柽柳、黑沙蒿、北沙柳、短花针茅、中间锦鸡儿、小叶锦鸡儿、草麻黄等
Hippophae rhamnoides, Salsola collina, Dracocephalum moldavica, Tamarix ramosissima, Artemisia ordosica, Salix psammophila, Stipa breviflora, Caragana liouana, C. microphylla, Ephedra sinica et al.
(Zhang, 2022b) | 黑沙蒿、短花针茅、沙蓬、软毛虫实、早园竹、猪毛菜、柠条锦鸡儿、山竹岩黄耆、沙拐枣、沙鞭等
Artemisia ordosica, Stipa breviflora, Agriophyllum squarrosum, Corispermum puberulum, Phyllostachys propinqua, Salsola collina, Caragana korshinskii, Hedysarum fruticosum, Calligonum mongolicum, Psammochloa villosa, et al. (Wu et al., 2018) |
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表1
鄂尔多斯高原研究区自然地理基本特征
正文中引用本图/表的段落
为评价固沙植物北沙柳(Salix psammophila)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)和柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)在不同水热梯度上的适应性, 分别在鄂尔多斯市达拉特旗、乌审旗和榆林市靖边县境内设置固定样地, 测定了上述3种固沙植物7-9月叶片碳稳定同位素组成(δ13C)和水分利用效率(WUE), 分析不同类型固沙植物WUE与气温、降雨量和干旱指数(AI)之间的关系。结果表明: (1)柠条锦鸡儿叶片δ13C和WUE最高, 北沙柳次之, 黑沙蒿最低, 且7月份3种固沙植物叶片δ13C和WUE均显著高于8和9月份; (2)北沙柳叶片δ13C和WUE随着AI的增加无显著差异, 而AI最高的达拉特旗, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿叶片δ13C和WUE显著高于乌审旗和靖边县; 多因素方差分析结果表明, 固沙植物种类及其所处空间差异对植物叶片δ13C和WUE的影响最大; (3)线性回归分析结果表明, 除柠条锦鸡儿WUE对气温变化无显著响应外, 气温、降雨量和AI均显著影响了植物WUE。其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI变化的响应最为敏感, 北沙柳对气温变化的响应更为敏感, 而黑沙蒿WUE对上述环境因子变化的响应较平稳。
鄂尔多斯高原西、北、东三部分被黄河河湾怀抱, 东南部以古长城为界与黄土高原相接。地势中、西部高, 东南部与北部低, 沙区主要分布在中南部以及北部, 即南部毛乌素沙地和北部库布齐沙漠, 东部为黄土丘陵区, 西部为低山丘陵与波状高平原。本研究分别在鄂尔多斯高原北部(鄂尔多斯市达拉特旗境内)、中部(鄂尔多斯市乌审旗境内)和南部(榆林市靖边县境内)地区设置固定样地, 形成自北向南的水热梯度。3个地区基本的自然地理状况如表1所示。
研究区3种固沙植物7-9月份叶片δ13C范围介于-29.70‰- -24.20‰之间, 平均值为-27.59‰ ± 0.09‰ (表2)。其中北沙柳、黑沙蒿和柠条锦鸡儿叶片δ13C平均值分别为-27.27‰ ± 0.12‰、-28.52‰ ± 0.08‰和-27.00‰ ± 0.17‰。在不同月份, 黑沙蒿叶片δ13C显著低于北沙柳和柠条锦鸡儿, 且7月份时3种固沙植物δ13C值均显著高于8、9月份(图1A)。在水热梯度上, 不同类型固沙植物叶片δ13C表现出一定差异(图1B)。在3个样地, 黑沙蒿叶片δ13C均显著低于北沙柳和柠条锦鸡儿, 达拉特旗北沙柳叶片δ13C显著低于柠条锦鸡儿, 乌审旗北沙柳叶片δ13C显著高于柠条锦鸡儿, 而在靖边县北沙柳和柠条锦鸡儿叶片δ13C差异不显著(图1B)。同一固沙植物在不同水热梯度上的表现为, 北沙柳叶片δ13C在3个样地间无显著差异, 而达拉特旗黑沙蒿和柠条锦鸡儿叶片δ13C值均显著高于乌审旗和靖边样地(图1B)。多因素方差分析结果(表3)表明, 除月份和地点之间的交互作用对植物叶片δ13C的影响不显著以外, 其他因子均对植物叶片δ13C产生显著影响。其中, 物种(贡献为25.23%)和地点(贡献为16.14%)对植物叶片δ13C的影响最大, 物种和地点的交互效应影响力达到12.70%。
植物叶片碳同位素组成在较大空间尺度上表现出明显差异。已有研究表明, 不同气候带植物叶片δ13C随着纬度的增加呈增加的趋势, 即热带地区植物叶片δ13C介于-32.10‰- -31.60‰之间, 亚热带为-31.10‰- -30.50‰, 温带为-29.50‰- -26.20‰ (黄甫昭等, 2019)。Li等(2017)研究了中国各地植物叶片δ13C的空间变化特征, 发现植物叶片δ13C随纬度的增加呈先升高后降低的趋势, 且植物叶片δ13C的高值主要集中在黄土高原、青藏高原、新疆南部和内蒙古大部分地区。显然, 植物叶片δ13C的变化不仅体现在较大空间尺度的差异上, 也反映于较小尺度上的高原地理单元的差异上。本研究发现, 与大尺度上的温带叶片δ13C相比, 鄂尔多斯高原3种固沙植物δ13C介于-29.70‰- -24.20‰之间(平均值为-27.59‰ ± 0.09‰), 与已有的研究结果(黄甫昭等, 2019)相比, 低值接近。在鄂尔多斯高原风沙区, 南北空间距离只有370 km, 但即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物叶片δ13C由南向北也表现出增加的趋势(图1), 表明在不同水热梯度上, 植物受到不同程度的干旱胁迫, 从而体现在不同类型固沙植物叶片δ13C的差异上。
WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标。在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005)。在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释。地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B)。胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力。当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE。根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990)。因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE。王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子。从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3)。随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I)。其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物。可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子。因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制。
2022年7-9月, 分别在3个固定样地(丘间地)选择具有代表性的人工固沙植物——北沙柳、黑沙蒿和柠条锦鸡儿.在每个植物种群内, 选择地形条件接近、长势良好的固沙植物各3株作为重复.采样时, 选择晴朗天气在每株植物向阳中间部位各采集20-30片健康、完整、成熟叶片作为重复.具体采样时间为, 达拉特旗: 7月8日、8月8日和9月8日; 乌审旗: 7月18日、8月19日和9月18日; 靖边县: 7月16日、8月18日和9月20日.为了增加实验结果的可比性, 采样时间统一被安排在每天8:00-11:00, 并确保每次采样前3-5天无明显的降雨过程.叶片采集之后及时用蒸馏水洗净、装入牛皮纸袋, 尽快带回实验室置于105 ℃烘干箱内杀青20 min, 随后65 ℃烘干24 h至恒质量, 再经球磨仪粉碎, 过80目筛, 并将粉末置于聚乙烯密封袋, 常温保存.随后将样品置于元素分析仪(DELTA V Advantage, Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA)中高温燃烧后生成CO2, 检测CO2的13C与12C比率, 并与国际标准物(PDB)比对后计算出样品的δ13C. ... The seasonal response of vegetation water use efficiency to temperature and precipitation in the Loess Plateau, China 1 2022 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ... Soil moisture dynamics and its response to precipitation in different cover types of the Mu Us sandy land 1 2023 ... 鄂尔多斯高原地处黄河“几”字弯, 是我国北方生态安全屏障建设的重点区域, 虽然经过近几十年的防沙治沙和植被生态修复, 该地区植被盖度显著提高(张文军, 2008), 已成为我国乃至世界沙漠化土地治理成效的典范(许端阳等, 2009).然而, 在黄河流域生态保护和高质量发展的时代背景下, 该地区人工植被的持久稳定性再次引起了社会各界的普遍关注(刘琳轲等, 2021).尽管相关学者围绕固沙植被恢复区土壤水分动态方面开展了大量的研究(安慧和安钰, 2011; 胡安焱等, 2023), 加深了对固沙植被稳定性的了解, 但对不同类型固沙植物WUE时空变化特征及其影响因素的认识比较有限.为此, 本研究分别在鄂尔多斯高原北部(内蒙古达拉特旗)、中部(内蒙古乌审旗)和南部(陕西靖边县)设置固定样地, 自北向南形成自然的水热梯度, 选择3个地区共有的固沙植物北沙柳(Salix psammophila)、柠条锦鸡儿和黑沙蒿, 测定7-9月固沙植物叶片δ13C, 计算植物WUE, 分析固沙植物WUE与气温、降水量和干旱指数之间的关系, 揭示不同类型固沙植物WUE在水热梯度上的响应差异, 为区域植被建设和生态修复提供科学依据. ... 毛乌素沙地不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应 1 2023 ... 鄂尔多斯高原地处黄河“几”字弯, 是我国北方生态安全屏障建设的重点区域, 虽然经过近几十年的防沙治沙和植被生态修复, 该地区植被盖度显著提高(张文军, 2008), 已成为我国乃至世界沙漠化土地治理成效的典范(许端阳等, 2009).然而, 在黄河流域生态保护和高质量发展的时代背景下, 该地区人工植被的持久稳定性再次引起了社会各界的普遍关注(刘琳轲等, 2021).尽管相关学者围绕固沙植被恢复区土壤水分动态方面开展了大量的研究(安慧和安钰, 2011; 胡安焱等, 2023), 加深了对固沙植被稳定性的了解, 但对不同类型固沙植物WUE时空变化特征及其影响因素的认识比较有限.为此, 本研究分别在鄂尔多斯高原北部(内蒙古达拉特旗)、中部(内蒙古乌审旗)和南部(陕西靖边县)设置固定样地, 自北向南形成自然的水热梯度, 选择3个地区共有的固沙植物北沙柳(Salix psammophila)、柠条锦鸡儿和黑沙蒿, 测定7-9月固沙植物叶片δ13C, 计算植物WUE, 分析固沙植物WUE与气温、降水量和干旱指数之间的关系, 揭示不同类型固沙植物WUE在水热梯度上的响应差异, 为区域植被建设和生态修复提供科学依据. ... Characteristic of typical vegetation community and water use efficiency of dominant plants in desert steppe of Ningxia 1 2019 ... WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标.在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005).在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释.地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B).胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力.当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE.根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990).因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE.王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子.从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3).随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I).其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物.可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子.因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制. ... 宁夏荒漠草原典型群落的植被特征及其优势植物的水分利用效率 1 2019 ... WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标.在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005).在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释.地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B).胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力.当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE.根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990).因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE.王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子.从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3).随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I).其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物.可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子.因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制. ... Foliar stable carbon isotope composition and water use efficiency of plant in the Karst seasonal rain forest 6 2019 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ...
2022年7-9月, 分别在3个固定样地(丘间地)选择具有代表性的人工固沙植物——北沙柳、黑沙蒿和柠条锦鸡儿.在每个植物种群内, 选择地形条件接近、长势良好的固沙植物各3株作为重复.采样时, 选择晴朗天气在每株植物向阳中间部位各采集20-30片健康、完整、成熟叶片作为重复.具体采样时间为, 达拉特旗: 7月8日、8月8日和9月8日; 乌审旗: 7月18日、8月19日和9月18日; 靖边县: 7月16日、8月18日和9月20日.为了增加实验结果的可比性, 采样时间统一被安排在每天8:00-11:00, 并确保每次采样前3-5天无明显的降雨过程.叶片采集之后及时用蒸馏水洗净、装入牛皮纸袋, 尽快带回实验室置于105 ℃烘干箱内杀青20 min, 随后65 ℃烘干24 h至恒质量, 再经球磨仪粉碎, 过80目筛, 并将粉末置于聚乙烯密封袋, 常温保存.随后将样品置于元素分析仪(DELTA V Advantage, Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA)中高温燃烧后生成CO2, 检测CO2的13C与12C比率, 并与国际标准物(PDB)比对后计算出样品的δ13C. ... The distribution of δ13C value of C3 plant and its response to climate in arid and semiarid central East Asia 1 2006 ... WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标.在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005).在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释.地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B).胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力.当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE.根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990).因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE.王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子.从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3).随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I).其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物.可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子.因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制. ... 中东亚干旱半干旱区C3植物δ13C值的分布及其对气候的响应 1 2006 ... WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标.在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005).在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释.地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B).胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力.当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE.根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990).因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE.王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子.从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3).随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I).其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物.可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子.因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制. ... Development characteristics of biological crusts under artificial vegetation in southern Mu Us sandy land 3 2018 ... Characteristics of the natural environment in the study area on the Ordos Plateau
2022年7-9月, 分别在3个固定样地(丘间地)选择具有代表性的人工固沙植物——北沙柳、黑沙蒿和柠条锦鸡儿.在每个植物种群内, 选择地形条件接近、长势良好的固沙植物各3株作为重复.采样时, 选择晴朗天气在每株植物向阳中间部位各采集20-30片健康、完整、成熟叶片作为重复.具体采样时间为, 达拉特旗: 7月8日、8月8日和9月8日; 乌审旗: 7月18日、8月19日和9月18日; 靖边县: 7月16日、8月18日和9月20日.为了增加实验结果的可比性, 采样时间统一被安排在每天8:00-11:00, 并确保每次采样前3-5天无明显的降雨过程.叶片采集之后及时用蒸馏水洗净、装入牛皮纸袋, 尽快带回实验室置于105 ℃烘干箱内杀青20 min, 随后65 ℃烘干24 h至恒质量, 再经球磨仪粉碎, 过80目筛, 并将粉末置于聚乙烯密封袋, 常温保存.随后将样品置于元素分析仪(DELTA V Advantage, Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA)中高温燃烧后生成CO2, 检测CO2的13C与12C比率, 并与国际标准物(PDB)比对后计算出样品的δ13C. ... Plant water use strategies in the Shapotou artificial sand-fixed vegetation of the southeastern margin of the Tengger Desert, northwestern China 1 2019 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ... Seasonal variations of leaf δ13C of desert plants and its response to climatic factor changes in different micro- habitats in Shapotou Station 1 2005 ... WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标.在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005).在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释.地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B).胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力.当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE.根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990).因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE.王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子.从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3).随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I).其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物.可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子.因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制. ... 沙坡头不同微生境下油蒿和柠条叶片δ13C的季节变化及其对气候因子的响应 1 2005 ... WUE是综合反映植物所受干旱胁迫程度的一个重要指标.在植物的不同生长阶段, 由于外界条件的变化和植物自身的生长发育程度的变化, 植物的生理活性不同, 导致不同类型固沙植物WUE也有所差异(赵良菊等, 2005).在本研究中, 固沙植物WUE的空间差异可以用其所处的自然环境条件加以解释.地处鄂尔多斯高原南端的靖边县年降雨量较为丰富(394.7 mm), 干旱指数较低(表1), 植物WUE相对较低, 而地处鄂尔多斯高原北端的达拉特旗年降雨量较低(311.4 mm), 干旱指数较高(表1), 植物为了适应更加干旱的环境, 必须提高其WUE才能维持自身的生长, 导致植物WUE的差异(图2B).胡海英等(2019)对宁夏荒漠草原典型群落降雨前后WUE的研究发现, 蒙古冰草(Agropyron mongolicum)和牛枝子(Lespedeza potaninii)在干旱缺水条件下往往表现出较高的WUE, 而在湿润条件下, 这些植物会通过挥霍形式降低WUE, 从而保持较高的生产力.当干旱胁迫增强时, 植物通过关闭部分气孔来减弱植物蒸腾, 即减少气孔间隙和大气CO2的交换, 降低Ci, 使Ci/Ca减小, 从而提高植物WUE.根据Morecroft等(1992)的研究, 植物WUE (δ13C)随温度升高而升高可能是由于气孔导度的减小和厚表皮较高的内部阻力所致, 当周围环境温度在光合作用最佳温度以下变化时, 植物WUE随周围环境温度的升高而增加, 反之则相反(Schleser, 1990).因此, 在光合作用最佳温度以内, 温度的升高可直接影响植物蒸腾以及土壤蒸发, 导致植物所受干旱胁迫加重, 即AI升高, 进而影响植物WUE.王丽霞等(2006)从中国秦岭到蒙古国北部接近贝加尔湖地区这一自然地理区划明显的南北断面, 测定了3种C3植物的δ13C, 结果表明在中东亚干旱和半干旱地区, C3植物δ13C和WUE在空间上的递变是由年降水量、AI等在空间上的递变决定的, 年降水量和干旱指数是影响C3植物WUE (δ13C)的决定气候因子, 而年平均气温只是影响C3植物δ13C和WUE空间递变的一个次要气候因子.从本研究来看, 鄂尔多斯高原从南到北, 3种固沙植物WUE与AI的相关性均达到显著水平(图3).随着AI指数的升高, 柠条锦鸡儿和黑沙蒿WUE呈上升趋势, 而北沙柳则是呈降低趋势(图3G-3I).其中, 柠条锦鸡儿WUE对AI的敏感性高于其他2种固沙植物.可见, 与黑沙蒿和北沙柳相比, 柠条锦鸡儿在鄂尔多斯高原风沙区水热梯度上表现出更高的适应能力; 另一方面, 本研究结果(图3)还证实, 即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物WUE与AI之间表现出较好的相关性, 并达到显著水平, 表明AI不仅是植物所受干旱胁迫程度的综合性指标, 也是反映植物WUE的关键因子.因此, 不同类型固沙植物WUE对AI变化的响应差异可能是不同类型固沙植物维持群落稳定性和适应变化环境的重要机制. ... Plant water use strategy in response to spatial and temporal variation in precipitation patterns in China: a stable isotope analysis 1 2018 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ... Long-term trends of aridity index and its sensitivity to climate factors in Northeast China: 1971-2008 1 2011 ... 式中, AI为干旱指数, ΣPET为年潜在蒸发量(mm), ΣP为年降水量(mm).AI越大, 表示该区域气候越干燥, 反之则代表该区域越湿润(郑红星和刘静, 2011).潜在蒸发量、降水量和气温数据是基于美国海洋和大气管理局(NOAA)官网(https//www.ncei. noaa.gov/maps//daily/)下载获得, 并按县级精度逐日提取7、8和9月份的潜在蒸发量、降水量和气温数据. ... 东北地区近40年干燥指数变化趋势及其气候敏感性 1 2011 ... 式中, AI为干旱指数, ΣPET为年潜在蒸发量(mm), ΣP为年降水量(mm).AI越大, 表示该区域气候越干燥, 反之则代表该区域越湿润(郑红星和刘静, 2011).潜在蒸发量、降水量和气温数据是基于美国海洋和大气管理局(NOAA)官网(https//www.ncei. noaa.gov/maps//daily/)下载获得, 并按县级精度逐日提取7、8和9月份的潜在蒸发量、降水量和气温数据. ... Spatial patterns of foliar stable carbon isotope compositions of C3 plant species in the Loess Plateau of China 1 2007 ... 植物叶片δ13C与WUE之间的显著正相关关系已被广泛证实(Roussel et al., 2009; Bchir et al., 2016).从大陆不同地区植物WUE变化来看, 从热带至温带, 植物WUE随纬度的升高呈上升趋势(曹生奎等, 2009b).Sun等(2003)研究了中国不同地区银杏(Ginkgo biloba)的WUE, 发现分布于亚热带地区银杏的WUE比温暖地带的明显降低, 这一变化与纬度降低所导致的年平均气温、年降雨量的变化有关.与热带、亚热带地区相比, 温带地区气温以及降雨量明显降低, 植物采取了更加保守的水分利用策略, 即通过增加WUE来适应干旱缺水的环境.同降水一样, 温度也是影响植物WUE的重要气候因子, 它通过一系列机制影响植物的碳同位素分馏(Farquhar & Richards, 1984), 从而影响δ13C和WUE.但是, 因为不同类型植物有不同的光合最适温度(曹生奎等, 2009a), WUE与温度之间的关系较复杂(Li et al., 2007).植物WUE与温度可能呈正相关(冯虎元等, 2003)、负相关(Zheng & Shangguan, 2007)或者没有相关关系(Gebrekirstos et al., 2009).刘贤赵等(2014)研究了陆生植物δ13C对气候变化的响应, 发现温度升高会导致土壤水分蒸发过程增强, 土壤可利用水分减少, 植物δ13C增大.K?rner等(1991)从解剖学和生理学角度对植物δ13C与温度的负相关关系进行了解释, 认为植物为适应低温生长环境会发生叶片形态的改变, 如增大叶片厚度, 从而增大栅栏组织厚度, 影响了CO2的扩散和固定, 气孔导度减小, 导致Ci/Ca降低, 进而使得植物δ13C增大.Cowan (1982)的研究结果证实, 植物为了适应缺水环境使自己的WUE保持最佳状态, 即气孔导度对植物在得到CO2和失去水分的调节中符合最优控制的原则.在这个过程中, 温度可以直接影响气孔导度以及CO2同化, 从而改变碳同位素的分馏(Francey et al., 1985), 进而影响植物WUE.本研究发现, 在鄂尔多斯高原水热梯度上, 不同类型固沙植物WUE发生不同程度的变化与之响应(图2), 表明即便是在较小的空间尺度上, 不同类型固沙植物也表现出完全不同的水分利用特征, 即随着干旱程度的增加, 植物采取了更加保守的水分利用方式, 而这一差异也体现在不同类型固沙植物之间(图2). ... Progress in the study of plant and soil carbon isotope composition in response to environmental changes 1 2019 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ... 植物及土壤碳同位素组成对环境变化响应研究进展 1 2019 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ... A review of the present situation and future prospect of science of protective forest 1 2013 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ... 防护林学研究现状与展望 1 2013 ... 植物水分利用效率(WUE)作为评价植物水分利用情况和生长适宜程度的重要指标(朱教君, 2013; 崔茜林等, 2022), 是决定植物能否适应当地环境条件, 是否能有效地平衡碳同化和水分耗散关系的关键要素(黄甫昭等, 2019; Lambers & Oliveira, 2019).植物碳稳定同位素组成(δ13C)体现了一段时间内植物体内的碳累积量, 可表征植物在一段时期内对水分利用以及水分胁迫的适应状况, 往往与WUE呈显著的正相关关系(Lloret et al., 2004; Liu et al., 2017), 是研究植物WUE的有效途径(Chen et al., 2011).有研究表明, 除植物自身生理生态特征的差异导致的WUE的差异(Zhao & Wang, 2018; 曹佳锐, 2021)外, 降水量、相对湿度和气温等外界环境因子也是影响植物WUE的主要原因(杨树烨等, 2022).在较大的空间尺度上, 受地理位置和气候条件的影响, 植物生长季降雨量、相对湿度和气温表现出明显的差异, 进而导致植物WUE的不同(樊金娟等, 2012; 杨凯悦, 2019).一般来说, 随着降雨量的增加, δ13C偏低, 植物WUE较低; 随着降雨量的减少, 植物WUE呈增加趋势(付秀东等, 2021).这是由于降雨量的减少必然导致空气湿度、土壤含水量的降低, 造成植物受水分胁迫程度的加剧.为了适应干旱环境, 植物通过关闭部分气孔, 调节气孔导度来提高WUE (周咏春等, 2019).除水分条件外, 气温也是控制植物WUE的重要环境因子.有研究指出, 植物WUE与降水量和气温之间有阈值效应(Hou et al., 2022).相比水分条件, 气温对植物WUE的影响有一定的争议.有研究指出, 在适宜的范围内, 气温的升高可以提高总初级生产力和蒸散发量, 进而导致植物WUE和δ13C的升高, 而超过适宜气温, 总初级生产力和蒸散发受到抑制, 降低WUE和δ13C (Huang et al., 2016).Zhao等(2019)研究腾格里沙漠东南缘沙坡头地区人工固沙植物(细枝羊柴(Corethrodendron scoparium)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和黑沙蒿(Artemisia ordosica))水分利用策略时发现, 气温是影响土壤含水量和植物蒸散发的主要因素, 从而影响了植物WUE.任书杰和于贵瑞等(2011)研究我国478种C3植物的δ13C和WUE的变化, 认为叶片δ13C随经度的变化规律不明显, 但随纬度的增加, 植物叶片δ13C极显著地升高, 且随年平均气温和年降水量的增加, WUE显著降低.Xu等(2017)在澳大利亚南部山区阳坡和阴坡植物水分利用效率的比较研究中发现, 两个山体水分条件的差异不能解释植物WUE的差异, 而干燥度才是影响植物WUE的主要因素.显然, 影响植物WUE的因素并非单一, 可能是在特定区域内某种因素对某些植物发挥着主导作用.因此, 基于特定的自然地理环境, 探明不同类型植物WUE及其影响因素仍然是科学评价植物对局地自然环境条件相适应的重要前提. ...
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