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刺槐无性系水分利用效率和适应性研究

作　者: 茹桃勤
导　师: 李吉跃
学　校: 北京林业大学
专　业: 森林培育
关键词: 刺槐无性系 耗水速率 水分利用效率 碳同位素比率 干旱胁迫
分类号: S792.27
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 273次
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内容摘要


本文研究了不同水分条件下刺槐无性系苗木耗水量、耗水速率、气体交换和水分利用效率、碳稳定同位素比率δ13C变化规律以及δ13C与瞬时水分利用效率、耗水速率间的关系,同时研究了刺槐无性系生长与环境条件的关系,旨在为我国干旱半干旱地区选育低耗水、水分利用效率高、抗逆性强的刺槐无性系提供理论依据。正常水分条件下,刺槐无性系苗木耗水量和耗水速率日变化呈明显的“单峰型”(只有8041为“双峰型”),耗水日变化最大值和最大耗水速率出现在12:00～14:00之间;耗水高峰期每小时耗水量,占全天耗水量13%左右,占白天耗水量14%左右,最大耗水速率为白天平均耗水速率的1.7倍左右。白天耗水量约占全天总耗水量的90～95%,夜间耗水量仅占5～10%。无性系间耗水量存在一定差异,U2、U5、U7、U9、NC和8041全天耗水量分别为:0.27kg、0.29kg、0.30kg、0.29kg、0.23kg和0.26kg,U7耗水量最大,是最耗水无性系,NC耗水量最小,则是节水无性系。中等干旱条件下,耗水量下降幅度在35～50%之间;严重干旱条件下,耗水量下降幅度在80～90%之间;其中,无性系U5下降幅度最大,中度和严重干旱条件下,其耗水量分别下降47.95%和88.34%,为较节水抗旱无性系;而无性系NC下降幅度最小,中度和严重干旱条件下耗水量下降幅度分别为0.48%和80.19%,为最不耐早无性系。刺槐无性系间光合速率和水分利用效率均存在着一定差异。年均光合速率以无性系U7(10.82μmolH2Om-2s-1)和U9(10.81μmolH2Om2s-1)最高,83002(6.90μmolH2Om-2s-1)和NC(7.69μmolH2Om-2s-1)最低;水分利用效率以无性系U9(2.07μmolCO2/mmol H2O)和U2(2.02μmolCO2/mmolH2O)最高,8043(1.70μmolCO2/mmolH2O)最低。无性系U7光合速率和蒸腾速率均较高,是一个高光合、高耗水无性系,适合于降雨量较充沛地区营造速生丰产林;无性系U9是一个高光合、低蒸腾优良无性系,水分利用效率最高,生产力高且节水,适宜于生产中大面积推广;无性系U2和8041虽然水分利用效率也很高,但属于低光合、低蒸腾无性系,生产力较低,不宜于在生产中大面积推广。干旱胁迫将促使刺槐无性系的光合速率和蒸腾速率持续下降,中度干旱促使水分利用效率上升,严重干旱则导致水分利用效率下降。遭遇中度干旱胁迫后,无性系U5和U9水分利用效率分别上升211%和244%,上升幅度最大,是适应干旱胁迫和抗旱性最强的无性系;NC和U7分别上升76%和99%,上升幅度较小,是抗旱型较差的无性系。无性系U5、U9、8041、NC、8048、3-Ⅰ、大叶和小叶光合作用最适土壤含水量分别为:17.13%、17.38%、16.87%、17.37%、16.92%、17.20%、16.98%和17.42%,适宜含水量幅度为:7.75、10.42、6.83、8.40、7.53、11.53、8.02和7.88%;蒸腾作用最适土壤含水量为:17.23%、17.61%、16.96%、17.44%、17.20%、17.70%、17.15%和17.64%,适宜含水量幅度为:7.55、11.06、7.74、8.53、10.92、11.93、8.48和8.71%。所有刺槐无性系,蒸腾作用最适土壤含水量均大于光合作用最适土壤含水量,这是中度干旱造成水分利用效率上升的原因。根据各无性系光合作用和蒸腾作用适宜含水量值域,3-Ⅰ耐旱性较强,水分环境适宜幅度较宽;而无性系8041耐旱性相对较低,水分环境适宜幅度较窄。在正常水分条件下,刺槐无性系U5、U7、U9、8041、NC、8048、大叶、小叶和3-Ⅰ叶同位素比率δ13C分别为:-29.232、-29.055、-29.059、-29.772、-30.068、-29.241、-30.257、-29.849和-29.351‰,以无性系U9和U7最高,NC和大叶最低,该结果与瞬时水分利用效率研究结果基本相同;刺槐无性系瞬时水分利用效率(WUEt)与叶δ13C呈显著的线性相关关系,瞬时水分利用效率随叶δ13C的增大而增大;耗水速率与叶δ13C呈负相关关系,耗水速率随δ13C的增大而降低。刺槐无性系对豫西丘陵山区的适应性分为四类,①最适无性系,包括:8041,8062,2F,G1,京24,84023和8048等7个无性系;②较适无性系,包括:3-Ⅰ,G,X5,箭杆,83002,A05和鲁10等7个无性系;③适应性较差无性系,包括:京13,R7,L5,京1和R5等5个无性系;④不适无性系为8042。刺槐年生长量增长率与林龄和年积温成反比,与年日照时数和冬春季降雨量成正比。在气象因子中,积温对刺槐无性系生长率影响最大,高温是影响该地区刺槐无性系生长的主要因子,冬春季降雨量,也对刺槐无性系的生长产生重要影响。表现较好的无性系,具有较高的抗旱性、δ13C和水分利用效率;而表现较差的无性系耐旱性、δ13C和水分利用效率均较低,干旱是限制其生长的重要因素。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-13
1 概述  13-33
  1.1 刺槐的分布与发展  14-15
  1.2 刺槐研究进展  15-19
    1.2.1 国外刺槐研究  15-17
    1.2.2 国内刺槐研究  17-19
      1.2.2.1 刺槐良种选育  17-18
      1.2.2.2 育苗技术研究  18
      1.2.2.3 混交林研究  18
      1.2.2.4 刺槐饲料林研究  18-19
  1.3 刺槐耗水特性研究  19-27
    1.3.1 树木耐早性及其机理  19-21
    1.3.2 树木蒸腾耗水的研究方法  21-23
    1.3.3 刺槐耗水特性  23-27
      1.3.3.1 苗木耗水特性  23
      1.3.3.2 单木耗水动态  23-26
      1.3.3.3 最适水分环境与刺槐的水分利用效率  26-27
  1.4 植物水分利用效率研究进展  27-33
    1.4.1 植物水分利用效率概念的发展  27-28
    1.4.2 植物水分利用效率测定方法的发展  28
    1.4.3 水分利用效率的影响因子  28-30
      1.4.3.1 遗传基础  28-29
      1.4.3.2 内在生理因子  29-30
      1.4.3.3 外在因子  30
    1.4.4 植物水分利用效率的时空变化  30-31
      1.4.4.1 植物水分利用效率的时间变化  30
      1.4.4.2 植物水分利用效率的空间变化  30-31
    1.4.5 植物水分利用效率与植物抗旱性  31
    1.4.6 提高植物水分利用效率的措施  31
    1.4.7 水分利用效率的研究发展趋势  31-33
2 试验点概况和技术路线  33-36
  2.1 试验区自然概况  33-34
    2.1.1 洛宁县试验点基本情况  33
    2.1.2 北京林业大学试验区  33
    2.1.3 郑州河南省农科院试验区  33-34
  2.2 技术路线  34-36
3 刺槐无性系苗木的耗水特性  36-57
  3.1 研究材料与方法  37-38
    3.1.1 研究材料  37
    3.1.2 试验方法  37-38
      3.1.2.1 苗木培育  37-38
      3.1.2.2 测定内容及方法  38
  3.2 结果与分析  38-54
    3.2.1 不同水分状况下苗木耗水日变化规律  38-49
      3.2.1.1 苗木水分状况和环境因子的比较  38-40
      3.2.1.2 正常水分条件下的耗水量日变化  40-44
      3.2.1.3 干旱胁迫下的耗水量日变化比较  44-49
    3.2.2 苗木耗水速率日变化的比较  49-54
      3.2.2.1 水分正常条件下不同无性系耗水速率日变化  49-52
      3.2.2.2 干旱胁迫对耗水速率日变化的影响  52-54
  3.3 小结  54-57
4 干旱胁迫对刺槐无性系气体交换和水分利用效率的影响  57-98
  4.1 试验材料与方法  58-60
    4.1.1 试验材料  58-59
    4.1.2 试验方法  59-60
      4.1.2.1 光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)的日变化及季节变化测定  59
      4.1.2.2 干旱胁迫对光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)的影响  59
      4.1.2.3 刺槐无性系苗木最适土壤含水量研究  59-60
  4.2 结果与分析  60-94
    4.2.1 光合速率变化特征  60-66
      4.2.1.1 光合速率日变化特征  60-62
      4.2.1.2 光合速率季节变化  62-64
      4.2.1.3 不同无性系光合速率比较  64-66
    4.2.2 蒸腾速率  66-72
      4.2.2.1 蒸腾速率日变化和季节动态  66-69
      4.2.2.2 蒸腾速率的季节变化  69-70
      4.2.2.3 不同无性系蒸腾速率比较  70-72
    4.2.3 气孔阻力  72-78
      4.2.3.1 气孔阻力的日变化  72-77
      4.2.3.2 不同无性系气孔阻力比较  77-78
    4.2.4 水分利用效率  78-83
      4.2.4.1 水分利用效率日变化  78-81
      4.2.4.2 水分利用效率季节变化  81-82
      4.2.4.3 无性系间水分利用效率比较  82-83
    4.2.5 干早胁迫对刺槐无性系水分利用效率的影响  83-91
      4.2.5.1 干旱胁迫对刺槐无性系光合速率的影响  83-85
      4.2.5.2 干旱胁迫对刺槐无性系蒸腾速率的影响  85-87
      4.2.5.3 干旱胁迫对刺槐无性系气孔阻力的影响  87-89
      4.2.5.4 干旱胁迫对刺槐无性系水分利用效率的影响  89-91
    4.2.6 刺槐无性系生长最适土壤含水量研究  91-94
  4.3 小结  94-98
5 干旱胁迫对刺槐无性系δ~(13)C的影响  98-116
  5.1 材料和方法  99-101
    5.1.1 试验材料  99
    5.1.2 试验方法  99-100
      5.1.2.1 苗木处理  99
      5.1.2.2 耗水速率和瞬时水分利用效率测定  99-100
    5.1.3 稳定性碳同位素参数δ~(13)C和△~(13)C的测定  100-101
      5.1.3.1 分析样品的采集和分析  100
      5.1.3.2 碳同位素分辨率△~(13)C的计算  100
      5.1.3.3 植物长期水分利用效率的计算  100-101
  5.2 结果与讨论  101-114
    5.2.1 碳同位素比率(δ~(13)C)比较  101-105
      5.2.1.1 枝条碳同位素比率(δ~(13)C_(stem))和叶碳同位素比率(δ~(13)C_(foliar))比较  101-102
      5.2.1.2 无性系间碳同位素比率比较  102-103
      5.2.1.3 刺槐无性系同位素分辨率(△)和水分利用效率(WUE)比较  103-105
    5.2.2 干旱胁迫对叶δ~(13)C和水分利用效率的影响  105-110
      5.2.2.1 干旱胁迫对刺槐无性系叶δ~(13)C的影响  105-107
      5.2.2.2 干旱胁迫对刺槐无性系长期水分利用效率的影响  107-110
    5.2.3 δ~(13)C和长期水分利用效率与瞬时水分利用效率的关系  110-112
    5.2.4 δ~(13)C和刺槐无性系耗水速率的关系  112-114
  5.3 小结  114-116
6 刺槐无性系适应性研究  116-141
  6.1 试验材料与方法  116-117
    6.1.1 试验材料  116-117
    6.1.2 试验林概况  117
    6.1.3 生长量调查  117
    6.1.4 气象资料收集  117
  6.2 结果与分析  117-140
    6.2.1 刺槐无性系适应性聚类分析  117-127
      6.2.1.1 生长量调查结果  117-118
      6.2.1.2 数据标准化处理  118
      6.2.1.3 适应性聚类分析  118-122
      6.2.1.4 适应性判别分析  122-127
    6.2.2 刺槐生长与气候条件的关系  127-140
      6.2.2.1 试验区气候条件  127-132
      6.2.2.2 刺槐无性系生长与气象因子的关系  132-140
  6.3 小结  140-141
7 结论与讨论  141-148
  7.1 正常水分条件下苗木蒸腾耗水特性  141-142
    7.1.1 耗水日变化特点  141
    7.1.2 耗水量  141
    7.1.3 耗水速率  141-142
  7.2 干旱胁迫对苗木耗水特性的影响  142-143
    7.2.1 对日变化的影响  142
    7.2.2 对耗水量的影响  142
    7.2.3 对耗水速率的影响  142-143
    7.2.4 对昼夜耗水比例结构的影响  143
  7.3 干旱胁迫对刺槐无性系气体交换和瞬时水分利用效率的影响  143-145
    7.3.1 日变化和季节变化  143
    7.3.2 光合速率、蒸腾速率和水分利用效率比较  143-144
    7.3.3 干旱对光合速率、蒸腾速率和水分利用效率的影响  144
    7.3.4 最适土壤含水量和适宜含水量  144-145
  7.4 干旱胁迫对刺槐无性系δ~(13)C影响研究  145-146
    7.4.1 刺槐无性系δ~(13)C和同位素分辨(△~(13)C)  145
    7.4.2 干旱对叶δ~(13)C的影响  145-146
    7.4.3 叶δ~(13)C与瞬时水分利用效率、耗水速率相关性  146
  7.5 刺槐无性系适应性研究  146-148
    7.5.1 适应性  146
    7.5.2 与环境因子的关系  146-148
参考文献  148-162
个人简介  162-163
导师简介  163-165
文章与成果目录清单  165-166
致谢  166

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中图分类: > 农业科学 > 林业 > 森林树种 > 阔叶乔木 > 洋槐
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