基于δ~(13)c值的北京山区典型树种水分利用效率研究

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1、第21卷4期应用基础与工程科学学报Vol．21，No．42013年8月JOUＲNALOFBASICSCIENCEANDENGINEEＲINGAugust2013文章编号:1005-0930(2013)04-0593-007中图分类号:S157．1文献标识码:Adoi:10．3969/j．issn．1005-0930．2013．04．00113基于δC值的北京山区典型树种水分利用效率研究11112余新晓，杨芝歌，白艳婧，李轶涛，黄枝英(1．北京林业大学水土保持学院，水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北

2、京100083;2．江西省赣西土木工程勘测设计院，江西赣西336000)摘要:北京山区长年干旱缺水，研究北京山区典型树种长期水分利用效率的特征对于筛选抗旱造林树种具有重要意义．为了探讨北京山区典型树种(侧柏、油松、刺槐、栓皮栎)长期水分利用效率特征，本文基于稳定碳同位素技术测算出413个树种的水分利用效率，并对结果进行了分析与研究．结果表明，叶片δC值和水分利用效率同向变化，4个树种的水分利用效率从大到小排列顺序为栓皮栎＞侧柏＞刺槐＞油松，说明4个树种中栓皮栎的抗旱性最强而油松最弱;阳生叶的水分利用效率

3、高于阴生叶;植物叶片日内水分利用效率上午略大于下午，但区别不明显;另外，侧柏冠层不同高度叶片水分利用效率表现为上层＞中层＞下层．13关键词:北京山区;δC值;水分利用效率;侧柏;油松;刺槐;栓皮栎水分利用效率(WUE)作为植物水分利用状况和抗旱性特征的一个客观评价指标，能够反映植物碳同化和水分耗散之间的关系，为不同生境适宜树种的选择提供科学支［1］持．WUE可以分为植物长期的水分利用效率(WUEsl)和瞬时的水分利用效率［2］(WUEi)．瞬时水分利用效率仅代表某个特定时间内植物部分叶片的行为，受外部环

4、境影响较大，其瞬时性不能说明植物本身的水分利用特点，只能反映植物性能对环境因子的［3］［4］13响应机制．Farqhuar等发现稳定碳同位素组成(δC)可以用来指示植物长期生活过［5-6］程的平均WUE，大量研究已经证实了这一方法的可靠性与稳定性．用植物体内稳定性碳同位素特征来指示植物长期水分利用效率，分析长期水分利用效率的变化特征以及13［7-10］［11］δC对气候环境因子的反应已成为目前生态学研究的热点问题，例如陈拓等对荒13漠地区植物叶片碳同位素组成和水分利用效率研究发现干旱可以使叶片的δC值升

5、高．北京山区干旱缺水，合理地选择节水树种造林对恢复北京的森林生态功能具有重要意义．本文基于稳定碳同位素技术探讨了北京山区4种典型造林树种的长期水分利用效率差异，并对不同受光条件和冠层不同高度的叶片水分利用效率差异进行了研究．收稿日期:2013-03-18;修订日期:2013-04-19基金项目:国家自然科学基金项目(41171028)作者简介:余新晓(1961—)，男，教授，博士生导师．E-mail:yuxinxiao111@163．com594应用基础与工程科学学报Vol．211研究区概况妙峰山林场位

6、于北京市西北郊太行山脉北部，燕山山脉东端，地理坐标为东经116°28'，北纬39°54'，横跨门头沟和海淀两个区，面积约811.73公顷，距北京市区30km．境内地形复杂，高差大，如图1．林场位置属于温带落叶林带的山地栎林和油松林带，植被类型复杂，长期大量的人为活动使次生植被在该地区占主导地位．代表华北大陆性季风气候．春季干旱多风，夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷．年平均气温12．2℃，最高气温39．7℃，最低气温19．6℃，降雨量近700mm，多集中在7—8月份．图1研究区位置图Fig．1Studyloca

7、tionNo．4余新晓等:基于δ13595C值的北京山区典型树种水分利用效率研究2研究方法2．1树种选择和样品采集在妙峰山林场的侧柏林、油松林、栓皮栎林和刺槐林各选定一块10m×10m的小样方，4个小样方的基本情况如表1，它们的坡度、坡向、海拔等条件较为接近，可以排除地形条件对水分利用效率的影响．在小样方内各选定一棵样树，树高和胸径相差不大，树龄相似，进行采样测试．(1)选择生长季中天气晴好、之前连续3d无降雨的日期作为采样日，得到的植物叶片水分利用效率可以代表采样时点前生长阶段长期水分利用效率;(2)

8、在各采样日内，利用伸缩高枝剪，分别采集侧柏、栓皮栎、油松和刺槐树冠中部的成熟阳生叶和阴生叶，侧柏分3层进行取样，每种样品3个重复，将采集的样品收集整理好等待处理分析;(3)将样品在60℃的恒温箱中烘烤48h，再用粉碎机将其粉碎过80目筛制成供试样品;13(4)植物样品的δC值无需预处理，可以直接测定．取2mg样品于总有机碳元素分析仪(TOC)中，用不含CO2的空气进行燃烧，设置温度为950℃，使干燥的样品在密封的有过量氧气的石英玻璃管中燃烧