漓江上游毛竹叶片生理生态学特征及其对土壤水分响应研究

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毛竹(Phyllostachyspubescence)是我国分布最广面积最大的重要经济竹种,具有良好的经济效益,但在其对水分影响方面一直存在争议。长期以来对毛竹的研究主要集中在毛竹的用途、栽培以及毛竹的光响应等方面,对毛竹的水分关系研究较少,鲜见毛竹林叶片功能特征与土壤水分间响应的报道,而毛竹种植的区域一般在坡度大、海拔比较高的山地或库区,种植毛竹将对土壤水分动态产生较大的影响,因而影响到下游水资源供给,反过来土壤水分变化对毛竹生长也产生影响,因此毛竹林生态效应的研究十分重要。  本试验以漓江上游青狮潭水库集水区的多年生毛竹为研究对象,根据试验前计算的合理灌水(模拟降水)额度等水分参数,对毛竹林土壤各小区进行了4个水分梯度处理(A处理:区域内不灌水直接覆膜、B处理:区域内灌水5mm并覆膜、C处理:区域内灌水10mm并覆膜、D处理:区域内灌水20mm并覆膜、CK:不灌水不覆膜、HM(木荷群落:Schimasuperba):不灌水不覆膜)。通过测定与分析不同土壤水分条件下毛竹叶片的生理生态指标和土壤水分-物理指标,初步探讨了毛竹叶片生理生态特征及其土壤水分-物理性质的变化规律,重点分析了不同土壤水分条件下毛竹叶片的水分特征和光合特性,讨论在不同的土壤水分条件下毛竹叶片的光合生产力、蒸腾速率以及水分利用效率,探索漓江上游毛竹林水分生理生态特征及其对不同土壤水分动态的响应策略。  试验主要研究结果如下:  1、毛竹林土壤物理特征:毛竹林土壤容重、土壤密度、孔隙度显著高于木荷林。不同水分输入对毛竹林土壤含水量有一定影响,但对土壤容重和土壤密度产生较少的影响;土壤含水量随着时间逐步降低,其中水分输入较多的处理D、C、B处理变化较大,而A处理、CK和HM水分变化比较缓慢。  2、毛竹叶片功能特征对土壤水分的响应:毛竹叶片含水量显著比木荷林的高;B和C处理,毛竹叶片的叶片含水量显著比其他处理的高,但最大水分输入的D处理叶片水分含量与没有水分输入的毛竹没有显著差异。同时C处理的毛竹叶片叶面积、比叶面积明显较高,叶片密度明显较低;但是控水对毛竹叶片叶厚、叶干物质含量等指标都没有显著的影响;  3、毛竹叶片光合特性对土壤水分的响应:毛竹叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率显著比木荷高,最大净光合速率以C处理最高,D处理最低,说明适当的土壤水分可以提高毛竹的光合速率,但太多水分则正好相反。毛竹叶绿素相对含量SPAD值随着控水时间有一定的变化,控水前所有处理都没有显著差异,控水后到第5天B、D处理的SPAD值上升达到显著水平,并持续维持到第15天。D处理的SPAD值虽然也有上升,但到第10天后开始下降。毛竹叶片蒸腾速率在C水分处理最大,但在水分输入最大的D处理最小,数值与木荷林的相似。土壤水分最多的D处理,水分利用效率最高,这可能与该处理条件下叶片气孔导度下降,蒸腾速率也比较小有关。毛竹叶片净光合速率、蒸腾速率与气孔导度都呈极显著正相关。  4、毛竹叶片水势对土壤水分的响应:各处理的植物水势在凌晨和傍晚水势较高,中午下降到-1.88MPa至-2.66MPa的水平。凌晨毛竹较木荷林的高,但在中午除了C处理外,其他处理均比木荷林的较低。也就是说,毛竹林水势日变化幅度比木荷林的较大。中午给予中等水量的C处理的毛竹叶片水势下降最小,水量最大的D处理中午水势下降最大,这与前者气孔导度较大而后者气孔导度较小相关。连续12天的监测结果表明,10:00木荷叶片水势比毛竹低;土壤水分处理对叶片水势有影响,除了水分输入最多的D处理,随着输入土壤水的增加毛竹叶片水势也增加。没有水分输入的A处理和CK处理,覆膜的A处理水势下降比较缓慢,而不覆膜的CK处理水势下降比较快,这与两个处理土壤水分含量变化也比较一致。  结论:(1)在相同的研究样地,毛竹林的土壤物理性质与木荷林有显著差异,毛竹植物及其经营模式对土壤的理化性质特别是水分功能造成较大的影响。毛竹林土壤容重、孔隙度等水分功能要素均略有增加,表现出毛竹的水分涵养功能较木荷林的好,但是相关监测研究结果显示毛竹林种植后旱季溪流时间缩短,也就是说毛竹林的水源涵养功能下降,这个矛盾的结果说明毛竹林壤中流、垂直流可能比较快,水分停留在土壤的时间比较短,这方面的结论需要进一步研究。(2)在自然条件下,毛竹林最大田间持水量显著高于木荷林,毛竹林的土壤含水量显著高于木荷林,在叶片水平毛竹叶片蒸腾速率显著高于木荷,但是毛竹林的总蒸腾量不一定比木荷林的高,因为木荷林林冠比较密集,叶面积指数较大,在我们研究的时间段毛竹林没有因为蒸腾耗水造成土壤水分的显著下降;(3)毛竹的净光合速率和水分利用效率显著比木荷高;毛竹的光合作用受气孔调节明显。尽管我们的试验设在旱季,但2013年是一个比较湿润的年份,我们初始试验时自然土壤水分含量达到约27%,增加土壤水分到10mm可以提高净光合速率,但也较大地增加了蒸腾速率,水分利用效率相对较低;增加水分到20mm,气孔导度反而下降,净光合速率和蒸腾速率也随之下降,说明一直保持过多的水分不利于毛竹的生长。  本研究的控制试验在野外进行,由于野外受多种因素影响,特别是不能保证植物、土壤、地形的均质性,因此本研究得出的结论是初步的,但是这个结论可以指导下一步不同尺度或精确的控制试验研究。
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