喀斯特区植物水分利用研究

喀斯特区植物水分利用研究

作者：邓晓琪 容丽 邓晓霞

来源：《无线互联科技》2015年第01期

摘 要：本研究选择了贵州荔波茂兰喀斯特原始森林生态系统作为对象，通过选择几种具有代表性的植物种，对其叶片δ13C值进行研究探讨：1）喀斯特地区不同植物种的水分利用；2）不同胸（基）径植物的水分利用状况。从这两个方向上探讨植物的水分利用效率，研究影响其变化的主要环境因子。

关键词：喀斯特；小生境；碳稳定同位素；植物水分利用效率

自然界中有两种稳定的碳同位素即12C和13C，其中12C占其总量的98.89%，其余的1.11%是13C[1]。然而，在各种含碳物质中，特别是在植物组织的有机化合物中，稳定性碳同位素13C和12C之间的比值不是恒定不变的，而正是这种比值的变化包含了在碳转移固定过程中的物理、化学和生物代谢等方面大量的信息[2]。研究表明，在植物组织中的13C和12C比值都普遍小于大气CO2中的13C和12C比值[3]，表明CO2在通过光合作用形成植物组织的过程中，会产生碳同位素分馏，而这种分馏的大小与植物的光合作用类型、遗传特性、生理特点、生长环境及其他因素密切相关[2]。 1 研究区概况

研究地区为贵州省荔波茂兰，为一典型的喀斯特原始森林生态系统。该区域主要分布着碳酸盐岩石，最高海拔1078m，最低海拔430m，平均海拔880m以上，年平均气温约15.3℃，全年降水量1752.5mm。该区具有春秋温暖，冬无严寒，夏无酷暑，雨量充沛的中亚热带山地湿润气候特点。在此条件上发育的土壤主要是黑色石灰土和黄色石灰土。 2 样品的采集

本研究选择两种喀斯特区专属植物荔波瘤果茶（Camellia tuberculata Chien）和掌叶木（Handeliodendron bodinieri （Levl.） Rehd.）及两种非专属植物圆果化香（Platycarya longipes）和香叶树（Lindera communis）作为研究对象，每个植物种按不同胸（基）径等级、不同小生境、不同季节有选择性的进行采集，荔波瘤果茶共取样五株，取样（胸）基径从1.5cm至11cm。掌叶木共取样4株，取样（胸）基径从1cm至16cm。圆果化香共取样四株，取样（胸）基径从1.5cm至11cm。香叶树共取样五株，取样（胸）基径从0.5cm至6cm。采集各植物种叶片时，于树枝中上层四个方位采集成熟叶片，混合成一个样品后装入透气性好的样品袋中备用。采样时间分别为2008年7月，2009年4月，2009年8月和2010年1月。各样品的基本情况表见表1。 3 实验方法

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3.1 植物叶片的前期处理

采集的叶片用蒸馏水冲洗干净、晾干，置于烘箱中在70℃下烘干，用微型粉碎机粉碎并过20目筛，样品封存于密封袋内以备分析用。 3.2 植物叶片碳同位素的测定

叶片的δ13C值是在850℃的高温下以Pt丝作为催化剂，用氧化铜将有机碳全部氧化为CO2，纯化后上环境地球化学国家重点实验室气体同位素质谱室的MAT-252质谱仪（Finnigan MAT，USA）测定。采用PDB（Pee Dee Belemnite）标准，测量误差小于0.05‰，δ13C值由国际通用标准形式给出：

δ13C=[（13C/12C）sample-（13C/12C）standard]/（13C/12C）standard）×1000% 4 结果与分析

4.1 植物叶片δ13C值的种间差异

从表2中可看出，在整个生长季香叶树叶片δ13C值最负，掌叶木叶片δ13C值最趋正。圆果化香及荔波瘤果茶居中。方差分析结果表明：在整个生长季内，掌叶木叶片δ13C值与荔波瘤果茶、圆果化香和香叶树均存在显著性差异（p0.05），其与香叶树存在显著差异（p 4.2 植物叶片δ13C值随植物胸基径的变化

研究区四种植物叶片δ13C值见表3。从表中看出，香叶树叶片δ13C值最负，掌叶木叶片δ13C值最正。圆果化香及荔波瘤果茶居中。

本研究对四种植株均按植物胸基径大小选择植株，选择时可将植株分五级（10cm）或者分四级（10cm），视具体情况而定。图3是各植株叶片δ13C值随植株胸基径大小的变化。 从图3中可看出，除了掌叶木外，荔波瘤果茶，香叶树和圆果化香的叶片δ13C值随着植物胸（基）径值的变大而稍为趋正，尤其是胸径大于10cm的植株叶片δ13C值要正与其他各级梯度。也就是说随着胸（基）径值的变大，荔波瘤果茶，香叶树和圆果化香各植株的水分利用效率（WUE）有所提高，这是因为成年植株根系较为发达，能更好的利用各种水分来源。且从季节变化来，除掌叶木之外，其他三种植物胸（基）径小于2cm的植株的叶片δ13C值随着季节的变化有着较大的差异，这说明植株幼苗根系不够发达，随着各季节土壤含水量的多寡其植物水分利用效率也不稳定，而成年植株的季节变化较小，植株水分利用较为稳定。单从掌叶木来看，由图可知，掌叶木的叶片δ13C值随着植物胸基径值而变化的趋势和其他三种不同，胸基径梯度为5-10cm这一级的掌叶木水分利用效率最高，3-5cm级和10cm以上级差别不大，小于3cm级植株水分利用效率最低。但从季节变化来看，四种植物胸径为5-10cm这一级的植株季节变化最小，也就是这一级的植株四季都有着较为稳定的水分利用效率。

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5 小结

从碳同位素来看，掌叶木的水分利用效率（WUE）最高，香叶树WUE最低，荔波瘤果茶和香叶树居中。这是由于香叶树比较稳定的利用了浅层地下水和深层土壤水，有稳定的水分来源，使得其水分利用效率（WUE）较低，表现为更负的δ13C值，而掌叶木有其不同与其他树种的特点，喜好长在石面生境上，在对水源的选择利用上，掌叶木表现出更为灵活的机制，而且掌叶木属落叶树种，落叶树种在水分缺失时具有更强的气孔控制能力和更低的胞内CO2浓度（Ci），从而使该类群具有更高的WUE。 [参考文献]

[1]O’Leary M H.Carbon isotope fractionation in plants. Phytochemistry.1981，20：553-567. [2]Farquhar G D，O’Leary M H，Berry J A.On the relationship between carbon isotope

discrimination and the intercellular carbon dioxide concentrationin leaves.Australian Journal of Plant Physiology.1982，9：121-137.

[3]Brooks J R，Flanagan L B，Buchmann N，et al.Carbon isotope composition of boreal plants：functional grouping of life forms. Oecologia.1997，110：301-311.

[4]Ehleringer J R and Osmond C B.In Plant Physiological Ecology：Field Methods and Instrumentation，Pearcy RW， Ehleringer J，Mooney HA，Rundel PW （eds）.Kluwer：London， 1989：279-281.

[5]蒋高明.植物生理生态学研究中的稳定碳同位素技术及其应用.生态学杂志.1996，15（2）：49-54.

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