（生态学专业论文）不同群落状态下典型草原植物抗旱能力的比较研究.pdf

不同群落状态下典型草原植物抗旱能力的比较研究 摘要 本文于2 0 0 8 年6 月中旬一9 月初结合持续干旱条件下植物水势的动态变化、 不同群落浇水前后土壤水势与主要植物种叶水势的变化特征以及影响植物与土 壤水势的主要因素对内蒙古典型草原不同群落状态下植物抗旱能力进行了比较 研究，得到以下结论： 1 随着干旱胁迫强度的增加，各植物水势逐渐降低。水势日均值最先达到 最低值的植物，其抗旱能力最弱。在恢复样地和退化样地，各期测定的防雨棚 外的各植物叶水势的日均值都高于防雨棚内漏雨部分、防雨棚内未漏雨部分各 植物叶水势的日均值。经过两个月的持续干旱，仍有部分植物存活下来，表明 干旱会对演替产生影响，但尚不足以形成裸地，重新开始演替。 2 不同群落浇水后，植物水势的变化各不相同。无论是退外样地，还是恢 复样地，苔草的吸收层最浅，隐子草和冷蒿的吸收层较深，羊草、冰草和大针 茅的吸收层最深。恢复样地浇水后各植物水势日均值的上升值明显高于退外样 地植物水势日均值的上升值。说明在同等条件下，恢复样地的土壤渗透性能优 于退外样地，土壤水分容易被植物吸收。而退外样地植物水势上升较慢则说明 土壤中存在紧实层。 3 不同群落浇水后，各层土壤水势的变化各不相同。无论是恢复样地，还 是退外样地，浇水对于o 一1 0a m 、1 0 - 2 0c m 两层土壤含水量的影响较大，对应 的1 0c m 、2 0c m 土壤水势值受的影响较大。土壤水势呈不规则状波动，反映不 内蒙古大学硕士论义 同土层在不同时段有不同的消耗与补给尊 4 。综合上述分析表明，对于深根系植物而言，恢复样地植物的抗旱能力与 退外样地植物的抗旱能力大体相同，对于浅根系植物而言，恢复样地植物的抗 旱能力比退外样地植物的抗旱能力弱。 5 持续干旱条件下，退外样地土壤含水量的下降速度明显高于恢复样地土 壤含水量的下降速度。而自然状态下，恢复样地与退外样地土壤含水量随着降 雨量而变化。 关键词：水势，抗旱，恢复样地，退化样地，群落 内蒙古人学硕士论文 1 砸c o m 譬ara t i 、厂es y u d yo fd r o u g h tc a l 帔c i t y d 礤f e r e n tp i ，a a n c o n 叫j n i t yi nt y p i c a ls t e p p e c o m b i n et h ed y n a m i cc h a n g e so fp l a n tw a t e rp o t e n t i a li np e r s i s t e n td r o u g h t c o n d i t i o n s ，t h ec h a r a c t e r i s t i co fc h a n g eo fs o i lw a t e rp o t e n t i a la n dt h em a j o rp l a n t s p e c i e sw a t e rp o t e n t i a li nd i f f e r e n tc o m m u n i t i e sb e f o r ea n da f t e ri r r i g a t i o n ，t h em a i n f a c t o r sw h i c hd e c i d ep l a n tw a t e rp o t e n t i a la n ds o i lw a t e rp o t e n t i a lt oc o m p a r a t i v e s t u d yo fd r o u g h t r e s i s t a n c ec a p a c i t yo fp l a n t si nd i f f e r e a tc o m m u n i t yc o m m u n i t yi n i n n e rm o n g o l i at y p i c a ls t e p p e ，t h i st e x tg e tt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ： 1 w i t ht h ei n c r e a s ei ni n t e n s i t yo fd r o u g h ts t r e s s ，t h ep l a n tw a t e rp o t e n t i a l d e c r e a s e d p o t e n t i a lm i n i m u mo nt h em e a nv a l u eo ft h ef i r s tp l a n t ，a n di t sd r o u g h t r e s i s t a n c ec a p a c i t yo ft h ew e a k e s t i nt h er e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o ta n dt h e c o m m u n i t yo u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t ，t h ed a i l ya v e r a g eo fl e a fw a t e rp o t e n t i a lo f t h ep l a n to u t s i d et h ea n t i - c a n o p yw e r eh i g h e rt h a nt h ed a i l ya v e r a g eo fl e a fw a t e r p o t e n t i a lo ft h ep l a n tw h e r el e a k i n gi n s i d eo ft h ea n t i c a n o p ya n dn o ti n s i d eo ft h e a n t i c a n o p y 。a f t e rt w om o n t h so fs u s t a i n e dd r o u g h t ，a n dt h e r ew i l lb es o m ep l a n t s s u r v i v e d ，i n d i c a t i n gt h a tt h ed r o u g h tw o u l dh a v ea ni m p a c to ns u c c e s s i o n ，b u tn o t e n o u g ht of o r mab a r el a n d ，s u c c e s s i o nt os t a r t 2 。a f t e ri r r i g a t i o ni nt h ed i f f e r e n tc o m m u n i t i e s ，t h ec h a n g e so fp l a n tw a t e r 内蒙古大学硕士论文 p o t e n t i a la r ed if f e r e n t i nt h er e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o ta n dt h ec o m m u n i t yo u t s i d e t h ed e g e n e r a t i v ep l o t ，t h ea b s o r p t i o nl a y e ro fc a r e x k o r s h i n s k y ik o mi st h em o s t s h a l l o w ，t h ea b s o r p t i o nl a y e ro fc l e i s t o g e n e ss q u a r r o s a ( t r i n ) k e n ga n dc a r e x k o r s h i n s k y ik o ma r ed e e p e r ，l e y m u sc h i n e n s i s ，a g r o p y r o nm i c h n o ir o s h e va n d s t i p ag r a n d i sp s m i ma r et h ed e e p e s t t h ei n c r e a s eo ft h ed a i l ya v e r a g eo fl e a f w a t e rp o t e n t i a lo ft h ep l a n ti nt h er e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o ta p p a r e n t l yh i g h e rt h a nt h e i n c r e a s eo ft h ed a i l ya v e r a g eo fl e a fw a t e rp o t e n t i a lo ft h ep l a n ti nt h ec o m m u n i t y o u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t i nt h es a m ec o n d i t i o n ，t h er e s t o r a t i o no ft h es o i lo ft h e r e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o ti sb e t t e rt h a nt h ec o m m u n i t y o u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t ， s o i lm o i s t u r ee a s i l ya b s o r b e db y p l a n t s r e t i r i n gt h i n g sl i k er i s i n gs l o w e rp l a n tw a t e r p o t e n t i a li si l l u s t r a t e di nt h ee x i s t e n c eo fs o i lc o m p a c t i o nl a y e r 3 a f t e ri r r i g a t i o ni nt h ed i f f e r e n tc o m m u n i t i e s ，a l ll e v e l so ft h ec h a n g e si ns o i l w a t e rp o t e n t i a lv a r i e s i nt h er e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o ta n dt h ec o m m u n i t yo u t s i d et h e d e g e n e r a t i v ep l o t ，t h ew a t e rc o n t e n tf o ro 一10 c m ，10 - 2 0 c ma r em o s te f f e c t e da f t e r i r r i g a t i o n ，c o r r e s p o n d i n g t o10 c m ，2 0 c ms o i lw a t e rp o t e n t i a lv a l u e sh a dg r e a t e r i n f l u e n c e s o i lw a t e rp o t e n t i a lf l u c t u a t i o n sw e r ei r r e g u l a r , r e f l e c t i n gt h ed i f f e r e n ts o i l l a y e r sa td i f f e r e n tt i m e sh a v ed i f f e r e n tc o n s u m p t i o na n ds u p p l y 4 t os u mu pt h ea b o v ea n a l y s i ss h o w st h a tt h ed e e pr o o t so fp l a n t s ，t h ed r o u g h t r e s i s t a n c ec a p a c i t yo ft h er e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o ta st h es a m ea st h ed r o u g h t r e s i s t a n c ec a p a c i t yo ft h ec o m m u n i t yo u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t h o w e v e r ，t h e p l a n t sf o rt h es h a l l o wr o o ts y s t e m ，t h ed r o u g h tr e s i s t a n c ec a p a c i t yo ft h er e s t o r i n g c o m m u n i t yp l o ta r ei n f e r i o rt ot h ed r o u g h tr e s i s t a n c ec a p a c i t yo ft h ec o m m u n i t y i v 内蒙古人学硕士论文 o u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t 5 u n d e rt h ec o n t i n u i n gd r o u g h tc o n d i t i o n s ，t h er a t eo fd e c l i n eo fs o i lw a t e r c o n t e n to ft h ec o m m u n i t yo u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o tw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a n t h er a t eo fd e c l i n eo fs o i lw a t e rc o n t e n to ft h er e s t o r i n gc o m m u n i t y p l o t u n d e rt h e n a t u r a ls t a t e ，t h es o i lw a t e rc o n t e n tc h a n g ea st h er a i n f a l li nt h er e s t o r i n gc o m m u n i t y p l o ta n dt h ec o m m u n i t yo u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t k e y w o r d ：w a t e r p o t e n t i a l ，d r o u g h t ，r e s t o r i n gc o m m u n i t yp l o t ，t h ec o m m u n i t y o u t s i d et h ed e g e n e r a t i v ep l o t ，c o m m u n i t y v 原创性声明 本人声明$ 所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 暴。酴本文已经注明弓l 翊篱爽容外，论文孛不怒舍其缝人瑟经发表或撰写过的研究成果，擞 不戗舍为获得内蒙古大学及其他教育机构的学位或证：i _ 弓1 掰使用过的材料与我一同工作的网 纛对本研究所傲睡任 囊f 燹献均已在论文中作了明确趋说明势表示澍激。 学位论文作者签名： b期； 在学期闫研究成果使用承诺书 本学位论文佟者完全了解学校肖关豫雷、搜耀学位论文麓裁定，印；蠢蒙蠢大学套投将 学位论文的全部内容或部分保留并句国家有关机构、部门遴交学位论文的复印件和磁盘，允 诲缡入鸯关数据痒逮拿- 检索，邀w 潋采羽影印、缩印蠛英能复剩手段保存、菠编学位谗文。 为保护学院和导师的知识产权，作糟在学期问取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今脑 镶耀涉及在学期阀主要研究国褰竣研究成采，须捱褥内蒙蠢大学裁读裁麓导酃的露意；蓍耀 予发表论文，版权单位必颁署名为内薮古人学方可投稿或公开发袭。 学位论文黼签辍拯臻冢指导教燧褒：至缝 日 期- 乏。刖7 日期；卒= 崖i 呈 内蒙古大学硕j 二论文 己i 皇 j -口 羊草+ 大针茅草原( l e y m u sc h i n e n s i s ( t r i n ) t z v e l + s t i p ag r a n d i sp s m i m ) 是蒙古高原典 型草原地带广泛分布的地带性草原群落【1 1 ( 中国科学院内蒙古宁夏综合考察队，1 9 8 5 ) ， 具有 优良的生产性能。地处内蒙古草原腹地的锡林郭勒草原是亚洲中温带半干旱草原的典型代表， 该区地处4 1 0 3 57 4 6 0 4 6 n ，1 1 90 0 9 ， 1 1 9 * 5 8 e ，总面积2 0 3 万平方公里，其中可利用天然草 地1 7 8 3 万公顷，占土地总面积的8 8 。锡林郭勒草原作为我国北方地区的一道重要的绿色生 态屏障，它对于维护华北地区，特别是京、津大都市的生态环境起着极其重要的作用。然而， 几十年来，由于过度放牧等人类活动的干扰和自然环境的演变相互交织，草原发生了严重退 化，生产力不断下降，干旱化与荒漠化不断加剧，自然灾害事件( 沙尘暴、鼠虫害、白灾和 黑灾) 频繁发生。至2 0 世纪9 0 年代，锡林郭勒草原的退化已十分严重了。这不仅对当地的 畜牧业发展有着重要的影响，同时严重威胁了整个华北地区的生态环境。 水分胁迫( w a t e rs t r e s s ) 是一个广义的概念，通常又可以称为水分亏缺( w a t e rd e f i c i t ) ，主要 指的是干旱( d r o u g h t ) 导致植物组织缺水已达到正常生理活动受到干扰的程度。干旱是影响农 业生产与生态环境的重要因素之一。水是干旱、半干旱地区最重要的环境因子，对植物的生 长、存活、净生长力等具有及其重要的影响【2 】。据不完全统计，全世界的干旱地区、半干旱 地区约占陆地总面积的三分之一，占耕地面积的4 3 【3 4 】。我国的干旱、半干旱地区主要分布 在华北、西北、内蒙古和青藏高原等地区，其面积约占全国土地面积的4 7 【5 】。其它耕地也 常因受到周期性或难以预期的干旱影响而减产。干旱对农作物造成的损失在所有的非生物胁 迫中占首位，仅次于生物胁迫病虫害造成的损失。而地球上的淡水资源却仅占地球表面水资 源的1 6 ，这对于1 0 0 多万种动植物和6 0 亿人口而言，显然是不足的。在人口不断增加、 耕地面积日趋减少和淡水资源不足的严重压力下，如何高效地利用有限的淡水资源进行最大 限度的农业生产，这是国际和国内生物科学技术迫切需要解决的重大课题之一【6 丌。 国内外关于植物抗旱的相关研究已有很多，l c v i t t 8 】首先提出了关于植物适应和抵抗干旱 胁迫机理的问题，后经t u 【m 一9 】等人的不断完善，现已形成了对这一问题较为系统的看法， 植物的抗旱机理大致可分为避旱性、高水势下的耐旱性( 延迟脱水) 、低水势下的耐旱性( 忍耐 脱水) 三类。干旱是一个使植物产生水分亏缺( 或水分胁迫) 的环境因子，它可以影响植物的 形态学、解剖学、生理学、酶学、生物化学等过程【l o j 。由于长期适应所生长的自然环境的结 果，植物发展了一套最适应自身生长发育的生理生态特点，并采用不同的途径来抵御或忍耐 内蒙古大学硕士论文 干旱胁迫的影响，这就是植物的耐早性，即植物经受住干旱时期的能力。这是一种复合性状， 是一种从植物的形态解剖构造、水分生理生态特征、及生理生化反应到组织细胞、光合器官 乃至原生质结构特点的综合反映】。 本文研究的内容属于国家自然科学基金重点项目内蒙古典型草原受损生态系统恢复演 替机理研究( 3 0 3 3 0 1 2 0 ) 中恢复群落演替过程中植物抗旱能力的比较研究。试图解决的科学 问题是干旱对草原群落的演替过程有何作用。推断如下：1 不同群落状态下植物抗旱能力相 同，干旱不影响演替进程；2 不同群落状态下植物抗旱能力不同，干旱对演替的影响明显： 3 不同群落状态下部分植物的抗旱能力相同，部分植物的抗旱能力不同。关于同一群落状态 下各植物能否达到永久萎蔫存在以下3 种推断：1 所有植物都能达到永久萎蔫；2 所有植物都 未能达到永久萎蔫；3 部分植物达到永久萎蔫，部分植物未能达到永久萎蔫。在典型草原漫 长的形成过程中，肯定存在一个生长季没有降雨的年份，在这种极端干旱的情况下，所有植 物都达到永久萎蔫，草原将重新开始演替，土壤种子库将在演替中起着至关重要的作用；所 有植物未能达到永久萎蔫，说明在演替过程中，植物的营养繁殖起着至关重要的作用；部分 植物达到永久萎蔫，部分植物未能达到永久萎蔫，表明土壤种子库在演替过程中起着一定的 作用。那么，基于以上推断，作者拟从持续干旱条件下不同群落状态植物水势的动态变化、 浇水前后不同群落状态下植物与土壤水势钓变化、以及影响植物一土壤水势的因素这3 个方 面对不同群落状态下植物抗旱能力进行深层次的研究。 2 内蒙古大学硕- 上论文 1 1 研究区概况 i 1 i 研究区域地理概况 研究区概况与样地选择 本研究选择的实验区位于锡林河流域中游地区，行政区属锡林郭勒盟白音锡勒牧场。实 验区地处内蒙古高原中部，其东缘属大兴安岭西麓低山丘陵区，南接玄武岩台地。研究区的 范围大致为地理坐标4 3 0 2 6 ，n 4 4 9 ，n ，1 1 5 。3 2 e 1 1 7 0 1 2 e ，总面积为1 0 7 8 6k m 2 。该区的草 原在中国温带草原区具有较强的典型性。 该区属内蒙古高原中部的锡林郭勒高原，区域地势东南高达1 5 0 0i 1 1 以上，西北低至约 9 0 0m 。地形以波状丘陵为特征，坡度较缓，相对高差不大于3 0 0m ，丘陵相对起伏3 0 , - , 1 5 0m ， 在实验区中还有位于锡林河及支流之间的浑善达克沙地的东北端沙带，宽度最大达1 0k m ， 沙丘相对起伏约为1 0 - - 2 0m 。 该区的主要河流为内陆河一锡林河，总长1 7 5k m ，流域面积3 9 0 0 k m 2 。自东南部白音查 干淖尔发源流向并消失于西北部的白音淖尔，正常年流量为2 3 5 x 1 0 6m 3 ，河水适于饮用和灌 溉。实验区南部的达来诺尔湖面积1 6 8k m 2 ，是区内较大的湖泊，容量2 2 x 1 0 6m 3 。 该区的土壤具有明显的地带性，即由东南向西北有规律地分布着黑钙土地带、暗栗钙土 地带到淡栗钙土地带。黑钙土代表流域最湿润类型；实验区内最主要的土壤为暗栗钙土。 1 1 2 气候特征 在气候区划上，该区域属中温型大陆性季风气候，气候类型是半干旱草原气候，四季分 明。冬半年受蒙古高压的控制，寒冷干燥，无霜期短；夏半年受季风影响，较为温和湿润。 年平均气温约为o 1 8 ，气温年较差和日较差较大，最冷月1 月平均气温为2 1 6 ，最热月 7 月为1 8 2 ；大于0 的积温平均为2 4 2 8 7 ，大于1 0 的多年平均积温为1 9 8 3 3 ； 无霜期平均为9 1d 。日照充足，年均日照时数2 5 3 3h ；降水集中于6 8 月( 占年降水 6 0 7 5 ) ，降水年际变率极大( 比值达3 8 ) ，年降水量由东南( 平均3 5 0m m ) 向西北( 平 均2 5 0m m ) 递减而温度则沿此方向递增。春季大风同多，容易形成沙暴，年平均沙暴同为 8 4 天。 3 内蒙古大学硕士论文 1 1 3 植被特征 该区域处于内蒙古高原中部的典型草原带内，草原群落主要包括典型草原和草甸草原， 典型草原有：羊草( l e y m u sc h i n e n s i s ( t f i n ) t z v e l ) 草原、大针茅( s t i p a g r a n d i sp s m i m ) 草原、克氏针茅( s t i p ak r y l o v i ir o s h e v ) 草原等，主要的建群种与优势种为大针茅( s a p ag r a n d i s p s m i m ) 、羊草( t 删t n u sc h i n e n s i s ( t r i n ) t z v e l ) 、米氏冰草( a g r o p y r o nm i c h n o ir o s h e v ) 、 冷蒿( a r t e m i s i af r i g i d aw i l l d ) 、克氏针茅( s t z p ak r y l o v i ir o s h e v ) 、糙隐子草( c l e i s t o g e n e s s q u a r r o s a ( t r i n ) k e n g ) 、黄囊苔草( c a r e xk o r s h i n s k y ik o m ) 等，植被盖度一般在4 0 以上； 草甸草原有线叶菊( f i l i f o l i u ms i b i r i c u ml ) 草原和贝加尔针茅( s n p ab a i c a l e n s i sr o s h e v ) 草 原，群落组成主要有贝加尔针茅( s t i p ab a i c a l e n s i sr o s h e v ) 、线叶菊( f i l i f o l i u ms i b i r i c u ml ) 、 羊草( z e y m u s 幽砌绷西( t f i n ) t z v e l ) 、羊茅( f e t u c ao v i n al s 1 ) 、日荫菅( c a r e x p a l d i f o r m i s c a m e y ) 等，植被盖度一般在6 0 以上。锡林河流经此区域，局部有一定面积的湿地，还 有浑善达克沙地东北端的一个条带，榆树疏林、灌丛、草本镶嵌分布，形成独特的沙生植被。 该区植被类型具有多样性和复杂性。 1 2 样地选择 本研究项目是在内蒙古锡林郭勒盟典型草原地带中科院草原生态系统定位站设置的退化 群落恢复样地上进行的。样地的地理坐标为n 4 3 。3 8 ，e 1 1 6 0 4 2 ，海拔1 1 8 7m ，它位于丘陵坡 麓前缘与锡林河二阶地之间，地势微倾斜，地表较平整。土壤为暗栗钙土。具备显域地境的 基本条件。这一草原地段在六十年代中期以前一直保持较少扰动或轻度放牧的原生状态，到 1 9 8 3 年实施围栏封育时已因过度放牧退化成冷蒿为主要优势种的群落变型。实验样地于1 9 8 3 年5 月围栏封育，总面积2 6 6h m 2 。样地中的群落外貌比较均匀一致，封育后停止放牧利用。 实验样地主要选择了以下两种不同类型： 1 9 8 3 年围封的退化群落恢复样地( 以下简称恢复样地) ：该样地围封时为处于严重退 化状态的冷蒿+ 糙隐子草群落，属于羊草+ 大针茅草原的严重退化变体，面积6 0 0 x 4 0 0 ( m 2 ) ， 至2 0 0 8 年经过2 6 年的围封，群落恢复至以羊草( l e y m u sc h i n e n s i s ( t f i n ) t z v e l ) 、米氏冰 草( a g r o p y r o nm i c h n o ir o s h e v ) 、大针茅( s t i p ag r a n d i sp s m i m ) 等多年生禾草为主的植被 类型。 严重退化群落：恢复样地围栏外仍为严重退化的草原生态系统，因只有一条网围栏相 隔，故与上两个样地在尘境条件上相一致( 以下简称退外样地) 。 4 内蒙古大学硕：仁论文 图1 1 研究区位置示意图 f i g 1 - 1l o c a t i o no ft h es t u d ya r e a 5 羹学碰论女 2 1 防雨棚的搭建 2 研究方法与数据处理 为了在持续干旱的条件下比较不同群落状态各植物达到永久萎蔫的顺序，于 2 0 0 8 年6 月2 0 号“月2 7 号搭建防雨棚，分别在恢复样地和退外样地中，选择3 个3 3 m 2 样方，即总共设计了6 个样方，分别在6 个样方的上方搭建防雨棚，在3 3 m 2 样方边缘挖长35 m 、宽05 m 、漾1 m 的深沟将长度为l5 m 的大方管( 3 3 c m 2 ) 通过小方管( 2 5 25 c m 2 ) 支架链接成一个长3 m 、宽3 m 、高l5 m 的架子， 把整个架子放入深沟中，使得架子顶部距离地面8 0 c m 左右，架子在垂直高度上成 一定坡度，以保证架子顶部上层塑料尽量免受下雨时大量雨水积聚所造成的压迫。 为了防止土壤中水分的侧向传输，在架子周围用ll 1 3 0 塑料包裹，将o a x l 3 m 2 塑料露于地面并用筷子使其与地面垂直，这样还可以进一步防止水分从侧面进入 防雨棚中，包裹好塑料后回填土壤。然后在架子上固定5 x5 m 2 的塑料布，该塑料 布透光率高达8 7 ，塑料布边缘向防雨棚内翻卷，以确保在风的作用下不会将塑料 布撕坏，并通过塑料绳、筷子、胶皮、胶带来进一步固定防雨棚上面的塑料。搭建 完防雨棚后，考虑到侧涪塑料边缘植物的根受人为影响，在防雨棚内分别距防侧渗 塑料2 5 c m 处，用卷尺量定2 5 25 m 2 实验地，并用塑料绳将其划分为o5 o5 m 2 的小格，同样考虐到边缘植物的根受人为影响去除实验地中间方管所占0 5 0 5 m 2 面积，所以实验样地的有效面积为6 m 2 。在该实验样地降雨的同时常常伴有大风存 在，每天查看各防雨棚的固定情况，是否存在漏雨的地方及时固定损伤后的防雨 棚，并在每次降雨之后，及时清理上层塑料上聚集的雨水，阻止其产生凸透镜效应。 这样就形成持续干旱的土壤环境。以未处理的样方作为对照。搭建好的防雨棚如下 图所示： 内蒙吉大学硕： 论文 f i g 2 - ll o c a t i o no f t h ea n t i c a n o p y 在这里要做2 点说明。首先，恢复样地和退外样地搭建好防雨棚的当天晚上，既2 0 0 8 年 6 月2 7 号遭遇了罕见的冰雹，导致恢复样地和退外样地的6 个防雨棚受到不同程度的损伤， 防雨棚内漏进很多雨水，恢复样地的3 个防雨棚漏雨面积均在7 5 左右，未漏雨部分仅占2 5 左右，退外样地的3 个防雨棚漏雨面积均在9 0 以上。由于搭建好防雨棚后，防雨棚内植物 的干旱程度与下过冰雹后防雨棚外植物的干旱程度有明显差异，5 0 。5 m m 降雨导致防雨棚外雨 水已经渗透到约6 0 c m 的土壤深度，考虑到再重新搭建防雨棚，肯定不能得到不同群落状态 下植物达到永久萎蔫的顺序，所以本实验只是及时更换防雨棚上面的塑料布，随机的在防雨 棚内观察了水分渗透到土壤的程度，在渗透程度大体相同，土壤水分蒸发一段时间后，进行 的土壤含水量与植物水势等指标的测定。恢复样地内同时进行防雨棚内漏雨部分、防雨棚内 未漏雨部分、防雨棚外植物水势的动态监测，漏雨部分相当于轻度干旱胁迫处理，未漏雨部 分相当于重度干旱胁迫处理；退外样地内同时进行防雨棚内漏雨部分、防雨棚外植物水势的 动态监测。其次，2 0 0 8 年8 月l 号，由于退外样地没有围栏，牧民家的绵羊将退外3 个防雨 棚内的植物几乎全部啃食，所以本实验对退外样地防雨棚内和防雨棚外植物水势、土壤含水 量等的动态监测就此停止。 2 2 取样及数据获得 2 2 1 土壤和植物水势的测定 测定水势所用仪器为美国w e s c o r 公司生产的p s y p r o 型露点水势仪测量，它实际上就 是一个精密的电位计，能准确测出热电偶两端点因温度差异而产生的细微的电位变化。仪器 配套的c 5 2 和l - 5 1 型样品室，用于测定植物水势，他们的基本结构都是由一个灵敏的热 电偶和一个铝合金制的隔热性很好的叶室组成。前者用于离体叶片和土壤水势测定，后者主 要用于叶片活体测定。配套的还有p s t ( p c t ) 5 5 s f 探头，可以埋入地下进行土壤水势的 测定。 原理：将叶片或组织汁液密闭在体积很小的样品室内，经一定时间后，样品室内的空气 和植物样品将达到温度和水势的平衡状态。此时，气体的水势( 以蒸汽压表示) 与叶片的水 势( 或组织汁液的渗透势) 相等。因此，只要测出样品室内空气的蒸汽压，便可得知植物组 织的水势( 或组织汁液的渗透势) 。由于空气的蒸汽压与其露点温度具有严格的定量关系，本 7 内蒙古大学坝士论文 仪器便通过测定样品室内空气的露点温度而得知其蒸汽压。该仪器装有高分辨能力的热电偶， 热电偶的一个结点便安装在样品室的上部。测量时，首先给热电偶施加反向电流，使样品室 内的热电偶结点降温，当结点温度降至露点温度以下时，将有少量液态水凝结在结点表面， 此时切断反向电流，并根据热电偶的输出电位记录结点温度变化。开始时，结点温度因热交 换平衡而很快上升；随后，则因表面水分蒸发带走热量，而使其温度保持在露点温度，呈现 短时间的稳衡状态；待结点表面水分蒸发完毕后，其温度将再次上升，直至恢复原来的温度 平衡。记录下稳衡状态的温度，便可将其换算成待测样品的水势或渗透势。 ( 1 ) 植物水势的测定 在恢复和退外两个样地，每个样地防雨棚内外分别选取羊草( l e y m u sc h i n e n s i s ( t r i n ) t z v e l ) 、米氏冰草( a g r o p y r o nm i c h n o ir o s h e r ) 、大针茅( s t i p ag r a n d i sp s m i m ) 、冷蒿( a r t e m i s i a f r i g i d aw i l l d ) 、黄囊苔草( c a r e xk o r s h i n s k y ik o m ) 和糙隐子草( c l e i s t o g e n e ss q u a r r o s a ( t r i n ) k e n g ) 六种植物，在7 月份的上旬和下旬，8 月份的上旬和下旬，从早晨7 ：0 0 开始，测量 时取等量的植物叶片放入c - - 5 2 样品室中，密封稳定3 0 r a i n ，测定植物水势、l ，3 0 ，每隔5m i n 测定一次t x j 3 5 、甲4 0 ，三个平行，每个植物种用露点水势仪每隔两小时测量一次，一直到下午 1 7 ：0 0 ，共六个点，获取植物水势在一天中的动态变化。样品水势值： 甲q 凹3 0 + 呵3 5 + 甲4 0 ) 3 ( 2 ) 浇水前后植物水势的测定 在7 月下旬，在恢复样地和退外样地选取羊草、冰草、大针茅、冷蒿、黄囊苔草和糙隐 子草六种植物共有的l 1 n 1 2 样方，考虑植物水势在相邻两天变化不大的情况下，第一天不对 样方进行浇水，从早7 ：0 0 至晚1 7 ：0 0 测定植物水势日变化，测定完成后在样方周围测定土 壤含水量；第二天清晨6 ：2 0 人工模拟降雨，将lm 2 样方用筷子打成1 6 个小方格，以便于 更好地模拟人工降雨，使水量的分布更加均匀，lm 2 洒水量为8 l ，每小格浇水0 5l ，然后 从早7 ：0 0 至晚1 7 0 0 再次测定植物水势日变化，测定完成后在样方周围测定土壤含水量。 ( 3 ) 浇水前后土壤水势的测定 由于土壤探头稳定较慢，在测定土壤水势的头一天晚上，将土壤探头分别埋在1 0c i i l 、 2 0t i n 、3 0t i l l 、4 0c n l 、6 0t i n 深处稳定大概1 2 小时。埋土壤探头前，在要测定土壤水势的区 域一侧挖一5 0c m x 5 0c r u x 7 0t i n 坑，尽量减少拟测水势区域土壤的扰动，为确保测定深度的 准确，尽可能将土壤剖面修平、修直，埋土壤探头时，在所测定深度上方2 3t i n 处( 如要测 定1 0c n l 处水势，在7c l i i 处) 用一与土壤探头粗细相当的铁钉，斜向下插入土壤，尽可能减 少土壤结构的影响，插入深度大约8 1 0c n l ，铁钉头的位置就到所测定的深度，慢慢拔出铁 堕鍪直查兰堡：! ：丝茎 钉，将探头放入孔中，一边下放一边用旁边同一深度土壤填埋，尽可能将其他因素的影响降 至最低。将土壤探头放好后，将坑填埋、踏平。待第二天从早晨7 ：0 0 至晚1 7 ：0 0 测定土壤 水势日变化，在一天测定完成后，将土壤探头取出，测定相应深度的土壤含水量。在放置土 壤探头的周围，选取l x l m 2 样方进行人工模拟降水，1i n 2 洒水量为8 l ，待降水全部渗入土壤 之后，再将土壤探头分别埋在人工模拟降水条件下的土壤各层( 1 0o n l 、2 0 锄、3 0 锄、4 0c l n 、 6 0c m ) 。待第三天从早晨7 ：0 0 至晚1 7 ：o o 测定人工模拟降水条件下土壤水势日变化，在一 天测定完成后，将土壤探头取出，测定相应深度的土壤含水量。 2 2 2 容重的测定 在2 0 0 8 年8 月1 4 号测定退外样地和恢复样地的土壤容重。将环刀托放在环刀上，将环 刀刃口向下垂直压入土壤中，直至环刀筒内充满样品为止，既不能压实、也不能留空。环刀 压入时要平稳，用力一致。尽量保持土壤原状结构。用修土刀切开环刀周围的土样，取出已 装上土的环刀，细心削去环刀两端多余的土，并擦净外面的土。把环刀中的样品转移至土盒 中，立即加盖，以免水分蒸发，随即称重( 精确到0 0 1 9 ) ，烘干后再称重。 土壤容重= ( g i - g o ) 1 0 0 a g i 一干重+ 盒重 g o 一盒重 a 一环刀体积 2 2 3 土壤含水量的测定 分别于2 0 0 8 年7 月5 号、7 月1 2 号、7 月1 8 号、7 月2 5 号、8 月2 号、8 月1 2 号在恢 复样地防雨棚内和防雨棚外利用常用土钻取土，于2 0 0 8 年7 月5 号、7 月1 2 号、7 月1 8 号、 7 月2 5 号、8 月2 号在退外样地防雨棚内和防雨棚外利用常用土钻取土。分别取0 - 1 0 c m 、 1 0 - 2 0 c m 、2 0 - 3 0 c m 、3 0 - 4 0 c m 、4 0 - 6 0 c m 各层土壤，三个重复，用烘干称重法，按下式计算土 壤含水量：土壤含水量( ) = ( ( 湿润土壤样品重量一烘干土壤样品重量) 烘干土壤样品重量) 1 0 0 ，再求出三个重复的平均值。 9 内蒙古大学硕士论文 2 2 4 温度的测定 分别于2 0 0 8 年7 月7 号、7 月1 0 号、7 月2 0 号测定温度数据。温度日进程的测定开始 于早7 ：0 0 结束于晚1 8 ：o o ，每隔l 小时测定1 次。在恢复样地和退外样地分别选择一个防雨 棚，将温度计用细线与防雨棚支架固定，并保证每个防雨棚内温度计距地面的高度一致。同 时在对照样方上，放置1 个温度计，与防雨棚内温度计距地面的高度相同。 2 2 5 地表温度的测定 于2 0 0 8 年7 月2 0 号从早7 ：0 0 至晚1 9 ：0 0 每隔l 小时测定1 次地表温度。测定地表温 度之前分别在恢复样地、退外样地、恢复样地防雨棚内、退外样地防雨棚内地表以下5 厘米 处垂直放置一个常用温度计。 2 2 6 光照强度的测定 利用z d s 1 0 型照度仪于2 0 0 8 年7 月1 0 号从早7 ：0 0 至晚1 8 ：0 0 测定照度数据，测定时 间段分别为7 ：o o 7 ：1 0 、8 ：0 0 8 ：1 0 、9 ：0 0 - 9 ：1 0 、1 0 ：0 0 1 0 ：1 0 、1 1 ：0 0 - 1 1 ：1 0 、1 2 ：0 0 - 1 2 ：1 0 、1 3 ：0 0 t 3 ：1 0 、 1 4 ：0 0 - 1 4 ：1 0 、1 5 ：0 0 - 1 5 ：1 0 、1 6 ：0 0 1 6 ：l o 、1 7 ：0 0 - 1 7 ：1 0 、1 8 ：0 0 1 8 ：1 0 ，单位时间段内读3 个重复 数，取平均值。 2 3 数据处理 实验所测的土壤水势、植物水势、土壤容重、土壤含水量、照度、温度等指标均在野外 实验中测定，回到实验室，利用m i c r o s o f te x c e l2 0 0 3 与s p s s l 6 0 处理所得到的野外数据。 3 结果分析 3 1 不同群落状态下植物叶水势的动态变化 叶水势是一个影响植物许多生理过程的重要因素，是植物水分状况的最佳反映，也是土 i o 内蒙古人学硕一l 论文 壤水分能态和水分胁迫的反映。 3 1 1 恢复样地植物水势的动态变化 一般来说，叶片经过一夜的吸水，早晨时气温低，空气湿度大，这时叶水势最高，随着 太阳辐射的增加，气温升高，空气湿度下降，蒸腾作用加快，叶水势开始下降，到光照强度 最大时，气温最高，空气湿度最低，蒸腾作用最大，此时叶水势最低。由于根系吸水滞后于 蒸腾失水，叶片气孔会减小或关闭，产生午睡现象。当太阳辐射降低，温度下降，湿度上升， 叶水势回升。叶水势的这种日变化是由于植物蒸腾作用消耗水分的速率与根系供水能力的差 异造成的，不同物种叶水势日变化不同是由各自对水分的蒸腾消耗及根系供水能力不同造成 的。 刚搭建防雨棚时的降雨( 冰雹) 导致防雨棚内部土壤含水量不同。在7 月上旬、下旬分 别测定了恢复样地防雨棚内漏雨部分、未漏雨部分、防雨棚外植物的水势，由于防雨棚内未 漏雨部分面积很小，可供做实验用的植物株丛数仅能测定两期植物水势，所以仅于8 月上旬、 8 月下旬测定了恢复样地防雨棚内漏雨和防雨