摘要在全球气候变化的背景下,经常且广泛发生的干旱事件将对陆地生态系统的碳水循环造成重大影响。水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是生态系统碳水循环的基础,也是评估植被生长条件的关键生态指标。为了揭示柴达木盆地东部荒漠植被水分利用效率的分布规律,探讨水分利用效率的驱动因子,本文以格尔木、诺木洪、大柴旦、德令哈和都兰地区9种典型荒漠植物为研究对象,采用气体交换法测定不同植被的瞬时水分利用效率(Instantaneous Water Use Efficiency,WUEinst)和内禀水分利用效率(Intrinsic Water Use Efficiency,WUEi),并用δ13C值表示植物长期水分利用效率,通过皮尔逊相关分析、冗余分析等研究水分利用效率对植物生理生态因子和环境因子的响应特征。主要结果如下:<br> (1)δ13C值在生长季初期(6、7月)最大,之后逐渐降低,到生长季末期(8、9月)为最低值,但大柴旦和都兰样地的猪毛菜δ13C值变化趋势相反,在7月份达到最小值,之后逐渐升高,到9月份为最大值(P<0.05)。多数物种WUEinst和WUEi值在轻度干旱地区低于严重干旱地区。沙拐枣作为C4植物,其水分利用效率显著高于其他物种(p<0.05)。<br> (2)δ13C值与WUEinst和WUEi呈极显著正相关关系(p<0.05),且随降水梯度的变化大致相同,随降水量的增加呈波动下降趋势。因为δ13C值测试费用高且测试技术复杂,因此在δ13C值无法获取的情况下可用WUEinst:净光合速率与蒸腾速率的比值(A/E)或WUEi:净光合速率与气孔导度的比值(A/GSW)来代替。<br> (3)在柴达木东部地区气候干湿变化影响植物叶片功能性状,多数物种在湿润地区的δ15N、E、A、Ci、GSW、SLA值普遍高于干旱地区,LDMC、Pro、δ13C的变化趋势相反,其他指标随干旱梯度没有明显的趋势变化。随着干旱程度的缓解,土壤养分并未呈现出有规律的变化;随土层加深,STK、STN和STOC含量呈增加趋势,SS则相反。<br> (4)相关性分析表明水分利用效率与植物生理生态因子和环境因子存在显著相关关系。长期水分利用效率、WUEinst、WUEi与A、LTC、SS、GST、AI、PET、VPD为显著正相关关系,与δ15N、E、Ci、Chl、SLA、SWC、STP、STK、STOC、GSP为显著负相关关系。<br> (5)各影响因子对研究区植被水分利用效率的影响程度差异明显,冗余分析表明植物生理生态因素对水分利用效率的影响强于土壤和气候因素,分别解释了91.14%、35.64%、39.68%水分利用效率的总体变异,其中A、E、Ci是影响水分利用效率的主要植物生理生态因子;SWC、STP、STK、SS是影响水分利用效率的主要土壤因子;GSP、GST、AI、PET、VPD是影响水分利用效率的主要气候因子。其中Ci、A和STP对水分利用效率的影响最大,解释率分别为15%、10.8%和8.3%。<br> 综上所述,植物的光合生理特性、土壤的理化性质与气候指标等都会对水分利用效率产生影响,该研究结果对揭示荒漠植被应对缺水环境的生理生态机制具有重要的理论意义,为更加合理地配置荒漠生态系统内部资源、调整干旱区土地利用策略提供科学指导。
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