植物水分利用策略研究进展综述

植物水分利用策略研究进展综述

刘珏杉

（云南师范大学，云南　昆明　６５０５００）

本文主要介绍了基于稳定同位素技术的植物水分利用策摘要：

略研究现状，通过植物水分利用效率（WUE）以及植物水分来源来体现不同植物在不同环境下水分利用策略的差异，为今后的研究工作更好开展做出指示。

植物水分利用效率；植物水分来源；稳定同位素技术关键词：

植物水分利用策略是遗传机制与环境适应共同作用的结果。

植物的光合途径，寿命长短，发育阶段以及生命形式是决定植物现利用浅层地下水和深层土壤水的香叶树的ＷＵＥ比生长在石面生境的掌叶木要低，他们解释为稳定的水分来源会使ＷＵＥ较低，适度干旱会提高ＷＵＥ。杜雪莲等［８］也认为，石漠化样地土层浅薄且持水性低植物受到严重水分胁迫导致其δ１３Ｃ值显著高于非喀斯特土山植物的δ１３Ｃ值。在杜雪莲［９］等对黔中喀斯特石漠化区灌木水分来源的分析中发现，常绿灌木火棘（Ｐｙｒａｃａｎｔｈａ　ｆｏｒｔｕｎｅａｎａ）在轻度、无石漠化样地同时利用土壤水和表层岩溶带水，但在中、强度石漠化则多利用土壤水。

水分利用效率（ＷＵＥ）的内在因子［１］。而植物所在生境的气温、

湿度、ＣＯ２浓度、

光照以及土壤养分是影响ＷＵＥ的外在因子［２］。例如，黄建辉等［３］在研究不同生境间红树科植物水分利用效率时发现，不同地区（以海南为例的沿海地区和以西双版纳为例的内陆地区）的红树科植物δ１３Ｃ值有着显著差异，以海水中生长的红树科植物δ１３Ｃ值较高。这说明同种植物会根据生境不同呈现出不同响应和适应机制。

因此，不同植被恢复阶段的同种植物往往也有着不同的用水策略以及ＷＵＥ。研究证明，碳同位素比率δ１３Ｃ与ＷＵＥ呈正相关，可作为研究植物水分利用效率的可靠指标。而利用稳定氢、氧同位素建混合模型，则可较为精准地分析植物水分来源，捕捉植物周围的环境信息。

１　植物水分利用效率研究进展

陈拓［４］等在天山北麓的阜康荒漠站对植物叶片碳同位素组成的研究中发现，干旱可使植物δ１３Ｃ值提高。灌木叶片δ１３Ｃ值明显高于草本叶片，这表明灌木更能适应缺水环境，其中豆科、藜科和禾科能较好地应对干旱胁迫，用水效率较高。在对桂西北岩溶坡地进行的研究中，谭巍等［５］得到的结论，与上述一致，其认为在植被恢复的过程中选择灌木可以改善干旱现状。但同时还提出，季节性降雨会对植物δ１３Ｃ值产生影响。在我国岩溶地区，植物在旱季通过气孔，以降低生长速率为代价提高用水效率。在水分充沛的雨季，随着降雨量增大，ＷＵＥ值则有所下降。这种季节性降雨变化一般对浅根植物影响较大，而对深根植物影响较小。因此，旱季与雨季的对比中，灌丛δ１３Ｃ值往往明显高于人工林与次生林，而在雨季，３个演替阶段的植物δ１３Ｃ值差异不显著。

曹生奎等［６］在黑河流域的额济纳荒漠绿洲的研究中认为，气孔调节着ＣＯ２、营养物、水分在植物中的含量，从而影响到ＷＵＥ。随着气温升高，胡杨气孔导度有增大趋势，但当气温到达某一临值时，为减少水分丢失，部分气孔关闭，气孔导度有所下降，δ１３Ｃ值提高，长期水利用效率得到上升。

２　植物水分利用来源研究进展

水分状况是研究植物水分利用效率的重要因子。一般情况下，降水量大的区域多生长浅根系植物，主要利用浅表层以及浅层土壤水。降水量低的区域，植物则倾向于利用深层土壤水或地下水。因此，植物根系在地下的生长位置以及形态特征一定程度上决定着植物用水策略。季节性降雨往往对浅根系植物δ１３Ｃ值影响较大，ＷＵＥ的季节差异性大。深根系植物有稳定的地下水来源，ＷＵＥ相对较稳定。

在研究水分来源的过程中，邓晓琪，容丽等［７］在实验中发

1城市地理

３　讨论与展望

在研究ＷＵＥ的过程中，多数文献着重于讨论环境因子对于ＷＵＥ影响，忽略了植物生理过程和对叶片结构的分析，例如在遭遇干旱胁迫时植物自身的调节和抗逆机制。

在研究尺度方面，多数研究只针对小范围局域和特定的几个物种，没有对于整个群落或者生态系统的一个综合性的研究［９］，由于植物生理机理和环境变化的复杂性，使得ＷＵＥ的影响因子以及植物水分来源在种间和种内时空变异性较大［１０］，因此这些局域研究代表性和普适性不强。

参考文献

[1] 殷树鹏，张成君，郭方琴，等．植物碳同位素组成的环境影响因素及在水分利用效率中的应用[J]．同位素，2008，21(1)：46—53．

[2] DAWSON T E，MAMBELLI S，PLAMBOECK A H，et a1．Stable isotopes in plant ecology[J]．Annual Review of Ecology and Systematics，2002，33：507—559．

[3] 黄建辉，林光辉，韩兴国. 不同生境间红树科植物水分利用效率的比较研究[J].植物生态学报，2005,29（4）:530-536.

[4] 陈拓,冯虎元,徐世建,等. 荒漠植物叶片碳同位素组成及其水分利用效率[J].中国沙漠，2002,22（3）：288-291

[5] 谭巍，陈洪松，王克林,等.桂西北喀斯特坡地不同演替阶段典型植物碳同位素组成差异[J].生态学杂志，2010,29（9）：1709-1714

[6] 曹生奎,冯起,司建华,等. 极端干旱区胡杨生长季水分利用效率变化特征研究[J].中国沙漠，2012,32（3）：724-729.

[7] 邓晓琪 ,容丽,邓晓霞.喀斯特区植物水分利用研究[J].无线互联科技151-152.

[8] 杜雪莲,王世杰,葛永罡,等. 喀斯特石漠化过程的植物叶片δ13C值变化及其环境分析[J].自然科学进展.2008，18（4）：413-423.

[9]杜雪莲，王世杰,罗绪强. 黔中喀斯特石漠化区不同小生境常见木本植物水分来源特征[J].长江流域资源与环境，2015,24（7）：1168-1176.

[10] 李荣生，许煌灿．植物水分利用效率的研究进展[J]．林业科学研究，2003，16(3)：366—371．

[11] 高丽楠，张宏.高原草甸植物水分利用效率研究进展[J].草业与畜牧，2008，3:1—5.

作者简介：刘珏杉（1992-），女，汉族，四川富顺人，硕士研究生，

云南师范大学，喀斯特环境与水资源。