基于气候空间上限列线的栓皮栎幼苗高温叠加干旱胁迫机制研究

In arid and half-arid regions, improving site condition is favorable for vegetation restoration. The key study of increase the seedling survival rate of Quercus variabilis afforestation on difficult field is to explore and ameliorate the limiting factors of high temperature, drought stress, and their together stress. The latest research shows high temperature and drought leading to high leaf temperature needs to be pay more attention to. Combined with the previous work, this research will put forward climate space theory to determine leaf-temperature index led by high-temperature-drought and the upper limit lines of climate space of Quercus variabilis seedling, analyze the stress mechanism; the applicants use the shadow of Vitex negundo to adjust Quercus variabilis seedling to appropriate climate space and survive the stress periods. To achieve the target, the project uses chlorophyll fluorescence parameters to determine high temperature drought leaf-temperature index and uses the leaf-temperature index on the upper limit lines of climate space of Quercus variabilis seedling to analyze high temperature drought stress degree and assess the habitat. The project then measures and analyzes the upper limit lines characteristic of climate space of Quercus variabilis seedling under vitex negundo's shadow in Taihang mountainous region at the hillside towards south; judge the high temperature drought stress difference between with and without vitex shadow; searching for the Vitex nursing way of Quercus variabilis afforestation. The project includes theory study of leaf temperature index and climate space and afforestation practice. The project is meaningful because it develops the Forestry Meteorology theory, and explores the suitable way of vegetation restoration.

干旱半干旱山区改善立地条件能加快植被恢复，探索栓皮栎造林的瓶颈-幼苗的高温、干旱胁迫及其解除，是实现人工干预、提高困难地造林成活率的关键研究。最新研究表明，高温叠加干旱导致叶温过高值得关注。结合前期工作，申请者提出用气候空间理论，确定栓皮栎幼苗高温干旱胁迫的叶温指标和气候空间上限列线图，分析胁迫机制；利用荆条灌丛的庇护作用调整幼苗进入适生气候空间，渡过造林瓶颈期。为达到以上研究目标，本项目拟用叶绿素荧光参数确定高温干旱胁迫的叶温指标，并将叶温指标反映在气候空间上限列线图中，以实现对高温干旱胁迫程度的分析和对生境的评判，然后进行太行山阳坡荆条灌丛下栓皮栎幼苗生境气候空间上限特征监测与分析，评判有无荆条庇护这两种生境的高温干旱胁迫差异，探寻荆条灌丛庇护下栓皮栎造林的途径。本项目既有叶温指标和气候空间理论研究又有栓皮栎造林的实践探索，对丰富和发展林业气象理论，探寻人工干预植被恢复途径有重要意义。

本项目从生物质传热学理论出发，从植物与环境传热的辐射平衡、对流换热、潜热交换的热平衡角度研究植物叶片叶温的形成；依据气候空间理论分析栓皮栎幼苗受环境胁迫的高温叠加干旱复合指标问题，在植物逆境阈值的变化规律和降低胁迫的措施上取得了研究进展。主要完成了以下研究成果：.1）研究确定了栓皮栎幼苗高温叠加干旱胁迫的叶温指标；完成了不同季节栓皮栎叶片对高温胁迫的耐受力试验；基于已完成的多个叶温试验和数据资料，从植物能量生态角度对叶温形成因子进行了分析；完成了栓皮栎幼苗蒸腾特征的试验，并应用能量分析方法确定了非水分亏缺基线和无蒸腾基线，完善了栓皮栎幼苗的土壤水分诊断方法。.2）试验研究了土壤不同干旱状况下的气候空间上限列线，得出了高温叠加干旱的上限列线规律,和不同风速下的高温列线。.3）研究了荆条灌丛下遮阴状况、栓皮栎幼苗的光合性能、出苗率、死苗率和生长状况，得出了荆条灌丛对栓皮栎幼苗具有保育效应，并能提高其成活率的结论。由于荆条灌丛和栓皮栎幼苗生长的基本状况等研究缺乏，增加了关于荆条灌丛的生长动态、叶面积指数和透光率的研究，同时对荆条灌丛荫蔽下的栓皮栎幼苗的叶绿素荧光参数的变化状况也进行了研究；进行了高温时段荆条灌丛下及无荫蔽对照的栓皮栎幼苗叶温监测和试验，研究了荆条降低叶温的保育效应。为提高人工造林成活率提供科学依据。.研究探索中发现了两个问题：1）逆境阈值并不是一个定值，而是土壤干旱、强光、高温、空气干燥和风等5环境因子协同胁迫的立体边界。2）栓皮栎幼苗受胁迫而生长受阻或死苗，可能与幼苗的生长期中某关键期与环境逆境条件叠加有关。提出了进一步试验的设想：即进行0-2年生栓皮栎幼苗生长动态与环境因子平行观测，以确定关键期，为造林生产提供指导。