沙柳光合和呼吸代谢时间动态的微空间异质性

Plant metabolic rate regularity of age contributes to understanding of the life activity declines with age. However, there has been no systematic research on Salix psammophila metabolic rate in each age. Moreover, the micro topographies were always ignored in plant metabolic regularity research in the past, which leading to the studying results failing in universal applicable. In this study, metabolic rate changes with the age will be analyzed on the basis of the on-site observation of the metabolic rate (photosynthesis and respiration rate) of 1-10 ages separately in four typical micro topographies - windward slope, leeward slope, between sand dune and semi-fixed sand. The contents of this study are: (1) to characterize the S. psammophila metabolic rate regularity along ages; (2) to reveal the difference of S. psammophila metabolic rate regularity along ages in different micro topographies; (3) to quantify the environmental factors effects on S. psammophila metabolic rate regularity along ages, and reveal the main effect factors. The expected results will not only enrich the theory basis of plant metabolism related research, offer a supplement for understanding of S. psammophila life activity declines with age in the aspect of physiological metabolism, but can contribute to a comprehensive solution for S. psammophila management according to local conditions.

植物代谢速率随年龄增长的时间动态规律，是掌握植物活性衰退规律的关键科学基础，然而目前并没有关于沙柳（Salix psammophila）代谢速率年龄动态规律的系统研究，且以往植物代谢规律相关研究往往忽略了植物所处的微空间环境，严重影响了代谢规律研究结果的普适性。本项目通过监测沙丘迎风坡、背风坡、丘间地以及半固定平坦沙地四种典型微空间条件下1-10年龄沙柳的光合、呼吸代谢速率，开展沙柳代谢的年龄动态规律的研究。研究内容主要包括（1）沙柳代谢速率的年龄动态规律；（2）沙柳代谢速率的微空间异质性；（3）沙柳代谢速率年龄动态的环境影响因素。预期结果不仅丰富了植物代谢相关研究的理论基础，弥补了以沙柳外在生长规律判断沙柳衰退的传统方法的片面性，更有助于全面掌握基于沙柳的生理活性的衰退规律，为因地制宜的进行沙柳经营管理提供理论支持。

项目背景：沙生灌木作为干旱半干旱沙区重要建群物种，其对环境的适应性响应直接影响了沙区植被的稳定性。沙区生境具有显著的时空异质性，在空间上，沙区微地形丰富多样，造成立地条件千差万别；在时间上，流动沙地的逐步固定改变了立地条件，然而，对于灌木生长及其生理过程在不同立地条件下的适应性响应规律，相关研究仍较为薄弱。.主要研究内容：（1）沙区多种立地条件下的沙柳种群及土壤特征；（2）沙区多种立地条件下的沙柳丛生枝光合呼吸代谢特征；（3）不同土壤水分条件下沙柳等典型沙生灌木生理活性响应；（4）沙区不同演替阶段灌木植物群落特征。.重要结果：（1）沙柳生物量积累及分配显著受沙丘微地形的影响，平沙地的生物量积累速率显著高于沙丘，叶片生物量分配比例显著低于沙丘，深层土壤含水率是造成生物量分配产生差异的最主要因素。（2）随着沙柳丛生枝条生长，丛生枝光合速率和呼吸代谢速率逐渐降低，即沙柳主要生理活性下降，这是沙柳生产力随生长年限下降的原因。（3）土壤含水率的降低将显著减小沙生灌木叶片气孔导度，并提高叶片温度，通过构建基于叶温的气孔导度预测模型可以高效监测沙生灌木水分亏缺状况。（4）随着演替的发生，沙生灌木种群逐渐呈衰退型年龄结构，衰退发生的原因是演替过程中结皮发育改变了土壤水分分布，进而导致油蒿幼苗萌发定植失败。沙生灌木通过调节繁殖分配来尽可能抵消结皮产生的负面影响，然而并没有对油蒿衰退产生根本性改变。.科学意义：本研究揭示了典型沙生灌木种群时空异质性的生理生态学发生机制和影响因素，基于本研究结果，未来可以通过人工手段调节土壤水分等环境因素，从而调整沙生灌木种群的生长状况，以实现沙区灌木人工林种群的稳定发展。.