中国北方农牧交错带c3草本植物δ13c与温度的关系及其对水分利用效率的指示

由于植物稳定碳同位素组成(δ13c)综合反映了植物光合过程中c、h2o交换的信息,因而从理论上讲它可以作为植物长期水分利用效率的潜在指标,并揭示与植物生理生态过程相联系的一系列气候环境信息。通过对中国北方农牧交错带400mm等降水样带上28个科的118种c3草本植物叶片δ13c值的测定,探讨了c3草本植物δ13c和水分利用效率(wue)对环境温度梯度变化的响应以及气候环境因素对其产生的影响,揭示了样带控制植物δ13c变化的主要环境因子。结果显示:在400mm降水带上c3植物δ13c分布区间为-31.5‰-23.0‰,平均值为-27.6‰,分布范围与黄土区干旱-半干旱区c3草本植物一致。整体c3植物δ13c随年均温度和夏季均温升高分别变重0.14‰/℃和0.27‰/℃,指示植物wue随大气温度升高而增加。但这仅是一种表象,温度与植物碳同位素的这种关系实质上是温度升高导致的土壤相对湿度(或湿润指数)降低造成水分胁迫进而影响植物碳同位素分馏的结果,植物可利用的有效水分是本样带植物碳同位素分馏的控制因子。5种c3广适性植物δ13c均随温度升高而变重,但变化幅度不同,而且它们之间平均δ13c值有显著差异,表明不同物种的水分利用状况对温度的响应不同,说明不同物种有不同适应环境变化的策略。此外,本结果还显示不同寿命的草本植物δ13c值以及用碳同位素表征的wue表现出多年生草本>2年生草本>1年生草本(可能与不同寿命草本植物的根系分布和吸水能力有关),这与ehleringer等在沙漠地区研究的结果一致,而与湿润气候区的结果相反,表明不同寿命的草本植物δ13c值和wue的变化可能与当地水分条件有关。