摘要
随着黄土高原地区退耕还林实施以来，该区的生态环境得到了显著改善，植被覆盖率明显上升，其中乔木林以经济林苹果和生态林刺槐较为明显。然而大面积种植的苹果和刺槐也带来了新的生态问题，如土壤干化、植被退化等。而在全球气候变暖的背景下，随着气温的升高和水资源消耗量的增加，再加上黄土高原地下水储量小且深，降水补给不足，水逐渐制约着植物的生长。为了进一步评价和预测植被恢复的可持续性，必须研究区域水分利用效率及对环境的响应。本文以黄土高原22个采样点的苹果和刺槐叶片和年轮为研究对象，基于稳定碳同位素技术，通过野外取样和调查，室内试验，数据统计分析等方法，分析不同人为管理措施（施肥管理、修剪管理、杂草管理、种植措施和土壤覆盖措施）对苹果和刺槐WUE的影响，通过相关性分析等方法分析苹果和刺槐WUE对不同气候（降雨、温度、日照时间、相对湿度、水汽压和SPEI等）的响应和主控因子及在不同气候区的差异。得出以下结论： （1）基于稳定碳同位素技术分析苹果和刺槐WUE的差异中发现，苹果WUE大于刺槐叶片WUE，且苹果、刺槐年轮WUE结果表现于叶片WUE一致；苹果和刺槐植物叶片WUE的频率分布表现为：95%的刺槐叶片WUE分布在3.0-4.66mmolCO2/molH2O之间，95%的苹果叶片WUE分布在3.22-5.36mmolCO2/molH2O之间，刺槐叶片WUE值的分布整体较苹果叶片WUE值更低；合理的施肥管理、修剪管理、杂草管理、种植措施和土壤覆盖措施可以通过影响土壤养分，光合速率和蒸腾速率等，不同程度的提高植物WUE；因为苹果受人为管理因素较多，大多都维持着高WUE，而刺槐缺少人为管理，WUE受环境影响变化较大，易出现极大值和极小值的现象。所以黄土高原要加强对刺槐林等乔木林的精细化管理，适当增加人为管理措施以提高其WUE，保持合理的种植密度和结构，适地适树，进一步推动退耕还林工程的可持续发展。 （2）黄土高原整体上西北降雨少，温度高，较为干旱，东南降雨多温度低，所以苹果和刺槐WUE也呈现出西北高，东南低的特点；在叶片WUE对气候因子响应的分析中发现，叶片WUE与日照时间呈显著正相关关系，与降雨、温度、相对湿度、水汽压和SPEI呈显著负相关关系，苹果叶片WUE与海拔呈显著的正相关关系，刺槐叶片WUE与海拔的关系不显著；同一植物半干旱区的叶片苹果和刺槐WUE均高于半湿润区的叶片WUE，其中半干旱区苹果叶片WUE比半湿润区苹果叶片WUE高12.5%，半干旱区刺槐叶片WUE比半湿润区刺槐叶片WUE高6.4%；影响苹果和刺槐叶片WUE的主要气候因子是日照时间、相对湿度和降雨，其WUE变化的解释度分别为26.9%、16.7%和6.8%；所以黄土高原要注重植物WUE的变化差异，适地适树，要充分考虑当地气候因子。 （3）在苹果和刺槐年轮WUE对气候因子响应的分析中，延安和长武的降水增加，空气湿度增加，苹果年轮WUE随着时间呈显著下降趋势，刺槐年轮WUE随时间变化不显著；苹果和刺槐年轮WUE的气候分区差异与叶片WUE相似，均为处于半干旱地区的植物WUE大于处于半湿润地区植物WUE，其中半干旱区苹果年轮WUE比半湿润区苹果年轮WUE高3.13%，半干旱区刺槐年轮WUE比半湿润区刺槐年轮WUE高1.2%；与月尺度气候的相关性中，位于半干旱地区延安的树木年轮WUE比处于半湿润地区长武树木年轮WUE响应更为明显，且刺槐年轮WUE与月尺度气候的相关性比同地区苹果年轮WUE更为明显；与年尺度气候的相关性中，其基本与叶片WUE对气候的相关性一致；但不同地区影响年轮WUE的主要气候因子存在差异，主要影响延安苹果和刺槐年轮WUE的分别是日照时间和降雨，相对湿度对长武苹果和刺槐年轮WUE的影响更显著。 本研究对黄土高原植物WUE的研究进行了扩充，能够为认识中国黄土高原地区植物WUE及其对气候变化的响应提供参考，为该地区提高WUE，乔木林管理的精细化、科学化以及可持续发展提供决策建议，进一步推动黄土高原退耕还林的可持续发展。
NETL