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草原深情(4) 精选

已有 4070 次阅读 2015-5-12 10:25 |个人分类:科考科研笔记|系统分类:科研笔记|关键词:草原,光合生态,中科院,定位站| 中科院, 草原, 定位站, 光合生态

第四阶段

持续推进 日积月累获嘉奖

(1991-1997年)

 

1991年进入第四阶段,其标志,一是研究重点由单子叶转入双子叶植物,二是参与人员和时间明显减少。此时,杨宗贵被任命为副站长,无法全力投入研究工作,参与测定时间与日俱减;而我参加其他课题的数量与日俱增,进行光合生态研究的时间亦明显缩减。其间,虽然与北农大联合培养的硕士生李艳君曾在站作毕业论文,但时间十分有限。因此,光合生态的研究步伐逐渐放缓。但是,研究仍在持续推进,范围有所扩大,并试图跟踪生态学研究热点,开展大气二氧化碳浓度升高对草原植物光合生态特性影响的研究。现逐年摘要记述如下。

1991年,按照计划开始测定蒿、扁蓿豆和木地肤的光合生态特性。但是,没想到这年又遇春旱,6月中旬到站时,发现去年移栽的样品扁蓿豆和木地肤全部死亡,冷蒿也奄奄一息,真是飞来之灾。哀叹站上爽约,未给浇水,心情闷闷不乐。事已至此,多言无益,只好改变计划,立即重新移栽,将其测定推后。接着,标定GXH-201型红外仪,发现标准气钢瓶漏气,无法进行标定,只得继续使用去年标定的终点及其数值进行测定和计算。随后连接气路,在同化室之前加入流量计,以便随时观测气封量,并分别使用单子叶叶室和双子叶叶室研究了植物光合速率与流量、气封量的关系。

7月上旬,开始测定土壤水分足充下冷蒿枝条营养期的光-光合速率、温度-光合速率、温度-暗呼吸速率,以及光合作用对光的反应速度;中旬,开始测定土壤水分足充下扁蓿豆和木地肤枝条的光-光合速率、温度-光合速率和温度-暗呼吸速率。其后,按生育期测定,直至结实期。除此之外,对单子叶植物进行了补测,包括:(1)不同生育期老芒麦的土壤水分-光合速率;(2)土壤干旱条件下冰草的温度-光合速率和温度-暗呼吸速率;(3)土壤水分充足和干旱下羊草和大针茅的温度-暗呼吸速率;(4)不同土壤水分条件下老芒麦的气孔传导率;(5)羊草、西伯利亚羽茅、无芒雀麦、山葱、马蔺5种植物气孔传导率和蒸腾速率日进程。

这一年,红外仪读数依然时有不稳。其原因大都源于气路漏气,而漏气主要是通气不畅所致。气流受阻出现在五个环节:三通活塞堵塞,干燥剂过于紧实,干燥瓶下方棉球吸水泡饱和,加湿器调节处存水,叶室出口管道积水。排除后,即可继续测定。

此外,发生过几次故障:(1)总插座过热自燃,予以更换;(2)久用之气泵,泵速不稳,换上备用泵;(3)发电机年久失修,表头损坏,导致电频率不稳,进行检修。

该年停电次数较少,但由于当地农业用电量较大,所以电压常常突变,导致红外仪零点经常变化和读数不稳,给测定带来一定影响。晚间用电者少,电压和电频均比较稳定,测定比较顺畅。

7月上旬,游达来诺尔湖。该湖有“草原明珠”之称,位于克什克腾旗西北部。湖周景观多种多样,草原、湿地、山地、丘陵、沙地齐全。湖西北金界壕绵延不断,湖东北贡格尔草原碧绿如毯,湖东南曼陀山屏障兀立,湖西南浑善达克沙地雄浑浩瀚。极目遥望,青山碧水、蓝天白云,渺无人烟;候鸟飞翔,雀跃争鸣;群鱼遨游,时隐时现;景色绚丽、令人流连。观赏良久,方依依离去。之后,经砧子山,到噶松山微波站参观。

8月份,中国农业电影电视中心马萃祥、辛胜利等四人,携带全套录像设备,来站录制节目,以反映草原站近年取得的成果和工作场景,其中包括光合测定,大约20天。8月下旬,中顾委委员韩林夫等来站视察。9月上旬,美国科学院长期网络研究代表团来站参观。

本年在站期间,抽空完成了《羊草光合生态特性》(专著《内蒙古羊草草原生态系统及其持续发展》的其中一章)和论文摘要《The effect of moisture onphotosynthetic characteristics of A.chinense》(为第17届国际草地会议提供)。

1992年,决定跟踪当时生态学研究热点,开始研究大气二氧化碳浓度升高对草原植物的影响。囿于实验条件,计划首先研究测定条件下二氧化碳浓度倍增对羊草、大针茅光合速率的影响,然后逐步建立植物生长在高二氧化碳浓度环境下的设备。

6月下旬到站,用新购的2瓶二氧化碳标准气标定GXH-201型红外仪,运转正常。但标准流量计的气咀,全部外借未还,无法校准流量。接着测定扁蓿豆的光-光合速率和老芒麦的光-光合速率。月底,红外仪读数突然剧烈变动不定,达100-300ppm,查找不出原因,说明书也不翼而飞;估计是年久失修,线路板出现问题。不得已,决定改变计划,研究“不同密度天然羊草种群结构及其光照分布”。立即前往站北,选择密、中、稀三种羊草种群作为样地。7月上、中旬,分别在晴天与阴天,分层测定光强及其叶面积指数等。并穿插研究草原植物群落叶面积的适用测定方法,所选材料包含线形、披针形、椭圆形、圆柱形、锯齿形、三出复叶、羽状复叶、浅裂和深裂形等叶形形形色色的植物。

这一年,我与姜恕将以往的研究成果汇总,写出请奖材料“内蒙古典型草原群落和植物光合生理生态特征研究”,由植物所主持申报。

1993年,6月下旬到站,为GXH-201红外仪换上修好的电路板,仪器运转正常。又发现二氧化碳钢瓶与减压阀的螺丝扣不匹配,造成接口处漏气,无法进行差值标定,不得不再次改变计划,启用GGD-07型红外仪,测定土壤水分充足与干旱条件下二氧化碳浓度倍增对羊草光-光合速率的影响,以及土壤水分充足和干旱条件下羊草的二氧化碳-光合速率。此外,还测定了4种土壤水分条件下老芒麦的气孔传导率日变化以及羊草、无芒雀麦、西伯利亚羽茅等植物不同叶位叶片及山葱、马蔺叶片不同部位和叶片正反面的气孔传导率。

这一年,拟与北农大联合培养的硕士生李艳君来站。期间,给其讲解光合测定装置及光合和气孔计的测定方法,并跟班实习;确定其毕业论文题目为“新麦草和羊草光合生态特性的比较研究”。

7月中旬,在瓦盆播种新麦草和羊草,各15盆,用宿根种植新麦草12盆。7月上旬,在减压阀漏气的情况下,强行标定GXH-201型红外仪,并测定老芒麦的光合速率,刚刚测定半小时,红外仪的读数便固定于225ppm;换上另一块线路板,还是不行,只得仍用QGD-07型红外仪继续测定。接着,用纯二氧化碳钢瓶和空气压缩机储气罐,配制浓度为680-700ppm的二氧化碳气体,储存于气袋之中。但由于QGD-07型红外仪为非差动式,所以测定速度缓慢、精度较低。回京时,将GXH-201型红外仪运回北京修理。

这一年,向中科院报送材料《内蒙古典型草原植物群落及个体植物光合生理特征研究》,申报成果奖。去年申报的《内蒙古典型草原植物及其群落的光合生理生态特征》,获中科院自然科学奖三等奖。7月初,前往牧场八分场西大沟,参观“八五”草地畜牧业优化模式课题的种草试点。

1994年,7月中旬到站。修理好的GXH-201红外仪读数稳定。按照计划,今年主要由李艳君测定,内容以其硕士论文为重点,测定新麦草和羊草光合速率与光强、气温、土壤水分和叶片含水量的关系,及其在二氧化碳浓度倍增下光合速率与光强和气温的关系。测定前,给小李详细讲解了光合测定中常见问题。

经过反复实验,配制一定浓度二氧化碳气时,可用空气压缩机的储气罐数与纯二氧化碳钢瓶注入的二氧化碳流量与时间来调控。

这一年,红外仪未出故障。主要问题,一是停电较多,二是气路漏气。漏气多发生在干燥瓶中,或因无水氯化钙过于紧实,或因下部棉球太湿,造成气流不畅所致。

1995年,7月中旬到站,发现新麦草全部死亡,去年种植的羊草被人从瓦盆中倒出,用来配制高浓度二氧化碳的小空压机被运回北京,大空压机的三相四孔插头被盗,因此无法配制高浓度的二氧化碳,原定测定二氧化碳浓度倍增对羊草、大针茅光合速率的影响无法进行。无可奈何,只得又一次改变计划,转为测定双子叶植物的光-光合速率,材料有:扁蓿豆、木地肤、多叶棘豆、阿尔泰狗娃花和防风等。

7月下旬,购买到了空压机的三相四孔插头,配制高浓度二氧化碳气体,开始测定大气二氧化碳倍增对土壤水分充足条件下大针茅光-光合速率的影响。但由于需在8月初赶赴西宁,参加“第二届全国高原植物生理生态及应用开发讨论会”,只得草草收摊回京。途径锡林浩特时,恰遇举行那达慕大会,机会难得,前往一观

1996年,6月中旬杨宗贵再次移栽大针茅和扁蓿豆各9盆、木地肤6盆。我7月上旬到站,动物所啮齿动物组的周庆强,正在利用GXH-201型红外仪测定鼠类啃食牧草对其光合速率的影响,我借机进行准备工作。

7月中旬开始测定,GXH-201型红外仪读数不稳,难以读数。反复查找原因,发现每当切光马达发出“吱吱”声时,读数就乱跳不止,估计又是电路出了毛病。只好将原测定车上的ASSA-1610型红外仪搬到实验室,进行标定,正常。陆续测定了木地肤、扁蓿豆、斜茎黄芪、多茎野豌豆、防风、灰绿藜、冰草等植物的光-光合速率,以及斜茎黄芪光合速率对光的反应速度。该年停电次数较多,有时自己发电。

这一年,到草原站考察参观者特多,有植物所的基建办、工会、共青团员,动物所的科研处、科研人员,还有中国农科院草原所和内蒙古畜牧科学院、新西兰梅西大学农学院、中美合作考察组、日本草地学家和土壤动物专家、澳大利亚的农学家、草地自然保护科学工作者和Bookmark生物圈保护区、德国和俄罗斯土壤学家,等等。

9月下旬,以秦大河为首的中科院开放实验室(站)检查评议组,一行13人到站,进行了为期3天的实地考察、听取汇报和分类座谈,指出存在的主要问题是,青年人才数量和质量不足,研究成果与推广之间缺少中介;希望加强管理,突出研究重点,课题相对集中,加强梯队建设。不日,离站回京,并将GXH-201型红外仪运回修理。

1997年,6月中旬杨宗贵到站,标定GXH红外仪,动物所周庆强继续去年工作,测定鼠类啃食牧草对其光合速率的影响。我7月中旬到站,安装配置二氧化碳浓度的装置,连接配气系统,配制高浓度的二氧化碳气体。标定QGD-07型红外仪,用其测定大气二氧化碳浓度。而后,检查光合测定系统,发现气路系统没有接入计量气封量的流量计,且进入红外仪的空气和样气管接反。重新连接,开始测定,气泵极不稳定,流量变化大,修理后的GXH-201型红外仪读数虽然稳定,但零点飘移较大。先后测定了黄花苜蓿、华北岩黄芪的光-光合速率、二氧化碳倍增对羊草、大针茅光-光合速率的影响及长时间测定时光合速率的变化。7月下旬,连连停电,为不间断测定,有时自己发电。

这一年,大气所吕达仁主持的国家自然科学基金重大项目“内蒙古半干旱草原土壤-植被-大气相互作用”在草原站实施,我与陈佐忠的博士后崔骁勇一起承担“草原植物群落叶面积指数动态和光合生态特征”专题。7月下旬,与小崔商讨明年研究计划与博士后论文之事。8月初,开始准备测定样品和测定装置。

测定样品来自天然草原。栽植时,租用来喜儿的拖拉机搬运。有一次,在返回途中,小崔坐在拖拉机大车轮上面的右侧挡板上;过锡林河桥之后,感觉有些异样,遂叫停车检查,发现车轮固定螺丝松动,如若再颠簸几下,极可能脱落,不禁愕然,随之释然。经过一番周折,先后移栽了沙蒿群落、羊草群落、冷蒿群落、克氏群落和大针茅群落,五类样品。

测定装置采用光合测定车。该车已多年没有使用,其上的红外仪、空调等均已卸下。在夏文德的协助下,修好了车窗、车用空调。找出管道,试行安装,发现已残缺不全,缺少分路管道、螺形软管、固定螺丝、同化箱罩、标定微风速仪等,有待购买补齐

翌年准备工作结束之后,再次用GXH-201型红外仪测定大针茅二氧化碳倍增下的温度-光合速率,零点飘移仍旧较快,更换元件板再试,依然无效,只能将其运回北京。该仪器已经服役14年,为研究做出了重大贡献;但近年来,零件老化,故障频发,已该退出历史舞台,如何更新换代,尚是悬念。事有凑巧,就在当年,中科院生态系统网络统一订购的CI-301PS型便携式光合作用测定仪和CI-203型光电面积仪到货。令人喜出望外,真是雪中送炭,这预示着研究工作即将进入一个新的阶段。

由上可见,1991年是研究高峰之年。工夫不负有心人,经年累月,积水成渊,有幸获得了中科院的自然科学奖。其后由盛而衰,成果渐少。

本阶段的成果如下:

(一)学术论文

1.扁蓿豆、冷蒿和木地肤枝条净光合速率与光照关系的动态特征(草地学报)

2.温度对不同生育期冷蒿枝条净光合和暗呼吸速率的影响(草原生态系统研究,第5集,科学出版社)

3.草原植物叶片光合速率测值与叶室气封量和流量关系的研究(草原生态系统研究,第5集,科学出版社)

4.不同密度的羊草种群结构及其光照分布的研究(草地学报)

5.测定草原植物群落叶面积的适用方法的研究(草原生态系统研究,第5集,科学出版社)。

6.空气CO2浓度倍增对典型草原植物光合生态特性的影响(1)测定条件下CO2浓度倍增对羊草光合作用的光温生态特性的影响。(科学网博客)

7.空气CO2浓度倍增对典型草原植物光合生态特性的影响(2)测定条件下CO2浓度倍增对羊草和大针茅光-光合特性的影响(科学网博客)

8.22种草原植物光合速率与光辐射关系的比较研究(科学网博客)

9.大气CO2浓度增高对植物光合速率影响研究中的困惑与无奈(科学网博客)

10.新麦草和羊草光合生态特性的比较研究(李艳君硕士毕业论文)

11.草原植物光合生理生态研究(中国草地)

(二)学术会议

1.The effect of moisture on photosyntheticcharacteristics of A. chinense(《第17届国际草地会议》论文摘要)

2.大气二氧化碳倍增对羊草和新麦草光合生态特性的影响(《第二届全国高原植物生理生态及应用开发讨论会》论文摘要)

3.大气二氧化碳浓度倍增对草原植物光合生态特性的影响(《地表植被温室气候监测学术研讨会》)

(三)网络数据集

为中国生态系统台站网络数据库提供历年光合测定数据资料,共50个数据集。为草原光合生理生态研究积累了第一批宝贵的原始资料(中国生态系统网络数据目录,气象出版社)

(四)自然科学奖

内蒙古典型草原植物及其群落的光合生理生态特征》获中科院1993年自然科学奖三等奖。这项研究的特色与贡献是:在自然和人工二种条件下,在群落、个体和叶片三个不同而又相互联系的层次上同时开展研究;比较系统地研究了光合速率与土壤水分、光照、大气温度、湿度、二氧化碳浓度,以及刈割、氮素和植物生长调节剂等各种生态因子的定量关系;比较深入地探讨了草原植物光合作用日进程和季节动态,及其光合午间降低的内因和外因,揭示了草原植物光合生产过程;为划分草原植物类型提供了定量指标;为提高和预测草原第一性生产力提供了科学依据;开创了我国草原光合生理生态学研究领域,对发展草原生态学具有重要意义。同行专家的评价为:“填补了我国在这一研究领域中的空白”;“为我国草原光合生理生态学研究奠定了基础”;“为C3植物的光饱和点理论做了重要补充”;“对光合与生态因子关系的定量表达有重要发展”。




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