1引言
1.1研究目的及意义
黄土高原是我国水土流失最严重的地区，该地区光照较强，降雨特征表现为干旱少雨且时空分布不均匀，常集中为夏季几场暴雨，而黄土物质疏松，具垂直节理，易遭受侵蚀，再加上长期以来人为破坏植被，在长期流水侵蚀下地面被分割得非常破碎，形成沟壑交错其间的塬、墚、峁，而这样的地貌又更容易被侵蚀，生态环境愈加脆弱，治理难度较大。为防治区内的水土流失，改善当地生态环境，长期以来开展了以植被恢复为主的生态环境建设，而黄土高原特有的地形地貌、气候、土壤等现实条件，要求生长在该地区的植物有较强的耐旱性、较高的光合能力以及较强的固持水土的能力。
光合作用是植物吸收阳光的能量，同化二氧化碳和水，制造有机物质并释放氧气的过程，是植物生长和物质累积的基础，光合作用除了为地球生命提供有机物质以外，还和环境生态问题密切相关，尤其是目前倍受关注的"温室效应"；植物的蒸腾作用是植物运输水分和营养物质的动力，但也会引起过分的水分消耗，在黄土区干旱缺水的背景下，针对植物本身展开植物用水有效性研宄，提高单位蒸腾水的生物产量，即提高植物本身的水分利用效率，这是半干旱区造林的核心问题（王会肖等，2003)。本文依托十一五国家科技支撑"黄土高原半湿润区水土保持植被恢复技术试验示范"项目，以刺槐、油松和侧柏为研究对象，通过测定三种树种的光合、蒸腾等生理因子，比较三种树种在黄土高原的适应能力以及水土保持性能的优劣，并对其环境适应性进行评价，以期为黄土高原水土保持植被的恢复与重建提供理论依据。
1.2国内外研究现状与发展趋势
1.2.1植物光合作用研宄
光合作用是地球上生命存在和发展的根本源泉，被称之为"地球上最重要的化学反应"。对光合作用的研究始自1727年英国自然学家Stephen Hales首次提出植物生长与空气的关系（沈允钢，2000)。三百多年以来，学者们对植物光合作用的原料、反应过程、功能机理以及与影响因子的关系等方面做了大量研究，对光合作用己经有了比较深入的认识（殷宏章，1976)。晋西黄土区主要水土保持树种光合和蒸腾特性研究
1.2.1.1植物光合作用研究方法
光合速率W是能反映出植物光合作用的重要特征，是目前植物生理叶片尺度研究中的重要内容。光合速率可以包括反应物的反应速率和生成物的生成速率，不同光合速率的测定方法也不同：叶片吸收C02的速率，主要有PH法、同位素法和红外线气体分析法。有机物的积累速率，主要有半叶法、植物生长分析法；释放的速率，主要有瓦氏呼吸、吉尔森呼吸和化学滴定法、氧电极法等（李少昆，2000)，下面介绍几种应用广泛的方法。
2研究区概况和研究方法
2.1.1研究区概况
区位于吕梁山南端山西省吉县蔡家川流域，属于黄土高原残塬沟壑区和梁峁丘陵沟壑区，该流域是黄河的三级支流，地理坐标为110°39'45"?110°47'45"E，36。14'27"?36°18'23"N。流域面积37.57km2，主沟全长12.15km，南北最大宽度约7km，海拔为904m~1592m之间，最大相对高差688m。
2.1.2地形地貌
该区域位于吕梁山西侧，地层主要为二叠系以后的陆积沉积，基岩为古生界的红色砂岩。露头地层形成较晚，没有煤炭和其它矿藏露头，表面是第四系上更新纪风积黄土，在风积黄土下部为第三纪红土地，黄、红土厚共达数十至百米。流域地势东高西低，沟谷广泛发育，东西狭长，支沟从南北两侧汇入主沟。整个地面向黄河倾斜，南北剖面呈凹形，分水岭与沟底高差达100m — 150m,起伏剧烈坡度很大。主沟为常流水河道，但水量不大。流域冲沟发育，沟道总长度为32km，沟壑密度达0.8km，km—2。从地形部位讲，残源、沟坡、沟谷和沟谷地的比例为18:46:22:14。流域地貌发育典型，残源源面开阔平坦，形如手掌，边缘源面渐呈破碎，如同手指，且切割成平梁、圆峁、沟谷，沟坡陡峭。
2.1.3气候条件
蔡家川属于温带大陆性气候，多年平均降水量为489.1rnm，多年平均蒸发量为1723.9mm,降水主要集中在6月至8月，蒸发主要集中在4月至7月，各月蒸发量均大于降水量。本地区光照充足，日照时数2538小时。年均气温10.2°C，极端最高温为38.rC，极端最低温为-20.4°C，大于lO'C的有效积温为3357.9°C，无霜期172天。多年观测结果显示：本地区多东北风，冬季多西北风，一年之中以东北风最多，西北风最大，年均风速为2.0m.s—1。
2.1.4 土壤
本流域内母质为黄土， 土壤为碳酸盐褐土，呈微碱性，PH值在7.9左右，土层深厚，土质均匀。山地的斜坡、梁顶、源面等地形部位为第四纪马兰黄土覆盖，厚度十数米至数十米，沟坡坡脚为塌积黄土母质，底层常混有红胶土母质，沟底为淤积黄土母质。
3 水土保持树种光合特性研究 ................................26-46
3.1 水土保持树种光合响应曲线................................26-28
3.2 水土保持树种光合速率变化规律................................ 28-31
3.2.1 刺槐光合日、月变化规律................................ 28-29
3.2.2 油松光合日、月变化规律................................ 29-30
3.2.3 辽东栎光合日、月变化规律................................30-31
3.3 净光合速率的影响因素分析................................31-43
3.4 小结................................43-46
4 水土保持树种蒸腾特性研究................................46-64
4.1 蒸腾耗水变化规律................................ 46-52
4.2 水分利用效率变化规律................................ 52-54
4.3 树干液流速率的的影响因素分析................................ 54-60
4.4 树木蒸腾耗水量的计算................................ 60-61
4.5 小结................................61-64
5 结论与讨论................................ 64-68
5.1 主要结论................................ 64-65
5.2 需进一步研究的问题................................ 65-68
结论
1.三种水土保持树种中，剌槐的同化能力和消耗能力是三种树种中最强的，辽东栎次之，油松最小。刺槐光饱和点最大，能利用较强的光，在高光强条件下能生存，但利用弱光能力一般；辽东栎光饱和点和光补偿点较小，利用弱光能力强，利用强光能力差，是三者中最适合在阴生环境下生长的树种；而油松利用强光能力一般，利用弱光能力弱，是最不适合阴生的树种，也不适合太强的光照，对光照条件要求比较苛刻。
2.刺槐在生长旺盛期（5月、6月、7月、8月）光合速率日进程均呈双峰型，光合"午休"程度由大到小依次为：6月>8月>7月>5月，这几个月份中，日均光合速率由大到小依次为：5月>7月>8月>6月；油松6月、7月、9月光合日变化呈双峰型，光合"午休"程度由大到小依次为：9月>6月>7月，这三个月的日均光合速率由大到小依次为：7月>6月>9月。可见：在双峰型的日变化中，光合"午休"现象越严重，其日均光合速率越小，同化量越少。
3.Gs和C,是影响刺槐、油松和辽东栎叶片光合的两个主要生理因子，外界Ta、 VpdL C。等环境因子的变化都综合作用在和C,上，从而引起树木光合的变化，光合"午休''现象是这种影响最典型的表现。刺槐在光照强烈的6月一8月的光合"午休"现象较为严重，光合"午休"是由气孔关闭和叶肉同化能力下降共同引起的，且均是先气孔关闭引起光合速率下降，之后叶肉同化能力下降导致光合速率下降；刺槐(5月），油松（6月、7月、9月）、辽东栎（8月）均有较轻的光合"午休"现象，均是叶肉细胞同化能力下降引起的。树木光合"午休"现象是避免自身遭受高光强高温胁迫的结果，当外界环境极端恶劣时，光合"午休"现象便十分严重，不利于同化物的积累。
4.除了刺槐在6月、9月呈单（窄）峰型，油松在5月、6月、7月树干液流日变化呈双峰型，其它月份中刺槐、油松、辽东栎树干液流日变化呈单（宽）峰型。而蒸腾速率一般呈单窄峰或受光合"午休"影响呈双窄窄峰型。