塔里木荒漠优势树种气体交换特性与环境因子的关系研究

在自然条件下对塔里木荒漠区优势树种--胡杨、灰叶胡杨的气体交换特性及其与环境因子的关系进行研究.结果表明:(1)在6～9月生长季,胡杨和灰叶胡杨的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr,除8月)日进程均为单峰曲线,胞间CO2浓度(GI)呈"V"字型曲线,Pn的峰值出现在12:00,Tr峰值明显滞后于Pn.生长季内胡杨各月份的Pn、水分利用率(WUE)、光能利用率(LUE)均高于灰叶胡杨,而Tr低于灰叶胡杨,气孔导度(Gs)相近.(2)气体交换与环境因子的统计分析表明,光量子通量密度(PPFD)是决定胡杨和灰叶胡杨Pn和Tr的主要环境因子,其次为气温(Tair).(3)灰叶胡杨对PPFD、Tair,、空气相对湿度(RH)的敏感性强于胡杨,通过高蒸腾耗水、低WUE来减轻高温干旱的伤害;胡杨通过主动调节Gs来控制蒸腾失水、提高光合效率,以较高的WUE和LUE适应日益干旱的荒漠环境,表现出较强的生态适应性.     

塔里木河中游胡杨与灰叶胡杨气体交换特性对比研究

在自然条件下利用Li-6400光合作用系统对塔里木河中游地区的天然胡杨、灰叶胡杨净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)等生理指标进行测定分析,探讨它们对外界干旱环境适应的生理特性,为进一步研究胡杨、灰叶胡杨的光合水分生理特性,以及保护恢复塔里木河流域的天然胡杨林提供依据。结果表明:(1)在整个光合日变化进程中,胡杨的日平均Pn、Gs、Tr以及WUE均高于灰叶胡杨。(2)胡杨和灰叶胡杨的净光合速率日变化均呈"双峰"曲线并存在光合"休眠"现象。(3)胡杨、灰叶胡杨在正午时分出现的Pn下降主要是受到气孔限制的影响既气孔限制值增大、胞间CO2浓度减小;傍晚时分出现的光合速率下降主要是因受到外界光照强度减弱,既受非气孔限制影响较大。(4)决定胡杨和灰叶胡杨Pn日变化的环境因子作用大小均为:光量子通量密度(PPFD)>气孔导度(Gs)>空气相对湿度(RH)>气温(Tair);决定胡杨与灰叶胡杨Tr日变化的环境因子作用大小顺序分别为:气温(Tair)>光量子通量密度(PPFD)>气孔导度(Gs)>空气相对湿度(RH)和光量子通量密度(PPFD)>气温(Tair)>气孔导度(Gs)>空气相对湿度(RH)。研究认为,胡杨与灰叶胡杨为适应干旱半干旱区的环境,在长期适应过程中形成了不同的生理生态对策,胡杨主要是通过调节Gs来有效控制蒸腾失水,提高WUE,进而适应干旱环境;灰叶胡杨主要是通过高蒸腾耗水,降低WUE来减少干旱环境对自身的伤害。     

新疆乌拉泊库区沙枣与胡杨光合特性比较

用Li-6400便携式光合测定仪,于2009年6~9月测定了新疆乌拉泊库区沙枣和胡杨2种荒漠树种的光合作用日变化,比较了它们光合与水分生理特性的季节动态变化.结果表明:(1)沙枣净光合速率(Pn)的日变化在6月份为典型双峰曲线,在8月和9月份也有微弱的双峰变化,7月份则表现为单峰曲线;胡杨的Pn日变化在6和9月份为双峰曲线,7和8月份为单峰曲线.(2)沙枣各月蒸腾速率(Tr)日变化均呈双峰曲线,胡杨的Tr日变化于6和7月份呈双峰曲线,在8和9月份呈单峰曲线.(3)沙枣水分利用效率(WUE)日变化规律不明显,胡杨各月WUE日变化表现为双峰曲线.(4)沙枣叶片的气孔导度(Gs)的日变化与其Pn的变化基本一致,而胡杨则没有这种现象.(5)气孔因素是引起沙枣光合午睡"的一个原因,但不是引起胡杨Pn降低的主要因素;叶片大气水汽压亏缺(VPD)和气温(Ta)是共同影响沙枣和胡杨Pn的主要生态因子;沙枣平均Pn和Tr明显低于胡杨,而WUE则相反.     

5种常见水土保持树种的气体交换特性研究

为了了解水土保持树种的气体交换特性,对无患子(Sapindus mukorossi)、南酸枣(Choerospondias axillaris)、香樟(Cinnamomum camphora)、秃瓣杜英(Elaeocarpus glabripetalus)和毛竹(Phyllostachys edulis)等常见树种的光合蒸腾特性进行研究。结果表明,香樟、无患子、南酸枣和毛竹的净光合速率(Pn)日变化曲线呈双峰型,有明显的"光合午休"现象;秃瓣杜英的Pn日变化曲线则呈单峰型,未出现"光合午休"现象。5种树种的Pn以香樟毛竹无患子南酸枣秃瓣杜英;蒸腾速率(Tr)以香樟无患子毛竹南酸枣秃瓣杜英;水分利用效率(WUE)以秃瓣杜英毛竹南酸枣无患子香樟。单因素方差分析表明:不同树种间的Tr、气孔导度(Gs)和WUE存在显著差异,而Pn和胞间CO2浓度(Ci)的差异不显著。相关性分析表明,Pn与Tr、Gs和光合有效辐射(PAR)呈正相关关系;Tr与Gs呈正相关关系,与WUE呈负相关关系;Gs与WUE呈负相关关系;Ci与PAR和空气CO2浓度(Ta)呈负相关关系。香樟和无患子的Tr相对较大,而WUE较低,在养护过程应加强浇水及遮阴以降低其水分蒸腾的速率;秃瓣杜英、南酸枣和毛竹的Tr相对较低,而WUE相对较高,能够科学地利用土壤水分,可适应较干燥的外界环境。     

彰武松、樟子松光合生产与蒸腾耗水特性

本文采用Li-6400光合测定系统对性成熟(18a)阶段彰武松(Pinus densiflora var.zhangwuensis)和樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)光合及蒸腾指标不同季节日变化进行了测定,并采用切枝蒸腾法对两个树种叶片气孔蒸腾和角质层蒸腾进行对比测定,评价了气孔开闭敏感性,探讨了两个树种光合生产与蒸腾耗水特性。结果表明：在同样生境条件下,彰武松比樟子松有较大的光合速率(Pn)和较小的蒸腾速率(Tr)。在5月和7月,彰武松的Pn和Tr日变化呈现明显双峰型,其Pn和Tr“午休”现象均主要受气孔限制;在10月呈单峰型。樟子松的Pn和Tr日变化在整个生长季均呈单峰型,而且,彰武松日光合量(DAP)均高于樟子松,是樟子松的163.4%(5月)、211.1%(7月)和183.6%(10月)。光响应曲线参数表明：在不同月份,彰武松最大光合速率(Pmax)均大于樟子松,且光饱和点(LSP)较高,光补偿点(LCP)较低。在任意被测时刻,彰武松气孔导度(Gs)和Tr都小于樟子松。彰武松具有较小气孔和角质层蒸腾速度,并且在同样干旱条件下,彰武松气孔下陷,其气孔的开闭反应更加敏感。彰武松水分利用效率(WUE)较高,约是樟子松的2.29倍。这些结果暗示,彰武松以其高的光合速率和低的蒸腾耗水特性,提高水分利用效率,以其敏感的气孔开闭机制和旱生叶片结构进而实现在干旱半干旱地区的速生特性。     

春小麦水分利用效率日变化及其生理生态基础的研究

采用光合速率和蒸腾速率之比 (Pn/Tr)表示植物水分利用效率 (WUE) ,发现在两种不同水分处理下春小麦拔节期 .WUE日变化中都有上午高于下午值 ,且 8∶0 0～ 1 0∶0 0为明显峰值的特征 ,这种特征与Pn、Tr日变化存在的上、下午值不对称性和反向性 (Pn为上午高于下午 ,Tr相反 )紧密相关 ,水分胁迫处理中 ,Pn、Tr值均有降低 ,但不同品种的WUE反应不一 .研究表明 ,叶水势 ( ψw)、气孔阻力 (Rs)等生理因素和空气相对湿度 (RH)、光照 (Q)及冠层温度 (Tc)等生态因子 ,通过对Tr和Pn的不同影响而同WUE显著相关 ,40 %RH是WUE变化的一个重要阈值 .     

桂西北喀斯特地区菜豆树和红背山麻杆旱、雨季光合特性比较

利用Li-6400光合测定系统测定了2009年雨季(6—8月)和旱季(10—12月)桂西北喀斯特地区菜豆树、红背山麻杆叶片气体交换特征,并分析了2种植物光合速率(Pn)与叶氮及叶绿素含量的相互关系。结果表明:2种植物旱、雨季叶片Pn、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)日变化均为单峰曲线,水分利用效率(WUE)日变化规律不明显;旱季叶片Pn、Tr、Gs均低于雨季(P0.01),WUE高于雨季(P0.01),叶氮含量及叶绿素含量旱季低于雨季(P0.05),这与植物通过降低Gs限制蒸腾,提高WUE来适应较为恶劣的环境有关;在同一季节,红背山麻杆Pn、WUE、叶氮及叶绿素含量均高于菜豆树(P0.05),具有更强的光合及水分利用能力,在喀斯特生境中更有竞争优势;2种植物在相同季节及同种植物在不同季节Pn与各环境因子的相关系数不同,光辐射强度(PAR)是影响Pn的主导因素。     

淮南市9种园林灌木树种夏季光合特性研究

采用TPS-2便携式光合仪对淮南市9种园林绿化灌木树种的夏季光合特性进行了测定。结果表明, 各树种光合生理参数(Pn、Ci、Tr、Gs、Ls、WUEt)日均值差异显著, 日变化趋势不尽相同, 且金边黄杨和腊梅的Pn日变化曲线为双峰曲线, 桂花的Pn日变化曲线为三峰曲线, 皆出现了“光合午休”现象。根据Pn、Tr、WUEt 3个指标的日均值进行聚类分析, 可将供试树种分为3个类群。Ⅰ类为低光合、低水分利用型(桂花、红檵木、金边黄杨、腊梅、紫荆、紫叶李), Ⅱ类为低蒸腾、高水分利用型(栀子), Ⅲ类为高光合、高蒸腾型(海桐、紫薇)。从生态效益的角度出发, 海桐和紫薇的固碳释氧、降温增湿能力俱佳, 节水降耗效果处于中等水平, 可作为淮南市生态园林建设的优先树种。     

北京引进树种火炬树和水曲柳的光合特征

应用LI-6400便携式红外气体分析仪,研究了北京市两种引进乔木生长旺季的光合作用的日变化规律和光响应曲线.结果表明:①水曲柳和火炬树的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)的日变化均为"双峰"曲线,而水分利用效率(WUE)的日变化为"单峰"曲线,但三者峰值出现的时刻和大小有所不同.②火炬树的光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)均高于水曲柳,但蒸腾速率(Tr)要低于水曲柳.③从光响应曲线来看,两种引进乔木均为阳生植物,其中火炬树对光的适应性范围较广,而水曲柳的耐阴性较强.④逐步回归分析表明:影响光合速率的主要因子是光合有效辐射、气孔导度、胞间CO₂浓度.⑤与原产地进行对比可知:火炬树光合能力有所增加,水曲柳变化不大.研究认为,在北京,火炬树与水曲柳相比具有较强的竞争优势.研究结果可为首都园林绿化树种选择提供科学依据.     

昆仑山北坡4种优势灌木的气体交换特征

在自然条件下对昆仑山北坡四种灌木塔里木沙拐枣（Calligonum roborowasikii）、驼绒藜（Ceratoides latens）、合头草(Sympegma regelii)和昆仑绢蒿(Seriphidium korovinii)的气体交换、水势的季节变化特征及生长季末δ13C值进行了比较研究。结果表明：驼绒藜、塔里木沙拐枣和合头草气体交换日变化为单峰曲线,昆仑绢蒿为双峰曲线;其中塔里木沙拐枣属高光合高蒸腾型,水分利用效率最高,合头草属低光合低蒸腾型,驼绒藜属高光合低蒸腾型,昆仑绢蒿属低光合高蒸腾,水分利用效率最低。驼绒藜光合速率8月日变化,10：00-12：00,16：00-20：00两个时段,Pn下降,主要决定因素均为非气孔因素。沙拐枣6月光合速率日变化,12：00-14：00时,Pn下降,主要受气孔导度因素影响;16：00-20：00时,Pn下降,可能是同时受气孔和非气孔因素的影响。从耐旱机理可以将4种灌木归类：塔里木沙拐枣和昆仑绢蒿属于高水势延迟脱水耐旱机理;驼绒藜和合头草属于低水势忍耐脱水机理。用δ13C表征植物水分利用效率时,只有部分物种有很好的一致性。     

地下水埋深对胡杨叶片光合作用及抗氧化物质积累的影响

以塔里木荒漠生态系统建群种—胡杨（Populus euphratica Oliv.）为试材,研究胡杨光合气体交换参数、抗氧化酶活性及渗透调节物质沿地下水埋深（GWD）梯度的变化规律,探讨胡杨适应干旱荒漠环境的生理生态机制。结果表明：（1）不同GWD条件下胡杨净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）的日变化均呈单峰型,而胞间CO₂摩尔分数（C_i）日变化呈“V”型,P_n与G_s变化同步,峰值均出现在12：00,而T_r峰值滞后P_n、G_s 2 h。不同GWD间P_n峰值差异显著（P<0.05）,T_r、G_s峰值和C_i谷值在GWD为5.5 m极显著降低（P<0.01）。胡杨P_n、T_r、G_s、C_i、水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）均随GWD增加而降低,其中G_s、LUE日均值在GWD为5.5 m显著降低（P＜0.05）,但不同GWD条件下P_n、T_r、C_i、WUE日均值均无显著差异（P＞0.05）;（2）12：00—16：00胡杨P_n下降主要受气孔因素限制,16：00—20：00 P_n下降主要受非气孔因素限制;（3）通过对不同GWD条件下胡杨P_n、T_r与生理生态因子进行相关、偏相关、逐步回归分析发现,G_s是影响胡杨P_n、T_r的主要因子;不同GWD条件下胡杨调控P_n、T_r的因子不同,GWD增加使胡杨P_n与光合有效辐射（PAR）、T_r与G_s之间的相关性增强,表明GWD直接调控胡杨叶片水汽交换（G_s）过程;（4）胡杨叶片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和游离脯氨酸（Pro）含量均随GWD增加而增大,而可溶性蛋白质（SP）含量、可溶性糖（SS）含量则降低,表明随GWD增加,胡杨叶片细胞膜透性和光合碳同化受抑增强,胡杨通过提高保护酶活性（POD、SOD）和渗透调节（Pro）能力协同抵御地下水位降低所带来的干旱胁迫,以维持基本正常的生理活动,这是胡杨适应荒漠区干旱生境的生理生态策略。     

水分对胡杨幼苗光合及生长特性的影响

采用盆栽控制实验方法对不同水分条件下胡杨幼苗的光合日变化以及生长特性进行分析研究.结果显示:(1)不同水分条件下胡杨幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)日变化曲线均呈单峰型,峰值时间均在12:00;当土壤含水量为21.6%～24.0%时,幼苗的水分利用效率(WUE)日变化曲线呈不明显的双峰型,峰值时间分别在8:00和18:00,其他处理均为单峰型,但峰值时段有差异;随着土壤含水量的减小,胡杨幼苗的Pn、Gs、Ci和Tr日均值逐渐降低,当土壤含水量为12.0%～19.2%时,幼苗的WUE日均值显著高于其他处理.(2)幼苗的株高、基径、各器官的生物量及总生物量均随土壤含水量的减小而降低,当土壤含水量为12.0%～19.2%时,幼苗地下生物量的降低程度大于地上生物量,且幼苗的根冠比也增大.研究表明,土壤含水量对胡杨幼苗的光合特性及其生长具有显著影响,当土壤含水量大于12.0%时,幼苗能够通过增大水分利用效率,改变根冠比提高抗旱性;当土壤含水量小于9.6%时,幼苗自我调节能力减弱,生长受到抑制.     

干旱区胡杨光合作用对高温和CO2浓度的响应

采用LI-6400便携式光合作用测定仪实测的塔里木河下游胡杨(Populus euphratica oliv)光合作用参数,探讨了不同地下水埋深下的胡杨光合作用对CO2浓度增加和温度升高的响应.结果表明:(1)CO2浓度升高减小了胡杨气孔导度,促进了光合速率、胞间CO2浓度和水分利用效率的增加,但不同地下水埋深下,胡杨光合作用参数对CO2浓度升高的响应不同,干旱环境(地下水埋深较深)下的响应程度大于水分适宜(地下水埋深浅)环境下的响应;(2) 高温引起胡杨气孔发生不完全关闭,导致了光合作用的光抑制发生,从而降低了胡杨光合速率,但降低程度受水分条件的影响,地下水埋深较深环境下的影响程度大于地下水埋深浅的;(3)地下水埋深是控制干旱区胡杨光合作用对CO2浓度和温度升高的根本因素,6m是胡杨生长正常的临界地下水埋深,地下水埋深>6m,胡杨即遭到水分胁迫,地下水埋深>7m,胡杨即受到了较严重的水分胁迫.     

胡杨叶片气孔导度特征及其对环境因子的响应

依据2005年对极端干旱区荒漠河岸林胡杨的观测资料,对胡杨气孔运动进行了分析研究以揭示胡杨的水分利用特征与抗旱机理。结果表明:(1)胡杨叶片气孔导度日变化呈现为周期波动曲线,其波动周期为2 h,傍晚(20:00)波动消失;净光合速率和蒸腾速率与气孔导度的波动相对应而呈现同步周期波动。(2)胡杨的阳生叶气孔导度高于阴生叶,且不同季节气孔导度值不同,阳生叶气孔导度的季节变幅大于阴生叶。(3)胡杨气孔导度与气温、相对湿度和叶水势有显著相关关系,当CO2浓度较小时,胡杨气孔导度随CO2浓度的增加而增加,当CO2浓度达到一定值后气孔导度不再增加,反而随CO2浓度的增加大幅度降低。(4)胡杨适应极端干旱区生境的气孔调节机制为反馈式反应,即由于叶水势降低导致气孔导度减小,从而减少蒸腾耗水,达到节约用水、适应干旱的目的,表明胡杨的水分利用效率随气孔限制值的增大而减小,二者呈显著负相关。     

水分胁迫下天然次生灌木山桃和山杏光合气体交换特征

以半干旱黄土丘陵区3年生天然次生灌木山桃(Prunus davidiana)和山杏(Prunus sibirica)为试验材料,采用充分供水、正常供水、轻度胁迫、中度胁迫和重度胁迫5种水分处理,比较了水分胁迫对山桃和山杏光合气体交换参数的影响.结果表明:山桃和山杏的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)在不同水分处理之间差异显著.随着水分胁迫的缓解,山桃和山杏的Pn日变化曲线逐渐从单峰型转变成不明显的双峰型;重度水分胁迫下,Pn受到明显抑制,一直维持在较低水平;Pn在轻度或中度水分胁迫下出现最大值,且山桃的日均Pn要高于山杏;Pn降低的原因上午表现为气孔限制因素,而下午则以非气孔限制因素为主.山桃和山杏的Ci日变化规律与Pn基本相反,它们的Tr日变化在轻度和中度水分胁迫下为双峰曲线,并以正常供水条件下日均Tr最大;不同程度水分胁迫下,山桃、山杏的Gs日变化表现出相似的变化规律,且气孔都出现了过早关闭的现象.适度的水分胁迫能够提高山桃、山杏的水分利用效率,同时也降低了Pn和Tr.研究发现,山桃和山杏在水分胁迫下能通过较大幅度降低蒸腾速率来提高其水分利用效率,从而增强其适应干旱环境的能力,它们在黄土丘陵区具有较广阔的发展潜力.     

苹果叶片气体交换日变化动态模拟

根据苹果叶片气体交换模型可模拟不同小气候条件下光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的日变化。Pn和Gs在晴天呈现出不对称双峰曲线:上午增加,约8:00前后达到最大值,然后下降,到16:00左右时再升高到第2个峰值,最后再下降。Tr晴天的日变化与Pn和Gs相似,在晴天呈"n"字形曲线,但是Tr的午休现象较Pn和Gs轻,并且最大值出现在午后。晴天时WUE在太阳出来不久就达到了最大值,并迅速下降到一个比较稳定的水平,傍晚前后降到0。模型模拟表明气体交换的日变化主要是由太阳辐射驱动的,而午休现象主要是由叶水势和湿度的减少引起。根据在富士苹果园观测数据(Maluspumila Mill.Fuji;北纬40°13′,东经116°13′,海拔79m)对模型进行了验证。结果表明在不同的有效光合辐射、温度、湿度和CO2浓度下Pn的观测值和模拟值非常吻合,树冠上层叶片Pn和Gs日变化的实测值和模拟值也基本一致。Tr的模拟值略有高估,可能是由叶片的相互遮荫及Pn和有效光合辐射之间的非线性关系引起。     

当归叶片光合参数日变化及其与环境因子的关系

在当归根茎膨大期,利用CI-310便携式光合仪,田间活体测定了当归的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等光合生理生态因子,以及光合有效辐射(PAR)、田间CO2浓度(Ca)、相对湿度(RH)、大气温度(Ta)、叶温(TL)等环境因子的日变化。结果表明,当归Pn日变化曲线为"双峰"型,最高峰出现在10:00左右,次高峰出现在16:00左右,午间有明显的"午休"现象,气孔因素是导致其"午休"的主要原因。Tr、Gs和Ci的日变化曲线均为"双峰"型,最高峰出现在10:00,次高峰出现在17:00。当归叶片净光合速率随环境因子日变化最优逐步多元回归方程为yPn=14.3108 0.0076xPAR-0.5271xTL(R2=0.6601,P<0.05),TL和PAR是对光合速率直接影响最大的生态因子,而Ca、RH和Ta主要是通过TL而间接影响光合速率的变化。     

胡杨、灰叶胡杨P-V曲线水分参数的初步研究

运用P-V技术初步研究了人工林胡杨、灰叶胡杨两个树种的水分参数差异,探讨了树种的抗旱性。结果表明灰叶胡杨的主要水分参数(ψ100、ψ0、ROWC、AWC、RWD、ε）明显低于胡杨,渗透调节能力和束缚水含量高于胡杨,表现对干旱环境具有较强的耐旱能力。综合评判表明灰叶胡杨对干旱的适应性较强。