基于冠层塔吊原位测定长白山温带阔叶红松原始林群落主要树种的光合特征

为了更好地理解温带阔叶红松原始林群落主要树种的生理生态学特征,为森林生态系统碳动态的模拟预测提供基础数据,本研究依托中国科学院长白山森林生态系统定位站,首次利用冠层塔吊原位测定了阔叶红松原始林群落4个主要树种成熟大树的CO₂响应曲线,并利用FvCB模型计算了一些重要的光合生理参数.结果表明: 红松的光合速率(A)、最大羧化速率(V_{c max})和气孔导度(g_s)均最小,而其气孔对光合的限制性(L_s)最大.水曲柳、蒙古栎和紫椴这3个阔叶树种的光合特征也存在显著差异.基于叶片面积的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(83.2 μmol·m^-2·s^-1)、蒙古栎(89.3 μmol·m^-2·s^-1)>紫椴(68.4 μmol·m^-2·s^-1)、红松(68.8 μmol·m^-2·s^-1)(P<0.05),而基于叶片质量的V_{c max}大小顺序为:水曲柳(1.36 μmol·g^-1·s^-1)>蒙古栎(1.03 μmol·g^-1·s^-1)>紫椴(0.90 μmol·g^-1·s^-1)>红松(0.42 μmol·g^-1·s^-1)(P<0.05).7—9月,水曲柳和蒙古栎的A值显著降低,而紫椴和红松的A值变化不显著;所有树种V_{c max}都随季节发生显著下降.在温带阔叶红松林生态系统碳动态的模拟预测中,应该考虑V_{c max}的季节变化.     

植物光合CO2响应模型对光下(暗)呼吸速率拟合的探讨

运用LI-6400便携式光合作用系统测定了不同光强(2000、1500、1000和500 μmol·m^-2·s^-1)和两种O₂浓度(21%和2%的O₂)下冬小麦(Triticum aestivum)灌浆期旗叶的CO₂响应曲线, 比较了现有CO₂响应模型(生化模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型)拟合给出光下(暗)呼吸与测量值之间的差异。结果显示, 直角双曲线修正模型所给出的光下呼吸速率拟合值与测量值最为接近。植物光合作用对大气CO₂响应(A/C_a)的拟合结果优于光合作用对胞间CO₂浓度(A/C_i)的拟合。然而, 所有模型基于A/C_a拟合的光下(暗)呼吸在整体上与测量值存在显著差异(p < 0.05), 推测与现有模型没有考虑CO₂浓度对光呼吸和光下暗呼吸速率的影响有关。对小麦的试验结果表明, CO₂浓度对光呼吸和光下暗呼吸均有显著影响: 随着CO₂浓度的增加(0-1400 μmol·mol^-1), 不同光强下的表观光呼吸变化范围分别为5.035-11.670、4.222-11.650、4.330-10.999和3.263-9.094 μmol CO_2·m^-2·s^-1; 光下暗呼吸的变化范围分别为0.491-2.987、0.457-2.955、0.545-3.139和0.448-3.139 μmol CO₂·m^-2·s^-1。回归分析发现, 表观光呼吸和光下暗呼吸与CO₂浓度之间均存在较好的相关性。然而, 将该回归关系整合到现有模型中, 是否会优化模型, 从而提高模型对相关光合参数估算的准确性尚有待于进一步研究。     

准噶尔荒漠早春短命植物的光合特性及生物量分配特点

准噶尔荒漠分布的早春短命植物不仅具有十分独特的生物学特点,而且在荒漠植物群落演替、物种多样性维持及土壤改良与防治水土流失等方面具有重要的生态学价值。该文运用Li-6400开放式气体交换光合作用测定系统,对分布于准噶尔荒漠的16种早春短命植物生长盛期的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)等特征进行了测定,并对其中7种植物与生长相关的生物量分配特征进行了分析。结果表明:1)16种植物的最大P_n、 最大T_r及WUE分别为8.07~35.96 μmol CO₂·m^-2·s^-1、3.16~29.64 mmol H₂O·m^-2·s^-1、0.54~4.26 μmol CO₂·mmol^-1H₂O;种间最大P_n与最大气孔导度(Stomatal conductance, G_s)之间存在正相关关系,其相关系数为0.77(p<0.05),线性回归斜率为26.36 μmol·mmol^-1;从光合速率对胞间CO₂浓度及光量子通量密度的响应曲线来看,这类植物的表观CO₂补偿点均在4~5 Pa之间(28~30 ℃),表观羧化效率为0.64~1.86 μmol CO₂·m^-2·s^-1·Pa^-1,表观量子效率为0.05~0.06。2)从生物量分配来看,所测植物的个体生物量为0.05~0.39 g;单株总叶面积为 3.24~51.40 cm²;单位叶面积干重为0.40~0.77 g·m^-2,根在总生物量中所占比例为5.72%~19.43%,单株叶面积比在2.92~9.00 m²·kg^-1之间。种间根所占生物量的比与对应的WUE之间的比较分析结果表明,二者之间存在显著的正相关关系,其相关系数r为0.93(p<0.01)。这些结果表明,所观测的早春短命植物具有典型的C₃植物特征,相比其它类型的荒漠植物具有较高的单位叶面积P_n、高T_r及低WUE,并且在生长发育过程中表现出很低的根/地上生物量比、较高的叶面积比和单位叶面积干重,说明它们具有相对高的生长速率,这与其生长发育节律相一致,反映了它们与准噶尔荒漠环境相适应的特点。     

四种作物光下暗呼吸速率降低的原因

以C₃作物(小麦, Triticum aestivum和大豆, Glycine max)和C₄作物(玉米, Zea mays和千穗谷, Amaranthus hypochondriacus)为例, 探讨了其光下暗呼吸速率降低的原因。结果表明, 2% O₂条件下, CO₂浓度为0时, 叶室CO₂浓度维持在0左右, 而胞间CO₂浓度(C_i)显著高于叶室CO₂浓度。分析认为这是由于此时植物的暗呼吸仍在正常进行。因此, 该测量条件下的表观光合速率应为CO₂浓度为0时的光下暗呼吸速率(R_d)。CO₂浓度为0时, 不同光强下的R_d均随光强的升高而降低, 且在低光强(50 μmol·m^-2·s^-1)和高光强(2000 μmol·m^-2·s^-1)之间存在显著差异, 说明光强对R_d具有较大影响。在2% O₂条件下, 经饱和光强充分活化而断光后, 以上4种作物叶片的暗呼吸速率(R_n)均随着时间的推移而下降, 说明光强并未抑制暗呼吸速率。试验结果表明, R_d的降低是由于CO₂被重新回收利用所导致, CO₂回收利用率随光强的升高而增大, 从低光强(50 μmol·m^-2·s^-1)到高光强(2000 μmol·m^-2·s^-1), 小麦、大豆、玉米和千穗谷的回收利用率范围变动分别为22.65%-52.91%、22.40%-55.31%、54.24%-87.59%和72.43%-90.07%。     

C4荒漠植物猪毛菜与木本猪毛菜的叶片解剖结构及光合生理特征

为了比较C₄荒漠植物猪毛菜(Salsola collina)和木本猪毛菜(S. arbuscula)的抗旱结构和适应环境的光合作用特征, 在二者混生的群落中, 选择代表性植株, 采集叶片进行叶片解剖结构分析, 在自然条件下测定了二者叶片的气体交换参数。研究结果表明：猪毛菜叶片具表皮毛, 具有更发达的薄壁贮水组织;木本猪毛菜叶片具有更厚的角质层, 表皮下有1层下皮细胞, 其栅栏组织细胞较长, 排列更紧密。猪毛菜的净光合速率明显高于木本猪毛菜, 日平均值分别为21.5和15.7 μmol CO₂·m^-2·s^-1。猪毛菜的蒸腾速率也明显高于木本猪毛菜, 日平均值分别为14.9和10.2 mmol·m^-2·s^-1。猪毛菜和木本猪毛菜的水分利用效率的日平均值分别为1.39和1.53 μmol CO₂·mmol^-1H₂O, 特别是在14:00时分别为1.61和2.30 μmol CO₂·mmol^-1H₂O, 木本猪毛菜高出猪毛菜约42%。猪毛菜的光补偿点低于木本猪毛菜, 而光饱和点和光量子效率较高, 具有更低的CO₂补偿点。这表明：二者的旱生结构不同, 木本猪毛菜具有更显著的荒漠植物特征;在适于二者混生的环境下, 猪毛菜比木本猪毛菜的光合能力更强, 而木本猪毛菜的水分利用效率更高。     

不同光环境下烟草光合特性及同化产物的积累与分配机制

为了解烟草光合特性与光合作用同化产物的积累与分配对不同光环境的适应,以盆栽烟草为试验对象,于人工气候室中设置3种光照强度[遮阴(400±15)～(500±15) μmol·m^-2·s^-1;自然光强:(800±15)～(1000±15) μmol·m^-2·s^-1;高光强:(1500±15)～(1800±15) μmol·m^-2·s^-1]系统研究光照条件对烟草光合特性及光合作用同化产物在烟株-土壤系统分配的影响.结果表明: 随着光照强度的降低,烟草各组分生物量逐渐减小,根冠比降低.净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)均随光照强度的减弱呈下降趋势,胞间CO₂浓度(C_i)升高;在强光条件下烟草最大净光合速率(A_max)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(R_d)均达到最大值,弱光条件则具有较大的表观量子效率.光照强度影响烟草对¹³C的吸收、积累与分配,弱光条件下,烟草富集的¹³C进入到根部的比例明显较少,更多的分配到地上部.由此可知,外界光环境的变化不仅显著影响烟草叶片的光合特性与生物量积累,也使光合碳在烟株-土壤系统的分配格局发生变化.     

模拟增雨对巴里坤湖干涸湖底沉积物CO2通量的影响

明确湖泊沉积物碳过程对气候变化的响应,是全面了解湖泊生态系统碳收支的重要环节。为探究未来降雨增加对沉积物碳通量的影响,本研究以新疆哈密巴里坤盐湖干涸湖底原状沉积物为对象,基于1960年以来新疆哈密地区降雨量增加速率(4 mm·10 a^-1)以及植物生长季多年降雨量分布特征,以2016年生长季(5—10月)降雨量(86 mm)为对照(T₀),设置4个模拟增雨处理,降雨量分别为94 mm(T₁)、102 mm(T₂)、110 mm(T₃)、126 mm(T₄),分析模拟增雨对沉积物CO₂通量的影响。结果表明: 与降雨前相比,各处理降雨1 d后的沉积物CO₂通量均呈增加趋势;与5—7月相比,8—10月各处理沉积物CO₂通量均有所下降。5—10月,T₀~T₃处理之间CO₂累积排放量无显著差异,T₃处理CO₂平均排放速率(0.22 μmol·m^-2·s^-1)显著高于T₄处理(0.14 μmol·m^-2·s^-1)。每月降雨第1天各处理均表现为CO₂汇,T₄处理(-0.13 μmol·m^-2·s^-1)“碳汇”功能最强;每月降雨1 d后各处理沉积物表现为CO₂源,T₃处理CO₂平均排放速率(0.34 μmol·m^-2·s^-1)显著高于其他处理;与5月相比,T₂~T₄处理CO₂排放通量显著高于8—10月。在温度相对稳定的条件下,沉积物CO₂通量与含水量、空气湿度显著相关。未来60年,降雨持续增加可能是促进干旱区盐湖沉积物CO₂排放和影响全球变暖的重要因素。     

晋西黄土区水肥调控对苹果-玉米间作系统玉米灌浆期穗位叶光合生理特性的影响

以晋西黄土区典型的苹果-玉米间作系统为研究对象,设置了双因素三水平水肥耦合试验,分析不同水肥调控措施下玉米灌浆期穗位叶光合生理特性.本试验根据玉米及苹果适宜的水分和养分条件设置9(3×3)个处理(W₁F₁、W₂F₁、W₃F₁、W₁F₂、W₂F₂、W₃F₂、W₁F₃、W₂F₃、W₃F₃),设置的3个灌溉水平为:田间持水量(Fc)的50％(W₁)、65％(W₂)和85％(W₃), 3个施肥量水平为:N 289 kg·hm^-2+ P₂O₅118 kg·hm^-2+ K₂O 118 kg·hm^-2(F₁)、N 412.4 kg·hm^-2 +P₂O₅168.8 kg·hm^-2 +K₂O 168.8 kg·hm^-2(F₂)、N 537 kg·hm^-2 + P₂O₅ 219 kg·hm^-2 +K₂O 219 kg·hm^-2(F₃),另设一组无水肥补给的空白对照(CK).结果表明: 不同水肥调控方式对光合指标日变化趋势无明显影响,但水肥补给可提高作物净光合速率(P_n)的峰值,降低作物日水分利用效率(WUE)最大值,延长气孔开放时间,影响胞间CO₂浓度(C_i)最低值的出现及维持时间;各处理光合作用的限制因素均为非气孔因素.蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)均与距树行距离呈极显著负相关(P<0.01),水分利用效率则与距树行距离呈显著正相关(P<0.05);距树行距离平均每增加1 m, T_r可减少0.56~1.41 mmol·m^-2·s^-1,g_s可减少0.028～0.093 mol·m^-2·s^-1,WUE可增加0.08~1.00 μmol·mmol^-1.灌水施肥可以显著提高净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日均值;降低水分利用效率的日均值;W₃F₁拥有最高的净光合速率日均值(10.64 μmol·m^-2·s^-1)、水分利用效率日均值(3.05 μmol·mmol^-1)、气孔导度日均值(0.295 mol·m^-2·s^-1)以及较低的蒸腾速率日均值(4.32 mmol·m^-2·s^-1).多元回归分析结果显示,在拔节-灌浆期内,灌水总量为1300 m³·hm^-2、施肥总量为525 kg·hm^-2时,作物净光合速率最大,理论值为10.32 μmol·m^-2·s^-1.因此,W₃F₁为最利于间作系统作物光合效率改善的水肥调控模式.     

玉米地土壤呼吸作用对土壤温度和生物因子协同作用的响应

基于2005年玉米(Zea mays)生长季土壤呼吸作用及其影响因子的动态观测资料,分析了玉米地土壤呼吸作用的日和季动态及其对土壤温度和生物因子协同作用的响应。结果表明,玉米地土壤呼吸作用的日变化为不对称的单峰型,其最小值和最大值分别出现在6∶00~7∶00和13∶00左右;玉米生长季中,土壤呼吸速率波动较大,其均值为3.16 μmol CO₂·m^-2·s^-1,最大值为4.87 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在7月28日,最小值为1.32 μmol CO₂·m^-2·s^-1,出现在5月4日。在土壤呼吸作用日变化中,土壤呼吸速率(SR)与10 cm深度土壤温度(T)呈显著的线性关系:SR=αT+β。在整个生长季节,玉米净初级生产力(NPP)与直线斜率(α)呈显著正相关,生物量(B)也明显影响直线的截距(β)。基于此,建立了玉米地土壤呼吸作用动态模型SR=(aNPP+b)T+cB²+dB+e。土壤呼吸作用季节变化的大部分(97%)可以由土壤温度、NPP和生物量的季节变化来解释。当仅考虑土壤温度对土壤呼吸作用的影响时,指数方程会过大或过小地估计了土壤呼吸强度。该文的结果强调了生物因子在土壤呼吸作用季节变化中的重要作用,同时指出土壤呼吸作用模型不仅要考虑土壤温度的影响,在生物因子影响土壤呼吸作用的温度敏感性时,还应该把生物因子纳入模型。     

不同光脉冲方案对光下最大荧光参数及其计算参数的影响

光下最大荧光(F_m′)是植物生理生态研究中的重要参数,一般采用饱和脉冲(RF)方案来估计.然而,光系统Ⅱ(PSⅡ)受体库的反馈调节会影响RF方案对F_m′估计的准确性.为消除PSⅡ受体库反馈调节的影响,根据光脉冲强度(Q′)与叶绿素荧光(F′)的线性关系提出多相脉冲(MPF)方案,估算Q′无穷大时的F′(即F_m′).本研究采用MPF和RF方案分别对苦槠、青冈和乌桕3个树种叶片的叶绿素荧光和气体交换数据进行同步测量,并对两种方案估计的F_m′及其计算参数PSⅡ光化学效率(Φ_PSII)、PSⅡ的电子传递速率(J)、最大电子传递速率(J_max)、叶肉导度(g_m)和叶绿体内CO₂浓度(C_c)等光合参数进行比较,分析两种方案对3个树种叶片6个光合参数的影响.结果表明: 当光合有效辐射(PAR)<200 μmol·m^-2·s^-1时,两种方案对苦槠、青冈和乌桕叶片F_m′、Φ_PSII和J的估计无显著影响;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的苦槠、青冈和乌桕的F_m′分别比RF方案获得的F_m′高3.5%～5.2%、11.7%～18.0%和3.2%～7.1%;当PAR>200 μmol·m^-2·s^-1时,采用MPF方案获得的Φ_PSII、J和J_max分别不同程度地大于RF方案获得的参数,g_m和C_c分别不同程度地小于RF方案获得的参数.说明当PAR较低(<200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J的估计没有显著影响;当PAR较高(≥200μmol·m^-2·s^-1)时,MPF与RF方案对植物叶片F_m′、Φ_PSII、J、J_max、g_m和C_c的估计有显著影响,且RF方案对植物叶片的F_m′、Φ_PSII、J和J_max比MPF方案分别有不同程度的低估,对g_m和C_c则有不同程度的高估.     

亚热带常绿阔叶林冠层附生植物叶片形态结构及生理功能特征的适应性研究

以南亚热带常绿阔叶林林冠层不同部位的4种附生植物:瓜子金(Dischidia chinensis Champ.ex Benth.)、蔓九节(Psychotria serpens L.)、白背瓜馥木(Fissistigma glaucescens (Hance) Merr.)和山萎(Piper hancei Maxim.)为研究对象,比较其叶片解剖结构和光合、蒸腾等生理特性,探讨附生植物叶片形态结构、生理生态功能对冠层不同部位水、热和光资源的适应以及叶片形态结构与生理生态功能的联系.结果表明:着生在冠层上部的两种附生植物瓜子金和蔓九节叶片小而厚(厚度分别为3558±63 μm和217.1±33.1 μm),气孔面积小(分别为185.7±3.7 μm2和225 4±5.2 μm2)且覆盖角质膜,有利于降低蒸腾速率(两者分别为0.17±0.02 mmol H2O和0.34±0.05 mmol H2O),提高水分利用效率WUE(分别为11.35±0.87 μmol CO2/mmolH2O和7.88±1.31 μmol COJmmol H2O),更适应冠层顶部高温、低湿、强光照的生境.这些结构特征却不利于气体交换,会致使瓜子金和蔓九节的光合作用降低(二者最大净光合速率Pmax分别为2.2±0.1 μmol CO2 ·m-2·s-1和3.2±0 4 μmol CO2·m-2·s-1).冠层中下部的白背瓜馥木和山蒌叶片相对较薄(厚度分别为90.8±9.9 μm和114 9±18.2 μm),气孔面积较大(分别为260.6±6.3 μm2和362.5±8.7 μm2),叶肉细胞分化明显,海绵组织排列松散,有利于提高对弱光的利用,增强光合能力(二者Pmax分别为9.5±1.3 μmol CO2·m-2·s-1和7.1±0.8 μmol CO2·m-2·s-1,是瓜子金和蔓九节Pmax的3～4倍),更适应冠层中下部低温、高湿、弱光照环境.这些结构同时会导致白背瓜馥木和山蒌蒸腾速率提高(两者分别为0.67±0.10 mmol H2O和0.74 +0.13 mmol H2O),WUE下降(分别为4.4±1.01μmol CO2/mmol H2O和3.4±0.9 μmol CO2/mmol H2O,仅为瓜子金和蔓九节WUE的30％ -48％).这表明着生在林冠层不同部位的附生植物叶片形态结构特征随着光合有效辐射、温度、湿度等微环境因子的变化表现出显著的差异,并致使各自的生理生态功能发生了相应的适应,是植物适应环境条件的重要表现.     

Effects of different levels of nitrogen fertilization on soil respiration during growing season in winter wheat (Triticum aestivum)

 在目前全球氮沉降不断增加的背景下, 研究农田土壤呼吸对氮沉降的响应有助于理解未来生态系统碳循环对全球变暖的潜在影响。为探讨不同施氮浓度对华东地区冬小麦(Triticum aestivum)生长期土壤呼吸的影响, 该实验设计了对照组(不施加氮肥)和3种浓度施氮处理组(低浓度施氮15 g·m^–2·a^–1, 中等浓度施氮30 g·m^–2·a^–1, 高浓度施氮45 g·m^–2·a^–1)。使用便携式土壤CO₂通量观测仪LI-8100测定不同施氮浓度处理下冬小麦生长期(2013年12月至2014年5月)的土壤呼吸速率, 并探讨土壤呼吸与土壤温度、湿度等环境因素的关系。结果表明: 低、中、高3种浓度施氮处理的土壤呼吸速率平均值分别为5.29、6.17和6.75 μmol·m^–2 ·s^–1, 与对照组(土壤呼吸速率平均值为4.90 μmol·m^–2·s^–1)相比, 分别增加了7.8%、23.6%和37.8%; 地上生物量分别增加39.9%、104.4%和200.2%, 并与冬小麦生长季的总土壤呼吸正相关。5 cm深度土壤的温度与土壤呼吸速率呈指数关系(p < 0.05), 土壤呼吸季节变化的65%–75%由土壤温度引起, 其温度敏感性为2.09–2.32。结果表明, 添加氮肥促进了植物的生长, 增加了生物量, 从而增加了冬小麦农田的土壤呼吸速率。     

低温弱光胁迫及恢复对切花菊光合作用和叶绿素荧光参数的影响

以切花菊品种‘神马’为试材,在偏低温弱光(16℃/12℃,PFD100μmol.m-2.s-1)和临界低温弱光(12℃/8℃,PFD60μmol.m-2.s-1)下分别胁迫11d,然后转入正常条件(22℃/18℃,PFD450μmol.m-2.s-1)恢复11d,研究不同低温弱光强度及恢复对菊花光合作用和叶绿素荧光参数的影响.结果表明:低温弱光导致菊花叶片的净光合速率(Pn)和气孔限制值(Ls)下降,而胞间CO2浓度(Ci)上升.偏低温弱光胁迫下菊花叶片暗适应下最大光化学效率(Fv/Fm)和初始荧光(Fo)无明显变化,但光适应下最大光化学效率(Fv′/Fm′)在处理前期略有下降,后期则有所回升;而临界低温弱光处理的Fo明显升高,Fv/Fm和Fv′/Fm′显著降低.PSⅡ光合电子传递量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)和表观光合电子传递速率(ETR)均随着低温弱光胁迫程度的增加和时间的延长而降低;偏低温弱光处理植株在解除胁迫后能迅速恢复到对照水平,而临界低温弱光处理植株回升速度较慢;同时,低温弱光胁迫下吸收光强用于分配光化学反应部分(Prate)的比例减少,而天线热耗散(Drate)和反应中心的能量耗散(Ex)比例上升,但天线热耗散为过剩光能的主要分配途径.     

田间条件下棉花幼叶光合特性及光保护机制

通过比较棉花(Gossypium hirsutum)幼叶和完全展开叶气体交换参数及叶绿素荧光特性的差异, 探讨高光强下幼叶的光抑制程度及明确光保护机制间的协调机理。在田间自然条件下, 以棉花刚展平的幼嫩叶片(幼叶)和面积已达到最大的完全展开叶片为研究对象, 通过测定不同发育阶段叶片气体交换参数及叶绿素a荧光参数的变化, 并运用Dual-PAM100对不同发育阶段的叶片进行快速光响应曲线的拟合。结果表明: 幼叶和完全展开叶片在光合、荧光特性方面表现出明显的差异。与完全展开叶相比, 较低的叶绿素(Chl)含量和气孔导度(G_s)是幼叶较低净光合速率(P_n)的限制因素, 从而直接导致其光系统II (PSII)实际光化学效率(Φ_PSII)和光化学猝灭系数(q_P)的降低。在1800 μmol·m^-2·s^-1光强以下, 完全展开叶具有较强的围绕PSI循环的电子流(CEF), 有利于合成ATP, 是其具有较高光合能力的原因之一。相同光强下, 幼叶较低的光饱和点(LSP)更易受光抑制, 但其PSII原初光化学效率(F_v/F_m)的日变化幅度显著小于完全展开叶, 说明强光下幼叶通过类胡萝卜素(Car)猝灭单线态氧、光呼吸(P_r)、热耗散(NPQ)以及PSI-CEF等光保护机制能有效地耗散过剩的光能, 从而避免其光合机构发生光抑制。     

短期增温和增加降水对内蒙古荒漠草原土壤呼吸的影响

利用红外辐射增温装置模拟短期持续增温和降水增加交互作用对内蒙古荒漠草原土壤呼吸作用的影响, 结果表明: 土壤含水量对月土壤呼吸的影响显著大于土壤温度增加的影响, 生长旺季的月土壤呼吸显著大于生长末季; 土壤温度和水分增加都显著影响日土壤呼吸, 但二者的交互作用对土壤呼吸无显著影响。荒漠草原7‒8月平均土壤呼吸速率为1.35 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 7月份为2.08 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 8月份为0.63 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1。土壤呼吸与地下各层根系生物量呈幂函数关系, 0‒10 cm土层的根系生物量对土壤呼吸的解释率(79.2%)明显高于10‒20 cm土层的解释率(31.6%)。0-10 cm土层的根系生物量是根系生物量的主体, 根系生物量对土壤呼吸的影响具有层次性。在未来全球变暖和降水格局变化的情景下, 荒漠草原土壤水分含量是影响生物量的主导环境因子, 而根系生物量的差异是造成土壤呼吸异质性的主要生物因素, 土壤含水量可通过影响根系生物量控制土壤呼吸的异质性。     

光照条件对‘寒富’苹果叶片结构和光合特性的影响

以‘寒富’苹果为试材,利用光学显微镜技术和气体交换等方法,研究了光照条件对盆栽和田间条件下‘寒富’苹果叶片结构和光合特性的影响.结果表明： 同种栽培方式下,与全光照条件相比,遮阴环境下‘寒富’苹果叶片的栅栏组织、海绵组织以及叶片总厚度均降低,其中,栅栏组织分别降低34.5%(盆栽)和25.0%(大田),叶片总厚度分别降低27.1%(盆栽)和18.3%(大田);遮阴环境下大田‘寒富’苹果叶片的光补偿点(LCP)最低,为(30.8±1.3） μmol·m^-2·s^-1,全光照比遮阴环境下叶片饱和光强分别高22.7%(盆栽)和48.2%(大田);盆栽不同光照环境下叶片对强光的适应能力不同,突然转入强光下,达到最大光合速率15.4 μmol·m^-2·s^-1(盆栽全光照)和12.7 μmol·m^-2·s^-1(盆栽遮阴)的光合启动时间不同,分别为23和33 min.表明长期遮阴影响‘寒富’苹果叶片质量及光合能力.     

Temporal expression of effects of varying nitrogen supply on canopy growth, photosynthesis and fruit production for Actinidia deliciosa vines in the field

The effects of varying nitrogen supply on canopy leaf area, response of leaf net photosynthesis (A_n) to quantum flux density (Q), and fruit yields of kiwifruit vines (Actinidia deliciosa var. deliciosa) were examined in a two-year field experiment. Vines were grown with 0, 250 or 750 kg N ha^?1 year^?1. The responses to nitrogen supply were compared with responses to shade, to examine the impact of reduced carbon assimilation on canopy leaf area and fruit yields. Nitrogen supply did not affect significantly any of the measured variables during the first season of the experiment. In the second season, canopy leaf area was reduced significantly where nitrogen supply was limited. The quantum efficiency of photosynthesis (φ_q) increased from 0. 03 mol CO₂ mol^?1 Q soon after leaf emergence to more than 0. 05 mol CO₂ mol^?1 Q during the middle of the growing season. The quantum saturated rate of A_n (A_sat) also increased during the season, from 7–10 μmol CO₂ m^?2 s^?1 soon after leaf emergence, to 15–20 (μmol CO₂ m^?2 s^?1 during the middle of the growing season. φ_q and A_sat increased significantly with nitrogen supply at all measurement times during the second season. For vines with high nitrogen, fruit yields in both seasons were similar, averaging 3. 05 kg m^?2. Fruit yields in the second season were reduced significantly where nitrogen supply was limited, due to reduced fruit numbers. The relative effects of reduced leaf area and reduced leaf photosynthesis for carbon assimilation by nitrogen deficient vines were examined using a mathematical model of canopy photosynthesis for kiwifruit vines. Simulations of canopy photosynthesis indicated that effects on leaf area and on leaf photosynthesis were of similar importance in the overall effects of nitrogen deficiency on carbon assimilation. The effects of nitrogen supply on fruit numbers (i. e. flower development) preceded the measured effects on carbon assimilation, indicating that the nitrogen supply affected carbon partitioning to reserves in the first season.     

Can light-saturated photosynthesis in lowland tropical forests be estimated by one light level?

Leaf-level net photosynthesis (A_n) estimates and associated photosynthetic parameters are crucial for accurately parameterizing photosynthesis models. For tropical forests, such data are poorly available and collected at variable light conditions. To avoid over- or underestimation of modeled photosynthesis, it is critical to know at which photosynthetic photon flux density (PPFD) photosynthesis becomes light-saturated. We studied the dependence of A_n on PPFD in two tropical forests in French Guiana. We estimated the light saturation range, including the lowest PPFD level at which A_sat (A_n at light saturation) is reached, as well as the PPFD range at which A_sat remained unaltered. The light saturation range was derived from photosynthetic light-response curves, and within-canopy and interspecific differences were studied. We observed wide light saturation ranges of A_n. Light saturation ranges differed among canopy heights, but a PPFD level of 1,000 µmol m⁻² s⁻¹ was common across all heights, except for pioneer trees species that did not reach light saturation below 2,000 µmol m⁻² s⁻¹. A light intensity of 1,000 µmol m⁻² s⁻¹ sufficed for measuring A_sat of climax species at our study sites, independent of the species or the canopy height. Because of the wide light saturation ranges, results from studies measuring A_sat at higher PPFD levels (for upper canopy leaves up to 1,600 µmol m⁻² s⁻¹) are comparable with studies measuring at 1,000 µmol m⁻² s⁻¹.     

Acclimation of photosynthetic capacity to irradiance in tree canopies in relation to leaf nitrogen concentration and leaf mass per unit area

The observation of acclimation in leaf photosynthetic capacity to differences in growth irradiance has been widely used as support for a hypothesis that enables a simplification of some soil‐vegetation‐atmosphere transfer (SVAT) photosynthesis models. The acclimation hypothesis requires that relative leaf nitrogen concentration declines with relative irradiance from the top of a canopy to the bottom, in 1 : 1 proportion. In combination with a light transmission model it enables a simple estimate of the vertical profile in leaf nitrogen concentration (which is assumed to determine maximum carboxylation capacity), and in combination with estimates of the fraction of absorbed radiation it also leads to simple ‘big‐leaf’ analytical solutions for canopy photosynthesis. We tested how forests deviate from this condition in five tree canopies, including four broadleaf stands, and one needle‐leaf stand: a mixed‐species tropical rain forest, oak (Quercus petraea (Matt.) Liebl), birch (Betula pendula Roth), beech (Fagus sylvatica L.) and Sitka spruce (Picea sitchensis (Bong.) Carr). Each canopy was studied when fully developed (mid‐to‐late summer for temperate stands). Irradiance (Q, µmol m^?2 s^?1) was measured for 20 d using quantum sensors placed throughout the vertical canopy profile. Measurements were made to obtain parameters from leaves adjacent to the radiation sensors: maximum carboxylation and electron transfer capacity (V_a, J_a, µmol m^?2 s^?1), day respiration (R_da, µmol m^?2 s^?1), leaf nitrogen concentration (N_m, mg g^?1) and leaf mass per unit area (L_a, g m^?2). Relative to upper‐canopy values, V_a declined linearly in 1 : 1 proportion with N_a. Relative V_a also declined linearly with relative Q, but with a significant intercept at zero irradiance (P < 0·01). This intercept was strongly related to L_a of the lowest leaves in each canopy (P < 0·01, r² = 0·98, n= 5). For each canopy, daily lnQ was also linearly related with lnV_a(P < 0·05), and the intercept was correlated with the value for photosynthetic capacity per unit nitrogen (PUN: V_a/N_a, µmol g^?1 s^?1) of the lowest leaves in each canopy (P < 0·05). V_a was linearly related with L_a and N_a(P < 0·01), but the slope of the V_a : N_a relationship varied widely among sites. Hence, whilst there was a unique V_a : N_a ratio in each stand, acclimation in V_a to Q varied predictably with L_a of the lowest leaves in each canopy. The specific leaf area, L_m(cm² g^?1), of the canopy‐bottom foliage was also found to predict carboxylation capacity (expressed on a mass basis; V_m, µmol g^?1 s^?1) at all sites (P < 0·01). These results invalidate the hypothesis of full acclimation to irradiance, but suggest that L_a and L_m of the most light‐limited leaves in a canopy are widely applicable indicators of the distribution of photosynthetic capacity with height in forests.     

High rates of net ecosystem carbon assimilation by Brachiara pasture in the Brazilian Cerrado

To investigate the consequences of land use on carbon and energy exchanges between the ecosystem and atmosphere, we measured CO₂ and water vapour fluxes over an introduced Brachiara brizantha pasture located in the Cerrado region of Central Brazil. Measurements using eddy covariance technique were carried out in field campaigns during the wet and dry seasons. Midday CO₂ net ecosystem exchange rates during the wet season were ?40 μmol m^?2 s^?1, which is more than twice the rate found in the dry season (?15 μmol m^?2 s^?1). This was observed despite similar magnitudes of irradiance, air and soil temperatures. During the wet season, inferred rates of canopy photosynthesis did not show any tendency to saturate at high solar radiation levels, with rates of around 50 μmol m^?2 s^?1 being observed at the maximum incoming photon flux densities of 2200 μmol m^?2 s^?1. This contrasted strongly to the dry period when light saturation occurred with 1500 μmol m^?2 s^?1 and with maximum canopy photosynthetic rates of only 20 μmol m^?2 s^?1. Both canopy photosynthetic rates and night‐time ecosystem CO₂ efflux rates were much greater than has been observed for cerrado native vegetation in both the wet and dry seasons. Indeed, observed CO₂ exchange rates were also much greater than has previously been reported for C₄ pastures in the tropics. The high rates in the wet season may have been attributable, at least in part, to the pasture not being grazed. Higher than expected net rates of carbon acquisition during the dry season may also have been attributable to some early rain events. Nevertheless, the present study demonstrates that well‐managed, productive tropical pastures can attain ecosystem gas exchange rates equivalent to fertilized C₄ crops growing in the temperate zone.