贝壳堤岛旱柳光合效率的土壤水分临界效应及其阈值分级

为阐明黄河三角洲贝壳堤岛旱柳(Salix matsudana)叶片光合效率对土壤水分的适应机制, 明确其水分阈值效应, 以二年生旱柳为材料, 采用人工给水与自然耗水相结合获取系列水分梯度的方法, 测定分析贝壳砂生境下旱柳叶片光合效率参数对土壤水分的响应特征及其生产力分级。结果表明: 旱柳叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)及光合光响应参数具有明显的水分临界效应。(1) P_n、T_r、WUE和潜在水分利用效率均随土壤水分的降低先升高后下降, 但各指标水分临界值表现不同步, 其中P_n水分气孔限制转折点和水分补偿点分别出现在相对含水量(W_r)为42.9%和14.4%时; P_n和T_r的水分饱和点为73.1%和68.9%, WUE水分高效点为80.1%; (2)水分胁迫下旱柳叶片具有明显的光抑制现象, 可通过减弱对光的利用来适应水分逆境。随土壤水分的增加, 表观量子效率(AQY)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(P_nmax)表现为先升高后降低, 但光补偿点(LCP)相反。P_n、AQY、LSP、P_nmax和暗呼吸速率(R_d)均表现为渍水胁迫明显高于干旱胁迫。W_r为69.1%时, LCP达到较低值(18.6 µmol∙m ^-2∙s^-1), AQY最高(0.05), 利用弱光能力较强。W_r为80.9%时, LSP达到最高(1775 µmol∙m ^-2∙s^-1), 光照生态幅最宽, 光能利用效率最高, 水分对光强的补偿效应显著; (3)采用临界值分类法确定出贝壳砂生境下旱柳光合效率的5级水分阈值, 73.1%_r<80.1%范围内为高产高效水, 此时旱柳具有较高的光合能力和高效生理用水特性。贝壳砂生境内旱柳表现出一定的耐水湿而不耐干旱的适应特性, 在干旱缺水的贝壳堤岛滩脊地带栽植时需充分考虑其水分环境。     

帽儿山温带落叶阔叶林净生态系统碳交换的日变化及光响应特征

光合有效辐射(PAR)是影响白天净生态系统碳交换(NEE)变化的主要环境因子,但坡面地形水平测量的PAR与超声风速仪倾斜校正后的NEE坐标系统并不匹配。本研究以平均坡度9°、坡向296°的帽儿山温带落叶阔叶林为例,研究2016年生长季(5—9月)NEE的日变化规律及其驱动因子,评估水平和坡面平行辐射表测量PAR在光响应参数估计以及其他驱动因子对NEE解释方面的差异。结果表明: 生长季各月NEE日变化均呈上、下午不对称的单峰曲线,NEE日出约2.5 h后变为负值(净碳吸收),在12:00左右达到峰值,日落前2 h再次接近零。日吸收峰7月最大,5月最小。从整个生长季来看,坡面平行与水平测量PAR的时滞和差异导致通过水平辐射表测得的PAR值拟合得到的光合量子效率(α)和白天呼吸速率(R_d)分别增大13.3%和11.5%,最大光合效率(A_max)降低7.7%;上午与下午的NEE光响应曲线不对称,下午的R_d和A_max均大于上午。光响应参数还受天气条件影响,多云A_max大于晴天,但α和R_d大多小于晴天。但逐月来看,水平测量辐射的A_max和R_d普遍低于倾斜测量辐射的值,尤其是多云下午的A_max。辐射表安装方式还影响空气温度(T_a)与饱和水汽压差(VPD)对NEE的解释,除9月T_a外,基于坡面平行辐射表的全天NEE残差与T_a和VPD的相关性(r为0.082～0.219和0.162～0.282)高于基于水平辐射表的NEE残差(r为0.013～0.197和0.098～0.224)。本研究表明,倾斜地形水平测量PAR可对NEE的环境解释带来明显误差,这对山地植被辐射测量方法以及陆地生态系统碳通量的科学解释具有重要意义。     

干旱-复水-再干旱处理对玉米光合能力和生长的影响

为了探求玉米(Zea mays)光合作用和生长对重复干旱的响应机制, 采用盆栽试验, 分别测定了不同程度土壤干旱处理3周时、随后复水1周时以及再次不同程度干旱处理3周时玉米幼苗光合参数和生长的变化。第一次土壤干旱处理后, 重度干旱处理显著降低玉米株高、单株总叶面积、地上部分及根系生物量以及叶片的蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、净光合速率(P_n)和最大净光合速率(A_max), 但显著提高光补偿点和暗呼吸速率; 中度干旱处理同样显著降低玉米株高、叶面积和地上部分生物量, 但对根系生物量无影响, 因而根冠比增大, 对上述光合参数的负效应也不具有显著性。复水可使前期经受中度和重度干旱处理的玉米植株的光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长的植株的水平, 但株高和叶面积没有恢复到对照水平。当玉米再次经受水分亏缺处理时, 与只遭受第二次中度或重度干旱处理的植株相比, 经历过前期中度干旱处理的植株的株高、生物量和光合参数没有显著变化, 但叶面积显著下降; 经历过前期重度干旱处理植株的T_r、G_s、C_i、P_n、A_max和表观量子效率显著升高, 而株高、叶面积和生物量显著降低。综上所述, 第一次重度干旱处理显著降低玉米叶片的光合能力和生长, 复水可使光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长植株的水平, 但不能消除前期干旱对生长产生的不利影响。前期中度干旱可以刺激玉米根系的生长和显著提高根冠比, 有利于提高对二次干旱的抵抗能力, 并使总的生物量保持在对照水平, 而前期重度干旱处理虽然在光合作用上能提高植株对二次干旱的抵御能力, 但不能弥补前期干旱处理对生长的不利影响。因此, 在生产实践中, 如果进行抗旱锻炼, 应限制在中度干旱水平, 避免重度干旱。     

太行山南麓栓皮栎和刺槐光合作用-CO2响应模拟

采用便携式光合仪(Li-6400XT)对太行山南麓栓皮栎、刺槐2个树种叶片光合作用-CO₂响应曲线进行测定,利用直角双曲线模型(RH)、非直角双曲线模型(NRH)以及直角双曲线的修正模型—叶子飘模型(YZP)进行曲线拟合,并对3种光合模型的拟合参数(最大净光合能力A_max、初始羧化速率η、光呼吸速率R_p、CO₂补偿点CCP和CO₂饱和点CSP)进行比较.结果表明: 与NRH和YZP模型相比,RH模型所得的A_max、η、R_p和CCP较高,分别高出实测值59.8%、128.6%、133.4%和19.8%.与RH模型和YZP模型相比,NRH模型拟合得出的A_max较大,高于实测值11.1%,η、R_p和CCP接近于实测值.YZP模型能较好地模拟光合作用对CO₂的饱和现象,在A_max和CSP的拟合效果上较好.栓皮栎阴叶的A_max、R_p和CCP比阳叶分别低31.3%、5.2%和14.3%.刺槐阴叶的A_max、R_p和CCP分别高出阳叶23.5%、11.0%和5.4%.栓皮栎、刺槐阴叶的η分别比阳叶高6.9%和7.0%.刺槐叶片的R_p和CCP与温度、光强均具有显著线性关系,η与气孔导度(g_s)具有显著线性关系.栓皮栎叶片的η与光强和气孔导度具有显著线性关系,CCP主要受温度和湿度影响.栓皮栎叶片的A_max与相对湿度和g_s具有显著的正线性相关关系.     

太行山南麓栓皮栎和刺槐光合作用-CO2响应模拟

采用便携式光合仪(Li-6400XT)对太行山南麓栓皮栎、刺槐2个树种叶片光合作用-CO₂响应曲线进行测定,利用直角双曲线模型(RH)、非直角双曲线模型(NRH)以及直角双曲线的修正模型—叶子飘模型(YZP)进行曲线拟合,并对3种光合模型的拟合参数(最大净光合能力A_max、初始羧化速率η、光呼吸速率R_p、CO₂补偿点CCP和CO₂饱和点CSP)进行比较.结果表明: 与NRH和YZP模型相比,RH模型所得的A_max、η、R_p和CCP较高,分别高出实测值59.8%、128.6%、133.4%和19.8%.与RH模型和YZP模型相比,NRH模型拟合得出的A_max较大,高于实测值11.1%,η、R_p和CCP接近于实测值.YZP模型能较好地模拟光合作用对CO₂的饱和现象,在A_max和CSP的拟合效果上较好.栓皮栎阴叶的A_max、R_p和CCP比阳叶分别低31.3%、5.2%和14.3%.刺槐阴叶的A_max、R_p和CCP分别高出阳叶23.5%、11.0%和5.4%.栓皮栎、刺槐阴叶的η分别比阳叶高6.9%和7.0%.刺槐叶片的R_p和CCP与温度、光强均具有显著线性关系,η与气孔导度(g_s)具有显著线性关系.栓皮栎叶片的η与光强和气孔导度具有显著线性关系,CCP主要受温度和湿度影响.栓皮栎叶片的A_max与相对湿度和g_s具有显著的正线性相关关系.     

水分对苜蓿叶片光合特性的影响

采用田间试验, 对每茬灌水3次(W₃)、2次(W₂)、1次(W₁)和不灌水(W₀)四种条件下的土壤水分, 苜蓿(Medicago sativa)叶片的叶绿素荧光参数、气孔导度(G_s)、净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)进行测定。结果表明, 灌水提高了苜蓿叶片的原初光能转换效率(F_v/F_m)、P_n和T_r, 并随着灌水量的增加而增加。苜蓿叶片的F_v/F_m、P_n和T_r的日均值与土壤含水量均呈极显著正相关关系。苜蓿叶片的P_n与F_v/F_m和光合有效辐射(PAR)的乘积呈正相关关系。灌水还改变了苜蓿叶片P_n的日变化格局。灌水较多的处理(W₃和W₂), 苜蓿叶片没有出现光合“午休”现象,P_n的日变化趋势呈现“单峰”型。而灌水较少和不灌水的处理(W₁和W₀), 苜蓿叶片出现了明显的光合“午休”现象, 其P_n的日变化进程呈现“双峰”型。在相同的水分条件下, 初花期苜蓿叶片的P_n高于再生期的, T_r则相反。     

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。     

山杏叶片光合生理参数对土壤水分和光照强度的阈值效应

以半干旱黄土丘陵区主要灌木树种山杏(Prunus sibirica)为试验材料, 应用CIRAS-2型光合作用仪测定不同土壤质量含水量(W_m)下山杏叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)及水分利用效率(WUE)的光响应过程, 探讨山杏光合特性对土壤水分和光照条件的适应性。结果表明: P_n、T_r及WUE对W_m和光照强度的变化有明显的阈值响应。随着W_m (6.5%-18.6%)的递增, 光补偿点降低, 光饱和点、表观量子效率和最大净光合速率均升高; 在W_m为18.6%时, 山杏利用弱光和强光的能力最强, 光照生态幅最宽。随着W_m (9.2%-18.6%)的递增, P_n、T_r有明显升高的趋势, 水分过高或过低, 两者均呈现下降趋势; 山杏对光照环境的适应性较强, 在光合有效辐射为800-1 200 µmol∙m^-2∙s^-1时, P_n和WUE都具有较高水平, 饱和光强在983-1 365 µmol∙m ^-2∙s^-1之间。以光合生理参数为指标对山杏土壤水分有效性及生产力进行分级与评价, 确定W_m < 9.2%或W_m > 22.3%时为“低产中效水”; W_m在20.5%-22.3%和9.2%-12.9%时, 分别为“中产低效水”和“中产中效水”; W_m在12.9%-20.5%时为“高产高效水”。其中W_m为18.6%时为“最佳产效水”, 对应光强为1 365 µmol∙m^-2∙s^-1。     

东北主要树种光合作用可行的离体测定方法

树木光合作用的测定常因植株高大而难以开展, 其中离体测定是解决途径之一。但离体测定的方法及其可靠性因树种而异。选取东北东部温带森林中特性各异的7种主要树种: 针叶树(红松(Pinus koraiensis)、长白落叶松(Larix olgensis))、散孔材(白桦(Betula platyphylla)、胡桃楸(Juglans mandshurica))和环孔材(水曲柳(Fraxinus mandshurica)、黄榆(Ulmus macrocarpa)、蒙古栎(Quercus mongolica)), 首先采用光合速率恢复到光合诱导前稳定值90%的时间(T₉₀)长短和叶片蒸腾速率(E)的大小评估离体叶片水分供应状况及其光合活力, 以此确定较优的离体测定方案; 同时, 观测离体叶片的光合活力稳定时间; 最后通过比较原位测定和采用所确定的较优离体方案测定的各树种叶片气体交换参数, 论证采用离体测定光合作用的可靠性。结果表明: 除蒙古栎外的6个树种的离体叶片均具有较高、较稳定的水分供应和光合活力。离体枝条或复叶插入水中, 环剥去除切口处3 cm左右的韧皮部和剩余叶片的方法, 是这6个温带树种叶片光合能力的较优离体测定方法。6个树种叶片的T₉₀受树木特性的影响而差异显著(p < 0.05), 其中环孔材树种的T₉₀显著高于散孔材和针叶树种。6个树种离体叶片在1 h内均有较高、较稳定的水分供应和光合活力。在此期间离体所测得的绝大多数叶片的气体交换参数与其原位测定值之间的差异不显著。该研究提出了可行的树木叶片光合作用的离体测定方案, 适用于蒙古栎以外的其他6个温带树种。     

晋西黄土区典型乔灌木短期水分利用效率对环境因子的响应

为明确晋西黄土区植物的水分利用规律及对半干旱区的适应策略, 提高黄土地区植被建设效益, 该研究对该地区典型乔灌木短期水分利用效率随环境因子的变化进行了探究。以典型乔木油松(Pinus tabuliformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)及其林下灌木黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)为研究对象, 测定叶片可溶性糖稳定碳同位素比值(δ¹³C_leaf)与枝条渗出液稳定碳同位素比值(δ¹³C_branch), 使用δ¹³C_leaf推导计算7-10月叶片尺度下植物短期水分利用效率(WUE_leaf)变化趋势, 使用δ¹³C_branch明确植物光合作用后分馏情况, 确定半干旱区植物在生长季的水分变化规律对环境因子变化的响应。结果表明: (1) 7-10月4种植物δ¹³C_leaf总体呈现降低趋势, δ¹³C_branch呈现先升高后降低趋势。δ¹³C_leaf在种间和生活型中均存在差异。具体表现为: 灌木>乔木, 常绿乔木(油松) >落叶乔木(刺槐)。研究过程中未发现明显的碳同位素在光合作用后发生分馏的情况。(2) 4种植物WUE_leaf在7-8月保持稳定, 9-10月逐渐升高。21.5 ℃、0.9 kPa、52.4%分别为WUE_leaf随温度(T_a)、饱和水汽压差(VPD)、相对湿度(RH)变化的突变点, 突变点之后4种植物WUE_leaf均表现出稳定的变化趋势, 不再随T_a、VPD、RH升高而降低。(3) WUE_leaf与T_a、RH、VPD之间存在显著负相关关系, T_a通过非气孔因素, 即酶的作用改变光合速率, 引起WUE_leaf变化。RH、VPD等水分因子则通过改变气孔开度, 影响蒸腾, 进而改变WUE_leaf。随着土壤含水量(SWC)的升高, WUE_leaf呈现先升高后降低的趋势。油松林和刺槐林在SWC分别达到15%-18%、13%-14%时, WUE_leaf达到最高值。经过混合线性模型(LMM)分析得到, 油松和刺槐WUE_leaf主导环境因子分别为RH和VPD, 黄刺玫和杠柳WUE_leaf主导环境因子均为T_a。该研究得到了黄土地区典型乔灌木生长季水分利用效率变化的规律和主要环境影响因子, 明确了黄土地区植物对气候因子变化的适应机制。     

Responses of water use efficiency of 9 plant species to light and CO2 and their modeling

Photosynthesis coupled with transpiration determines water use efficiency (WUE) at leaf level, and the responses of WUE controlled by gas exchanges through stomata to environment are the basis of carbon and water cycles in the ecosystem. In this paper, by using Li-6400 Portable Photosynthesis System (LI-COR), WUE at leaf level was analyzed under controlled photosynthetic photons flux density (PPFD) and CO₂ concentration conditions across 9 plant species including maize (Zea mays), sorghum (Sorghum vulgare), millet (Setaria italica), soybean (Glycine max), peanut (Arachis phyogaea), sweet potato (Ipomoea batatas), rice (Oryza sativa), Masson pine (Pinus massoniana) and Schima superba. We had developed a new model to estimate the water use efficiency in response to the combined effects of light and CO₂ concentration. Our measured data validated that this model could simulate the changes of water use efficiency very well under combined effect of light and CO₂ concentration. It could be used to estimate contribution of photosynthesis increase and transpiration decline on water use efficiency with the rising of CO₂ concentration. Great differences in water use efficiency occurred in these different plant species under various CO₂ concentration levels. Based on water use efficiency at regional scale, we concluded that plants should be separated into C₃ plants and C₄ plants, and furthermore, C₃ plants should be separated into herbaceous plants and woody plants. Our separation criteria would do a great favor in modeling the evapotranspiration of terrestrial ecosystem with carbon and water balance.     

Functional Analysis of the Intrathalline and Intracellular Chlorophyll Concentrations in the Lichen Family Umbilicariaceae

Intrathalline and intracellular chlorophyll concentrations togetherwith thallus structure were studied in 12 species of the lichenfamily Umbilicariaceae in order to explore pigment limitationsfor light absorption and for maximum rates of net photosynthesis(A_max). Species from high light environments tended to haverelatively low chlorophyll concentrations and vice versa. Chlorophyllconcentration on a surface area basis of all species studiedwas sufficient to absorb 80–99% of the incident light,which led us to believe that chlorophyll concentration was nota limiting factor for A_max. A_maxof Umbilicariaceae was smallerthan A_maxof leaves of vascular plants, both on a dry weightand on a surface area basis. These differences slightly decreasedbut did not disappear when referred to the chlorophyll concentrationof the photosynthetic tissues, but reference units had a confoundingeffect in the comparisons. Differences in A_maxon a dry weightbasis between Umbilicariaceae and vascular plants disappearedwhen comparisons were made with the whole plant and not simplywith the leaf. We found a significant, inverse relationshipbetween amount of alga and chlorophyll concentration withinthe algal cells in the lichens studied. This was interpretedas a mechanism to avoid pigment self-shading within the algallayer, distributing more efficiently the photosynthetic pigmentsover a given surface area, and is the first indication of sucha mechanism in lichens. It is suggested that thallus structureand physiology have a larger influence on the observed low A_maxofthe lichens studied than chlorophyll content. Algal cells; chlorophyll concentration; lichens; light harvesting; net photosynthesis; stereology; thallus structure; Umbilicariaceae     

Differences in gas exchange contribute to habitat differentiation in Iberian columbines from contrasting light and water environments

During photosynthesis, respiration and transpiration, gas exchange occurs via the stomata and so plants face a trade‐off between maximising photosynthesis while minimising transpiration (expressed as water use efficiency, WUE). The ability to cope with this trade‐off and regulate photosynthetic rate and stomatal conductance may be related to niche differentiation between closely related species. The present study explored this as a possible mechanism for habitat differentiation in Iberian columbines. The roles of irradiance and water stress were assessed to determine niche differentiation among Iberian columbines via distinct gas exchange processes. Photosynthesis–irradiance curves (P–I curves) were obtained for four taxa, and common garden experiments were conducted to examine plant responses to water and irradiance stress, by measuring instantaneous gas exchange and plant performance. Gas exchange was also measured in ten individuals using two to four field populations per taxon. The taxa had different P–I curves and gas exchange in the field. At the species level, water stress and irradiance explained habitat differentiation. Within each species, a combination of irradiance and water stress explained the between‐subspecies habitat differentiation. Despite differences in stomatal conductance and CO₂ assimilation, taxa did not have different WUE under field conditions, which suggests that the environment equally modifies photosynthesis and transpiration. The P–I curves, gas exchange in the field and plant responses to experimental water and irradiance stresses support the hypothesis that habitat differentiation is associated with differences among taxa in tolerance to abiotic stress mediated by distinct gas exchange responses.     

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。     

不同植物叶片水分利用效率对光和CO2的响应与模拟

植物叶片水分利用效率的高低取决于气孔控制的光合作用和蒸腾作用两个相互耦合的过程,模拟水分利用效率对环境变化的响应特征和机制是理解生态系统碳循环和水循环及其耦合关系的基础.研究通过人工控制光强和CO2浓度,对叶片水分利用效率进行了研究.提出了植物水分利用效率在光强和CO2浓度共同作用下的估算模型.数据分析表明,该模型在包括C3和C4植物、草本和木本植物在内的9种植物上能很好地模拟水分利用效率对光强和CO2浓度共同作用的响应.该模型可以用于估算CO2浓度升高条件下光合速率的提高和蒸腾速率的降低对水分利用效率提高的贡献量.CO2浓度变化条件下,水分利用效率在不同植物之间有巨大差异,研究区域尺度植物的水分利用效率时至少需要将植物区分为C4植物和C3植物,其中C3植物区分为草本和木本植物3种生态功能型才能较为准确地估算植物的整体水分利用效率.应用本研究提出的水分利用效率估算模型和植物水分利用效率生态功能型分类标准,可以为建立以植物的水分利用效率为基本参数的陆地生态系统水循环模型和陆地生态系统生产力模型提供重要依据.     

香根草及其伴生种圆果雀稗光合特性比较研究

在人工控制有效光合辐射增强的条件下,测量了香根草与其伴生种圆果雀稗的光合特性,对比分析两者的光合速率、蒸腾速率、水分利用率和气孔导度对有效光合辐射增强的响应。结果表明,伴生种圆果雀稗的光合能力、蒸腾能力等光合特性都比香根草的强,两者的光合速率、蒸腾速率和气孔导度差异极显著(P<0.01),而圆果雀稗的水分利用率却低于香根草,表明香根草可能因在水分利用中占据优势而成为优势种,圆果雀稗仅为伴生种。     

土壤水分对湿地松幼苗光合特征的影响

通过设置常规供水(CK)、轻度干旱(T1)、水饱和(T2)、水淹(T3)4个处理组,研究湿地松当年实生幼苗在不同土壤水分条件下的光合生理响应及叶绿素荧光特性。结果表明:不同水分处理对湿地松幼苗的叶片气体交换参数、水分利用效率(WUE)、光合色素、叶绿素荧光参数等指标有不同的影响;其中,T3的光合色素含量最低;T2、T3组的湿地松幼苗表现出较低的净光合速率(Pn)、电子传递速率(ETR)和PSⅡ光化学的量子效应(ΦPSⅡ),但与其他耐水淹植物相比,T3条件下的湿地松幼苗仍具有较高的Pn,说明湿地松幼苗具有较强的耐水淹能力;在T1条件下,湿地松幼苗具有较高的WUE和较低的蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)以对抗干旱的逆境,其Pn、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、ETR和ΦPSII均有所下降,但仍能维持在相对正常的水平。研究证明,湿地松幼苗具有一定的耐淹耐旱特性,可运用于三峡库区消落带的植被重建。     

塔里木沙漠公路防护林3种植物光合特性对干旱胁迫的响应

利用Li-6400光合作用系统在沙漠腹地测定分析塔里木沙漠公路防护林植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)光合特性对干旱胁迫的响应,探讨了水分亏缺对防护林植物光合积累的影响作用。结果显示:沙拐枣的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、光能利用效率及潜在光合作用能力对水分亏缺最敏感,而柽柳则最不敏感;不同处理下3种植物光合特性变化的差异表明,不同植物对水分亏缺有着不同的响应变化和适应方式;此外,干旱胁迫未提高3种植物的水分利用效率,反而降低了其光能利用效率;C3植物多枝柽柳在干旱高温条件下保持着比C4植物梭梭和沙拐枣更为稳定的光合积累和水分利用效率,说明部分C3植物具备不弱于C4荒漠植物的干旱耐受适应能力;虽然水分亏缺对3种植物的光合作用能力均存在不同程度抑制作用,但未对其光合积累造成不可逆转的影响。可见3种植物都有很强的干旱适应与耐受能力,这种能力表明沙漠公路防护林的灌溉管理还有进一步的节水空间。     

巨桉与5种木本植物幼树的耗水特性及水分利用效率的比较

巨桉因生长迅速且经济效益高,在我国南方被广泛用于营造短周期工业原料林,但其蒸腾耗水状况与其他常见或乡土树种存在怎样的差异,大面积种植是否会改变栽培区原有的水分平衡,是一个尚未明确的问题。利用LI-6400光合作用仪测定了巨桉与其他5种木本植物在不同光强、温度、湿度下的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE),用称重法测定了参试植物载叶量、生物量和耗水量,并对这些树种的蒸腾耗水特性进行了评价。结果表明:(1)相同环境条件下,巨桉的Tr最大,WUE最低,单位质量耗水量最多,单株蒸腾耗水量远高于其他树种,其明显较大的叶面积可能是重要原因之一,虽然其Pn仅次于杨树,生物量积累最大,因此为高光合、高蒸腾、低水分利用效率植物。(2)阔叶树种的Pn和Tr明显高于针叶树种,而WUE低于针叶树种。(3)环境因子(光照强度、温度和湿度)对植物Pn、Tr和WUE的影响较大,其中Pn主要受光照强度影响,Tr对湿度最为敏感,一般情况下WUE随湿度的增大而升高。在试验设置的温度范围(24—32℃)内,光合作用变化幅度不大。光照强度800μmol.m-.2s-1和温度28℃最有利于参试植物的光合作用。(4)巨桉等速生树种较强的光合作用使其生长迅速,固碳潜力大,但其高蒸腾和低水分利用效率的特点意味着在栽培区替代原有植被进行大规模造林时,可能会消耗更多的水资源而对生态环境造成一定的不利影响,因此在发展巨桉人工林时应选择水分条件好的区域(尤其是年降雨量充沛且季节间分配相对均匀的地区),并进行科学的经营管理。     

土壤水分对不同季节番茄叶片水和二氧化碳交换特性的影响

以番茄品种“L402”为试材,研究了土壤水分对不同季节番茄光合及蒸腾特性的影响.结果表明:全生育期内春番茄光合速率（P_n）和蒸腾速率（T_r）均以土壤相对含水量80％处理最高,65％处理次之,50％处理最低;土壤水分降低,显著改变了番茄P_n和T_r的日变化动态,导致光合午休加重;叶片水分利用效率（WUE）以65％处理最高.冬番茄在全生育期内P_n和T_r以50％处理最低,但65％和80％处理无显著差异,且均无光合午休;WUE则以50％处理最高,80％处理最低,说明不同季节番茄对土壤水分的反应存在显著差异.春番茄与冬番茄的P_n及T_r日变化规律显著不同,且在相同土壤水分条件下,春番茄P_n及T_r显著高于冬番茄.