引黄灌区次生盐碱地速生杨光谱与光合特性对不同秸秆层的响应

在宁夏引黄灌区次生盐碱地,设置了填埋秸秆层(B)、覆盖秸秆层(M)、填埋配合覆盖秸秆层(B+M)和无任何处理(空白对照,CK)共4种处理,通过随机区组试验,在土壤水盐变化的基础上,通过分析速生杨光谱及光合特性对秸秆层响应,探究不同秸秆层的植物光合速率、色素含量、营养状况以及受胁迫等情况,以期更准确的反应出各处理的改良效果及植被恢复情况。研究结果表明:(1)秸秆层有助于提升灌区次生盐碱地速生杨的光谱与光合等生理状况。B、M和B+M均能显著提升速生杨叶片的最大净光合速率与饱和光强,其中,B和B+M还能够明显降低速生杨叶片的光补偿点和暗呼吸速率,M则不能。B和B+M均显著提高速生杨叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合参数。另外,B+M的速生杨叶片光合色素含量最高,营养状况最好,其他光谱参数结果与CK相比都有显著提高。处理B和M也可以显著提高速生杨叶片光合色素含量和营养状况,但效果均不如B+M。(2)B与B+M均能降低不同时期的土壤盐分含量,但B+M在不同时期提高土壤含水量的效果均高于B。M也能降低土壤盐分和提升土壤含水量,但不同时期的效果均不如处理B+M。综合试验结果,在引黄灌区次生盐碱地,不同秸秆层均能不同程度的调节土壤水盐变化,缓解水盐胁迫,提升速生杨光合与光谱特性,其中B+M作为秸秆层效果最佳。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

冠层高度对毛竹叶片光合生理特性的影响

借助LI-6400便携式光合作用系统,研究了冠层高度对不同林龄毛竹(Phyllostachys pubescens)叶片光合生理特性和水分利用效率(WUE)的季节性影响,为促进毛竹林碳汇能力和生产力提升的林分结构调整等可持续栽培技术提供理论依据。结果表明:(1)出笋期,不同竹龄毛竹叶片净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)的日均值呈现出冠层上部小于冠层下部的梯度变化趋势,且2a生毛竹不同冠层Pn日均值大于3a生毛竹;孕笋行鞭期,不同林龄毛竹各时间点Pn值和日均值、以及2年生毛竹各时间点的Tr值均为冠层上部大于冠层下部。各生长季节,不同林龄毛竹个体叶片的气孔导度(Gs)均与Tr的变化趋势一致。(2)2年生毛竹各季节仅冠层上部叶片会出现"光合午休",而3年生毛竹仅于出笋期时各冠层叶片出现"光合午休"现象。(3)出笋期毛竹叶片WUE日均值随着冠层高度增加而增加,这种变化趋势不受竹龄影响;而孕笋行鞭期,仅2年生毛竹叶片WUE日均值随着冠层高度增加而下降。不同冠层高度的孕笋行鞭期毛竹叶片WUE日均值都显著高于出笋期;冠层高度对毛竹叶片气体交换特性和WUE的影响受生长发育关键期的季节因素影响,且毛竹叶片WUE与Gs之间存在负相关关系,其不受毛竹个体年龄和叶片冠层高度影响。(4)不同生长季节各冠层叶绿素a/b值均随着冠层高度下降而降低,不同林龄毛竹叶片叶绿素含量基本随着冠层自上而下呈逐渐增加的趋势。各生长季节,不同林龄个体叶片氮素含量、比叶重随冠层高度垂直变化趋势与叶片Pn日均值的垂直变化趋势一致。研究认为,毛竹不同冠层部位叶片通过改变形态、氮素含量来适应不同生长季节生长环境的变化,以便充分利用光能提高光合能力。     

樟子松幼苗生长及光合特性对强风沙流吹袭的响应

为了解樟子松幼苗对不同时间强风沙流吹袭的生理生态响应,2013年春季在内蒙古科尔沁沙地研究了8级大风风沙流(风速18m·s-1,风沙流强度173g·cm-1·min-1)吹袭10、20和30min下樟子松幼苗生长与光合特性的变化。结果显示:(1)随着风吹时间的增加,樟子松的株高生长量减少、茎粗生长加快,落叶数量增加,其中30min处理与CK相比的株高生长量下降52.63%,茎粗生长量增加233.30%,落叶指数增加466.70%。(2)风沙流吹袭没有改变樟子松幼苗的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度的日变化规律,但日光合峰值下降,日最大蒸腾速率增加;与CK相比,30min处理的日最大光合速率下降22.69%,日最大蒸腾速率增加11.89%。(3)随风吹时间增加,其叶片温度、叶片相对含水量、日均光合速率、水分利用效率下降,30min处理较CK依次下降0.60%、4.37%、28.57%和31.58%,且日均蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度增加,30min处理较CK依次增加6.25%、6.67%和12.60%。研究表明,在持续风沙流胁迫下,樟子松幼苗光合作用受到抑制,蒸腾耗水增加,水分利用效率降低;樟子松幼苗生长速率降低主要源于光合面积减少和光合作用受到抑制,而其光合速率下降主要因幼苗叶片叶温和叶片含水量下降所致,蒸腾速率的增加主要源于气孔导度的增加;为了适应风沙流持续吹袭的胁迫,樟子松幼苗采取了降低株高生长速率,加快茎粗生长速率的适应策略。     

花粒期光照对夏玉米光合特性和叶绿体超微结构的影响

在大田条件下,以夏玉米品种‘登海605’为试验材料,研究花粒期不同光照强度(正常光照、开花至收获期遮阴和开花至收获期增光)对夏玉米叶片光合、荧光性能和叶绿体超微结构的影响.结果表明:与对照相比,花粒期遮阴影响叶绿体排布及内部结构发育,基粒个数和基粒片层数均有不同程度减少,叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量下降,PSⅡ反应中心的实际光化学效率和最大光化学效率降低,非光化学淬灭系数数值增加,导致产量降低;增光后叶绿体结构良好,基粒片层排列紧致、清晰且数量增加,PSⅡ反应中心的实际光化学效率增加,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量上升,叶片光合性能增强,产量增加.即花粒期遮阴破坏了夏玉米叶片叶绿体超微结构,降低了叶片光合能力,产量下降;花粒期增光增加了叶肉细胞中叶绿体的基粒和基粒片层,导致基粒片层排列紧密有序,有利于增加作物产量潜力.     

大豆幼苗对套作玉米遮荫环境的光合生理生态响应

以2个耐荫性不同的大豆品种为材料,田间试验设置大豆单作和玉米-大豆套作2个种植模式处理,研究不同耐荫性大豆品种的幼苗光合生理生态特性对套作玉米遮荫环境的响应。结果表明:1)玉米-大豆套作模式中,玉米遮荫显著降低大豆冠层的光合有效辐射,导致大豆幼苗光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著下降(P0.05),分别达37.9%、54.2%和42.4%,但品种间无显著差异;而胞间二氧化碳浓度和Fv/Fm无显著变化,且光合速率的下降与气孔导度存在显著相关关系,光合速率下降主要是由气孔限制和CO2同化过程中能量不足所致;2)玉米遮荫显著降低大豆幼苗叶面积指数、叶片碳含量、叶片和根系干重及总生物量,且品种间差异显著,相关性分析显示,叶面积指数下降是导致生物量减少的主要原因;3)玉米遮荫环境中,大豆幼苗的叶片叶绿素和氮素含量提高以增强光捕获能力,但它们并不能补偿因光截获面积降低而引起的光截获量下降。     

拟单性木兰不同季节断根和剪枝后蒸腾和光合特性的变化

在2005年春季、夏季和秋季,对10a生拟单性木兰(Parakmeriaomeiensis)进行断根和剪枝处理,模拟移栽,用LICOR-6400测定了植株叶片的蒸腾速率、光合速率等生理指标,探讨这些生理指标对不同季节移栽成活率的影响。结果表明,春季处理后叶片能迅速关闭部分气孔,蒸腾速率和光合速率都减小,两者最低时约为对照的60%,生理机能的减弱有利于维持地上、地下部分的平衡,因而最有利于植株成活。夏季处理后叶片气孔导度显著增加,光合速率和蒸腾速率也随之增大,最高时约为对照的2倍左右,此时,若主要依靠剪枝来降低水分消耗,很难保证水分代谢平衡,移栽成活率低。秋季处理后植株叶片气孔导度高于对照,光合速率和蒸腾速率也增加,但增加幅度相对夏季较小,前期最高约增加40%,此时移栽可以通过适当的剪枝和增加土壤水分含量等措施提高成活率。可见,与水分相关的生理机能的调节机制,决定了移栽后的成活水平,即处理后能迅速调节自身生理机能、减少水分消耗的植株,成活率就高,反之就低。     

模拟大气硫酸铵污染对香樟幼苗生长及光合特性的影响

通过室内盆栽实验研究了大气颗粒污染物硫酸铵对香樟幼苗生长及光合特性的影响。结果表明,香樟幼苗叶片涂抹硫酸铵处理对植物生长无显著影响;低浓度硫酸铵(2 g·L^-1)提高了叶片叶绿素含量,而高浓度(4 g·L^-1)却降低了叶片叶绿素含量;与对照相比,低浓度处理的香樟叶片净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度与蒸腾速率无显著差异;高浓度处理的香樟叶片净光合速率与蒸腾速率高于对照,而气孔导度与胞间二氧化碳浓度与对照无显著差异。机理分析表明,硫酸铵颗粒物主要通过影响叶片气孔导度来影响植物光合特性。     

水杨酸和茉莉酸甲酯对丹参幼苗叶片显微结构、光合及非结构糖积累的影响

研究了水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理对丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)幼苗叶片显微结构、叶片光合能力及幼苗中非结构糖积累的影响.结果显示:SA处理增加了丹参幼苗叶片气孔密度;叶肉细胞排列紧密、体积减小,叶肉细胞内叶绿体数目减少,但叶绿体体积增大,叶绿体基粒片层结构的数目增加;叶片中叶绿素a、b含量、叶气孔导度、蒸腾速率以及净光合速率均增加;同时,幼苗根中和叶片中酸性转化酶活性降低,幼苗地上部分蔗糖含量及可溶性糖总量显著高于对照.MeJA处理减少了叶片气孔密度,气孔发育畸形;叶肉细胞间隙增大,栅栏细胞层数减少,叶肉细胞内叶绿体数目减少,叶绿体体积减小,叶绿体基粒片层结构被破坏;叶片中叶绿素a及类胡萝卜素含量、叶片的净光合速率低于对照,叶气孔导度、蒸腾速率增强;同时,幼苗根中及叶中酸性转化酶活性增加,幼苗根中蔗糖含量及可溶性糖总量显著低于对照.可见,SA处理能促进植物叶片显微结构发育,增强叶片光合能力,抑制蔗糖降解并促进蔗糖积累;而MeJA处理则破坏了植物叶片显微结构,降低了叶片光合能力,促进了蔗糖降解并减少蔗糖积累.     

移植和钾肥对降香黄檀光合特性与叶绿素含量的影响

以降香黄檀(Dalbergia odorifera T. Chen)为材料,分析不同移植方式和外施钾肥等培育措施对其光合参数和叶绿素(Chl)含量的影响。结果显示,断根处理后植物的最大净光合速率(Pnmax)比去冠、全冠移、对照(CK)和去冠移4种处理方式分别提高了19.25%、34.79%、40.88%和219.86%。光合参数分析结果显示,光饱和点(LSP)最高的为去冠处理,光补偿点(LCP)最高的为断根处理。断根处理后植物的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)最大。断根、去冠、全冠移3种处理的Chla、Chlb、Chl(a+b)含量及胡萝卜素均高于CK,且断根处理后上述各指标达到最高值。外施钾肥处理中,降香黄檀最大净光合速率随钾肥用量的增加而增加,K2处理下的LSP值最大。随着钾肥施用量的增加,植物叶片的Pn、气孔导度呈上升的趋势,且植株的Chla、Chlb和Chl(a+b)含量均随钾肥用量的增加而增加,CK处理下Chla/Chlb比值显著高于K1、K2处理。研究结果表明断根、去冠、施用钾肥等处理均可显著提升降香黄檀叶片的叶绿素含量,有利于植株进行光合作用,促进生长发育。     

Importance of canopy structure on photosynthesis in single- and multi-species assemblages of marine macroalgae

Plant communities utilize available irradiance with different efficiency depending not only on their photosynthetic characteristics but also on the canopy structure and density. The importance of canopy structure are well studied in terrestrial plant communities but poorly studied in aquatic plant communities. The objective of this study was to evaluate macroalgal community photosynthesis in artificial constructed communities of one to four species with different morphologies along a range of leaf (i.e.=thallus) area densities. In a laboratory set-up we measured net photosynthesis and dark respiration in constructed assemblages of macroalgae, excluding effects other than photosynthesis of individual tissue and distribution of photons in the canopy from influencing metabolism. We hypothezised that 1) canopy structure determines the actual rates of photosynthesis relative to the optimal rates and 2) multi-species communities attain higher maximum photosynthetic rates than single species communities. We found that differences in canopy structure outweighed large differences in tissue photosynthesis resulting in relatively similar maximum community photosynthetic rates among the different single and multi-species assemblages (20.1–40.5 μmol O₂ m⁻² s⁻¹). Canopy structure influenced community photosynthesis both at low and high leaf area densities because it determines the ability of macroalgae to use the photosynthetic potential of their individual tissues. Due to an averaging effect the photosynthetic rate at high leaf area density was more similar among multi-species community than among single-species communities. Multi-species communities had, on average, a slightly higher photosynthetic production than expected from photosynthesis of single species communities. Moreover multi-species communities were capable of exposing new tissue to irradiance up to high densities thereby avoiding a decrease in net photosynthesis. This finding suggests that multi-species communities may be able to maintain higher biomass per unit ground area than single-species communities.     

不同供水条件下冬小麦叶与非叶绿色 器官光合日变化特征

为揭示小麦叶片与非叶绿色器官的光合活性在一日中的变化特性及其在器官间的差异性,探讨群体及不同器官光合日变化对不同供水条件的响应特征,在田间设置生育期不灌水(I0)、灌2水(I2,拔节水＋开花水)和灌4水(I4,起身水+孕穗水+开花水+灌浆水)3个处理,于灌浆期测定了群体光合与呼吸速率的日变化, 旗叶片、叶鞘、穗、穗下节间各器官光合速率、蒸腾速率、气孔导度及叶绿素荧光参数的日变化。结果表明,灌浆期小麦穗和穗下节间光合速率日变化呈单峰曲线,而旗叶叶片与旗叶鞘光合速率均呈双峰型,表现出不同程度的午休。随着灌水次数减少,各器官光合速率降低,叶片对严重水分亏缺的反应大于各非叶器官。器官光合速率的日变化与F_v/F_m变化相一致,而与气孔导度日变化有较大差异。各器官上午的累积光合量均高于下午,上午光合量占日总光合量的比例为51％-62％,随着灌水次数减少而增大。不同灌水处理群体光合速率、呼吸速率日变化均未出现午休现象。春季浇2水处理与春浇4水处理相比,灌浆期群体光合速率及日光合积累量没有显著差异。综合研究认为,小麦叶与非叶器官光合性能及其日变化特征有较大不同,非叶光合对水分亏缺的敏感性低于叶片,生育期浇2水可以获得与浇4水相似的群体日光合积累量。     

Coping with branch excision when measuring leaf net photosynthetic rates in a lowland tropical forest

Measuring leaf gas exchange from canopy leaves is fundamental for our understanding of photosynthesis and for a realistic representation of carbon uptake in vegetation models. Since canopy leaves are often difficult to reach, especially in tropical forests with emergent trees up to 60 m at remote places, canopy access techniques such as canopy cranes or towers have facilitated photosynthetic measurements. These structures are expensive and therefore not very common. As an alternative, branches are often cut to enable leaf gas exchange measurements. The effect of branch excision on leaf gas exchange rates should be minimized and quantified to evaluate possible bias. We compared light-saturated leaf net photosynthetic rates measured on excised and intact branches. We selected branches positioned at three canopy positions, estimated relative to the top of the canopy: upper sunlit foliage, middle canopy foliage, and lower canopy foliage. We studied the variation of the effects of branch excision and transport among branches at these different heights in the canopy. After excision and transport, light-saturated leaf net photosynthetic rates were close to zero for most leaves due to stomatal closure. However, when the branch had acclimated to its new environmental conditions—which took on average 20 min—light-saturated leaf net photosynthetic rates did not significantly differ between the excised and intact branches. We therefore conclude that branch excision does not affect the measurement of light-saturated leaf net photosynthesis, provided that the branch is recut under water and is allowed sufficient time to acclimate to its new environmental conditions.     

树冠覆膜对金柑光合作用及果实品质的影响

树冠覆膜技术已在金柑生产中得到广泛应用。该研究以阳朔金柑为材料,树冠覆膜作为处理,不覆膜作为对照,分别测定处理和对照的树冠的温度、湿度和光照强度等环境因子的变化,观测处理和对照的叶面积、叶长、叶宽及叶绿素含量,测定处理和对照的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度等光合作用指标,并分析处理和对照的果实硬度、可溶性固形物、总糖、可滴定酸及维生素C含量等果实品质指标。结果表明:与对照相比,金柑树冠覆膜处理后,树冠的光照强度降低、温度上升、湿度下降、叶面积增大、叶绿素含量提高,净光合速率下降且最大降幅是对照的21.39%,果实的可滴定酸降低,但硬度、可溶性固形物、总糖、固酸比及糖酸比等果实品质指标提高。金柑树冠覆膜处理减少了树冠的光照,降低了净光合速率,但增加了叶面积和叶绿素含量,从而保障了光合同化物的累积,提高了果实的可溶性固形物和总糖。同时,树冠覆膜处理还提高了树冠白天的气温,降低了可滴定酸,增大了固酸比和糖酸比,因此从总体上提高了果实品质。     

热带季节雨林优势树种叶片和冠层尺度二氧化碳交换特征

采用叶室法和涡度相关法分析了西双版纳热带季节雨林优势树种绒毛番龙眼和大叶白颜树冠层及其叶片在不同季节的CO₂交换量,并拟合得到主要特征值.结果表明：以叶室法测得的两树种冠层最大净光合速率(P_{max A})为雨季>雨季末>雾凉季>干热季,叶片暗呼吸速率(R_d)为雨季>雨季末>干热季>雾凉季;以涡度相关法得到的两树种冠层最大净光合速率(P_{max B})为雨季>雨季末>雾凉季>干热季,而冠层呼吸速率(R_e)则是雨季>干热季>雾凉季>雨季末.两种方法得到的不同季节植物冠层最大净光合速率相差0.9～2.0 μmol·m^-2·s^-1.     

Effects of Elevated CO2 and High Temperature on Single Leaf and Canopy Photosynthesis of Rice

The increase of atmospheric CO2 concentration is indisputable. In such condition, photosynthetic response of leaf is relatively well studied, while the comparison of that between single leaf and whole canopy is less emphasized. The stimulation of elevated CO2 on canopy photosynthesis may be different from that on single leaf level. In this study, leaf and canopy photosynthesis of rice ( Oryza sativa L. ) were studied throughout the growing season. High CO2 and temperature had a synergetic stimulation on single leaf photosynthetic rate until grain filling. Photosynthesis of leaf was stimulated by high CO2, although the stimulation was decreased by higher temperature at grain filling stage. On the other hand, the simulation of elevated CO2 on canopy photosynthesis leveled off with time. Stimulation at canopy level disappeared by grain filling stage in beth temperature treatments. Green leaf area index was not significantly affected by CO2 at maturity, but greater in plants grown at higher temperature. Leaf nitrogen content decreased with the increase of CO2 concentration although it was not statistically significant at maturity. Canopy respiration rate increased at flowering stage indicating higher carbon loss. Shading effect caused by leaf development reached maximum at flowering stage. The CO2 stimulation on photosynthesis was greater in single leaf than in canopy. Since enhanced CO2 significantly increased biomass of rice stems and panicles, increase in canopy respiration caused diminishment of CO2 stimulation in canopy net photosynthesis, keaf nitrogen in the canopy level decreased with CO2 concentration and may eventually hasten CO2 stimulation on canopy photosynthesis. Early senescence of canopy leaves in high CO2 is also a possible cause.     

大气CO2浓度和温度升高对水稻叶片及群体光合作用的影响

大气ＣＯ２浓度升高对植物光合作用的影响研究多集中在单叶水平,在高ＣＯ２及高温下对植物单叶及群体光合进行比较的研究少有报道,而群体水平的研究则是预测生态系统反应所不可缺少的。采用田间开顶式培养室研究了大气ＣＯ２浓度和温度升高对水稻（ＯｒｙｚａｓａｔｉｖａＬ．）叶片及群体光合作用的影响。发现ＣＯ２浓度和温度对水稻叶片光合作用有协同促进作用,而对群体光合作用的促进则随时间的推移而减弱;单叶光合受到的促进作用大于群体光合;叶面积指数只在营养生长期受到促进,冠层叶片含氮量受ＣＯ２影响降低。群体呼吸（包括茎杆）增加及冠层叶片早衰可能是后期ＣＯ２对群体光合促进作用下降的原因。     

夏玉米三叶期持续干旱下不同叶位叶片含水量变化及其与光合作用的关系

植物干物质的累积依赖于群体光合速率,而群体光合速率又与单叶的光合能力密切有关。叶片光合作用与其含水量密切相关,目前关于不同叶位叶片含水量对持续干旱的响应及其与光合作用的关系还未见报道。以华北夏玉米郑单958为材料,设置6个不同灌水处理,模拟不同灌溉量下持续干旱对夏玉米不同叶位叶片生理特性的影响,分析夏玉米顶部开始的第一、三、五叶位叶片的水分变化及其与净光合速率的关系。结果表明:夏玉米不同叶位的叶片最大含水量不同,且随干旱进程的推进叶片含水量的变化速率也不同,第一叶的叶片含水量下降速率高于第三、第五叶,第一叶的最大含水量高于第三、五叶,且可进行光合产物积累的叶片含水量下限随叶位的增加而增大。同时,第一叶的叶片含水量与土壤水分呈显著相关,且与净光合速率的相关性也非常强。第一叶可进行光合产物积累的叶片水分下限(净光合速率为零时的叶片含水量)最小,表明其耐旱性最强,对干旱具有指导意义。研究结果可为提高冠层光合作用模拟的准确性及夏玉米干旱发生发展的监测预警提供参考。     

叶龄及树冠不同部位光强对黄花梨光合速率的影响

笔者以黄花梨为试材,研究了叶龄及树冠不同部位光强对其光合速率的影响。结果表明:黄花梨叶片在展叶后约11天即有少量光合产物输出,25天时,单叶净光合速率接近最大值;密植梨树高光合叶幕厚度约125cm左右。