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。     

黄土丘陵区土壤水分对黄刺玫叶片光响应特征参数的影响

在半干旱黄土丘陵区,以3年生黄刺玫(Rosa xanthina L.)植株为材料采用盆栽控水试验,利用CIRAS-2型便携式光合作用测定系统在8个土壤水分含量下测定了黄刺玫叶片的光响应过程。探讨了黄刺玫光合生理参数与土壤水分的定量关系及土壤水分效应等级划分问题。结果表明:黄刺玫的净光合速率(P_n)、光合量子效率(Φ)、水分利用效率(WUE)、胞间CO_2浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)对土壤水分都具有明显阈值响应特征。土壤相对含水量(RWC)在36.2%—81.2%范围内,黄刺玫在强光下的P_n和WUE水平较高,光合作用不会发生明显的光抑制。RWC为66.5%左右时,Φ与P_n达到最高水平,表现出较强的光能利用潜力;RWC为81.2%为时,T_r达最大值,RWC为44.5%时,WUE为最大值。依据黄刺玫叶片P_n、C_i、T_r和WUE与土壤水分的定量关系确定RWC在低于36.2%时为"低产低效"等级,在36.2%—44.5%之间为"低产高效"等级,44.5%—66.5%为"高产高效"等级,66.5%—81.2%为"高产中效"等级,在高于81.2%时为"低产低效"等级。     

贝壳砂生境酸枣叶片光合生理参数的水分响应特征

以黄河三角洲贝壳堤岛优势灌木酸枣(Ziziphus jujuba var. spinosus)为试验材料,模拟贝壳砂生境系列水分条件,测定分析酸枣叶片在系列水分梯度下的光合参数光响应及叶绿素荧光参数,阐明酸枣主要光合生理参数的水分响应特征。结果表明:(1) 酸枣叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)随土壤水分的增多先增大后减小, Tr对土壤相对含水量(Wr)的敏感程度大于Pn,因而WUE维持在较高水平。(2) 酸枣叶片Pn下降的原因在Wr > 25%时以气孔限制为主;Wr < 25%时以非气孔限制为主,光合机构受到不易逆转的破坏。(3) 酸枣叶片最大净光合速率、暗呼吸速率、表观量子效率(AQY)和光饱和点随土壤水分的增多先增大后减小,光补偿点、光抑制项(β)和光饱和项则先减小后增大。(4)在Wr为80%时,酸枣叶片PSⅡ反应中心的光化学转化效率最高。当Wr < 30%时,AQY和潜在光化学效率迅速减小,β迅速增大,酸枣光抑制明显。当Wr < 25%时,非光化学淬灭系数迅速减小,初始荧光迅速增大,酸枣PSⅡ受到不可逆的破坏。(5) Wr在11%-25%内为低产低效水,Wr在25%-58%内为中产中效水,Wr在58%-80%内为高产高效水,Wr在80%-95%内为中产低效水。贝壳砂生境酸枣叶片的光合作用对水分逆境具有较强的生理适应性和可塑性,在Wr为58%-80%内,酸枣光合生理活性较高,利于酸枣苗木生长。     

生产力调控对翌年苹果园土壤水分和苹果叶片光合特性的影响

以盛果期‘长枝富士’为试验材料, 以生产力调控翌年苹果(Malus pumila)树坐果期为主要观测期, 对不同生产力水平下果园土壤水分状况及苹果叶片光合特性进行了研究。结果表明: 在生产力调控范围内, 土壤剖面各个层次土壤含水量均随着生产力水平的减小而增加, 其中在60 cm处达到最大增量, 为31.02%; 而在600 cm范围内土壤贮水量最大能够提高15.41%。随着生产力水平的降低, “光合午休”现象减弱, 净光合速率(P_n)增加, 最大增幅为25.71%, 下午时段的蒸腾速率(T_r)下降迅速, 水分利用效率(WUE)最大提高34.12%。通过相关分析表明, 土壤贮水量(WSC)与P_n、T_r、WUE之间均达到显著相关, 其相关系数分别为: 0.973^**、-0.543^*和0.992^**。土壤贮水量(x)与水分利用效率(y)之间符合y = 0.002 3x - 1.480 6, R²= 0.984 4^**的回归模型。通过生产力调控可以改善土壤水分状况和果树光合能力, 提高WUE。     

夏玉米对土壤水分持续减少的响应及其转折点阈值分析

玉米是世界三大粮食作物之一,玉米生产在中国粮食安全与畜牧业发展中具有举足轻重的作用。干旱是夏玉米生产最主要气象灾害,及时准确地获取干旱信息对夏玉米安全生产至关重要。以夏玉米郑单958品种为材料,设置充分供水和拔节期开始土壤水分持续减少两种水分处理,研究夏玉米对土壤水分持续减少的响应及其转折点阈值,为夏玉米干旱识别与监测提供依据。结果表明,土壤水分持续减少10d后生理指标开始陆续受到胁迫,20d后生物量积累受到抑制,30d左右形态特征开始受到胁迫。夏玉米生理指标中最先受到胁迫的是顶端第1片完全展开叶的含水量和水势,生物量积累指标中为茎生物量,形态指标中为叶数。夏玉米顶端第1片完全展开叶的含水量或水势、茎生物量和叶数开始受到土壤干旱过程胁迫的时间阈值分别为11、21、27d,水分亏缺阈值分别为34、66、86mm,土壤相对湿度阈值分别为64%、56%和52%。表明夏玉米对土壤干旱过程的响应首先表现为生理特征变化、其次为生物量积累变化、最后为形态特征变化。研究结果可为客观辨识夏玉米干旱的发生发展及监测预警提供参考。     

羊草叶片气体交换参数对温度和土壤水分的响应

 采用生长箱控制的方法研究了羊草(Leymus chinensis)幼苗叶片光合参数对5个温度和5个水分梯度的响应和适应。结果表明：轻度、中度土壤干旱并没有限制羊草叶片的生长,对气体交换参数亦无显著影响,反映了羊草幼苗对土壤水分胁迫的较高耐性。叶片生物量以26 ℃时最大,其它依次为23 ℃、20 ℃、29 ℃和32 ℃。温度升高使气孔导度和蒸腾速率增加, 却使光合速率和水分利用效率降低。水分和温度对叶片生物量、光合速率、气孔导度和蒸腾速率存在显著的交互作用,表明高温加强了干旱对叶片生长和气体交换的影响, 降低了羊草对土壤干旱的适应能力。高温和干旱的交互作用将显著减少我国半干旱地区草原的羊草生产力。     

杭州石荠苎的光合特性及其对土壤水分的响应

本文通过控制土壤水分条件杭州石荠苎光合的生理生态研究,解释了１９９３￣１９９５年野外种各生态和生理生态研究中发现的问题,并分析了该种的濒危机制,结果表明;（１）杭州石荠苎的光饱和点较低,在土壤水分充足时仅３０ｋＬｕｘ左右,当土壤含水率从５％增加至２１％时,光饱和点,最大净光合速率和初始Ｐ／Ｌ值随之增加,而光补偿点则随之降低,但当土壤湿度超过２１％时,各参数的变化呈现出相反趋势。（２）在诸环境因子中     

不同生产力水平苹果园土壤水分空间异质性

为掌握不同生产力水平果园土壤水分的空间分布特征及其变异规律,利用经典统计学及地统计学的原理对黄土高原不同生产力水平果园土壤水分空间异质性进行了对比研究。结果表明:土壤含水量在垂直方向上以果树根系主要分布区为中心向上下两向递增,在水平方向,随着距树干距离的增大而增加;土壤水分稳定性随土层深度的增加及距树干距离的增加而提高。不同生产力水平果园间,土壤水分含量差异达到显著水平,随着果树生产力水平的降低,其对土壤水分的消耗逐渐减少、水分稳定性提高、因空间自相关部分引起的异质性增大,而随机部分引起的空间异质性程度减小。综上可知,进行果树生产力调控能够减少农业生产对资源的过度消耗,减轻对环境的影响。     

全球变暖对太行山植被生产力及土壤水分的影响

将相同的自然植被用Lysimeter从高海拔下移至低海拔,温度升高2℃,同时设置平均降水,增加10％降水,增加20％降水,减少10％降水和减少20％降水5个降水处理,模拟全球变暖带来的温度升高和降水变化对植被生产力和土壤水分的影响,两年的野外实验表明,温度升高造成生态适应性差的野古草（Arundinelia hirta)生产力显著下降,致使整个测试群落生产力降低,低海拔实验点生产力显著低于高海拔实验点,温度升高对铁杆（Artemisia sacrorum)和黄背草（Themeda japonica)的影响较小,太行山区的植被对降水的变化反映,降水增加使植被的生产力水平显著提高,其中降水增加20％的处理生产力比平均降水处理的生产力增加22％,增加降水处理的土壤含水量显著高于平均降水和降水减少的实验处理,由于植被的减少,温度升高的实验点从第二年开始土壤水分较高。     

杭州石荠苧的光合特性及其对土壤水分的响应

本文通过控制土壤水分条件杭州石荠（Ｍｏｓｌａｈａｎｇｃｈｏｗｅｎｓｉｓ）光合的生理生态研究,解释了１９９３～１９９５年野外种群生态和生理生态研究中发现的问题,并分析了该种的濒危机制。结果表明：（１）杭州石荠的光饱和点较低,在土壤水分充足时仅３０ｋＬｕｘ左右。当土壤含水率从５％增加至２１％时,光饱和点、最大净光合速率和初始Ｐ／Ｌ值随之增加,而光补偿点则随之降低,但当土壤湿度超过２１％时,各参数的变化呈现出相反趋势。（２）在诸环境因子中,土壤含水率对光合速率的影响最显著,土壤从湿到干,光合土壤含水率回归直线的斜率增大,土壤湿度为６％时的斜率达１２．２２０８,是８％～１０％时的２～４倍和２４％～２５％时的６～９倍。（３）极端干旱时的水分利用效率最低,中等偏干时最高,湿润时又降低。（４）从光合特征值、解剖结构和叶绿素含量等判断,该种应属于Ｃ３光合类型、需光量介于阳性植物和阴性植物之间的耐阴植物。杭州石荠的上述光合生理生态特点及其它一些生物学特性,以及其分布地的环境之间的诸多矛盾可能是造成其濒危的主要原因之一。     

加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响

外来植物对入侵地土壤动物群落及理化性质影响的研究不仅有助于评估入侵植物对生态系统的影响,而且对探索外来植物入侵的土壤动物学响应机制尤为重要。为了了解加拿大一枝黄花对入侵地土壤动物的群落结构及理化性质的影响,本文分季节分层次对加拿大一枝黄花不同程度的入侵地进行取样,获得土壤动物9900个,隶属3门11纲14目,弹尾目和蜱螨类均为优势类群。入侵程度不同的样地中土壤动物个体数量和类群组成不同。土壤动物个体数量和类群数量表现为轻度入侵区＞中度入侵区＞重度入侵区;多样性指数和均匀性指数表现为轻度入侵区＜中度入侵区＜重度入侵区,优势度指数表现与前两指数相反。加拿大一枝黄花的入侵没有改变土壤动物表聚性特点。非度量多维标度排序分析表明,不同入侵程度下的土壤动物分为3类,即轻度入侵类、中度入侵类、重度入侵类。不同入侵区域土壤的pH、有机质含量、铵态氮、速效钾和速效磷差异显著(P＜0.05),土壤的含水量和温度差异不显著(P＞0.05)。灰色关联分析表明,入侵区域土壤铵态氮对土壤动物关联最大,有机质含量次之,再次是速效磷和pH,土壤含水量的影响最小。因而,加拿大一枝黄花的入侵,改变了入侵地土壤理化性质(尤其是对铵态氮的调控),进而改变了土壤动物的群落结构,创造了利于自身生长、竞争有利的土壤环境。     

沙尘胁迫对阿月浑子光合作用及叶绿素荧光特性的影响

为了探讨长期沙尘胁迫下阿月浑子叶片光合性能的变化机制,以室内盆栽阿月浑子为材料,对叶片进行覆盖厚度为2mg/cm2(轻度),9 mg/cm2(重度)的沙尘处理,无沙尘覆盖为对照,并分别在处理后第7天、14天、28天和42天,测定叶片光合CO2同化速率,叶绿素含量以及叶绿素荧光特性等参数。结果表明,阿月浑子叶片的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)随沙尘处理时间延长而下降,重度沙尘处理下Pn和Gs下降幅度比轻度大,胞间CO2浓度(Ci)处理前期增加而后期下降,重度沙尘处理下Ci增幅比轻度小;叶绿素a(Chl-a)、叶绿素b(Chl-b)和总叶绿素含量均随处理时间的延长而下降,在重度沙尘处理下下降幅度比轻度沙尘处理大,Chl-a的下降速率大于Chl-b,叶绿素a和b的比值(Chl-a/Chl-b)在重度沙尘处理下逐渐下降,而在轻度沙尘处理下呈升-降-升趋势;PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)不同程度下降,在重度沙尘处理下下降幅度比轻度沙尘处理大;轻度沙尘覆盖下实际光化学效率(ΦPSⅡ)及非环式电子传递效率(ETR)在处理第42天显著下降,而重度覆盖处理先急剧下降,后期逐渐恢复;非光化学荧光猝灭(NPQ)在轻度胁迫下先下降而后逐步上升,在重度处理下则在处理前期就迅速上升。从而得出结论,阿月浑子轻度沙尘胁迫条件下前期其光合作用非气孔限制贡献率大于气孔限制,随胁迫时间气孔限制逐渐占优势,并且随处理时间的延长其吸收的光能用于保护性耗散量逐渐增加,使其光合CO2同化效率下降。     

不同土壤水分下山杏光合作用光响应过程及其模拟

摘 要 利用CIRAS－2型便携式光合作用测定系统,在黄土高原丘陵沟壑区,测定了山杏（Prunus armeniaca L.）在8个土壤水分梯度下光合作用的光响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对其进行拟合分析。结果表明：土壤相对含水量（RWC）在56.3%—80.9%范围内,山杏在强光下能维持较高的光合作用水平,受到的光抑制不明显。在此土壤水分范围内,3个模型均能较好地拟合光合作用的光响应过程及其表观量子效率（Φ）、光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd）,对Φ、LCP和Rd的拟合精度以非直角双曲线模型＞直角双曲线修正模型＞直角双曲线模型。但超出此范围（即RWC＜56.3%或RWC＞80.9%）时,山杏的光合作用在强光下会发生明显的光抑制,表现为光合速率随光强增加而明显降低,量子效率和光饱和点明显减小,此时只有直角双曲线修正模型能较好地拟合山杏光响应过程及其特征参数。结论：山杏光合作用正常的土壤水分范围在RWC为56.3%—80.9%之间;直角双曲线修正模型能较好地拟合各种土壤水分下山杏的光响应过程及其特征参数;直角和非直角双曲线模型适用于正常水分下山杏光响应过程及其特征参数的模拟,但不能用于拟合胁迫水分（或光抑制）下的光响应过程。     

施氮量对麻疯树幼苗生长及叶片光合特性的影响

采用盆栽土培的方法,研究了不同施氮量(对照N₀ 0 kg N/hm²、低氮N_L 96 kg N/hm²、中氮N_M 288 kg N/hm²、高氮N_H 480 kg N/hm²)对麻疯树幼苗生长、叶片气体交换及叶绿素荧光参数的影响。结果表明,麻疯树幼苗叶片氮含量、可溶性蛋白含量、株高、地径、叶片数量、叶面积、根长、各组分生物量、叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和水分利用效率(WUE)均随施氮量的增加先升高后降低,N_M处理下麻疯树幼苗长势最好,各气体交换参数值最高;施氮对麻疯树地上部分的促进作用远大于地下部分,施氮后根冠比显著降低;此外,麻疯树叶绿素含量、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ有效量子产量(F'v/F'm)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)、电子传递速率(ETR)和光化学淬灭系数(qP)均随施氮量的增加而升高,非光化学淬灭系数(NPQ)随施氮量增加而降低。适量施氮可通过增强叶绿体光化学活性、气孔导度和羧化能力而提高麻疯树幼苗的光合能力,促进生长;过高施氮对麻疯树幼苗光合与生长的促进效应降低。试验条件下,当年生麻疯树幼苗的最适施氮量为288 kg N/hm²。     

黄土高原苹果园土壤水分及水分生产力模拟

以长武地区为例,采用WinEPIC模型模拟1980—2018年间黄土高原旱作苹果园地深剖面土壤水分和水分生产力变化动态,以期为该区苹果产业的可持续发展提供科学依据。结果表明: 长武地区苹果园年均产量为26.37 t·hm^-2,年均蒸散量为673.66 mm,年均水分生产力为4.07 kg·m^-3,成龄果树水分胁迫天数主要受降雨量影响,果树生长后期年均胁迫天数为46.46 d,深层土壤含水量最早于9龄果树开始接近凋萎湿度。长武地区苹果整个生长周期内供水量是对果园产量影响最大的因素,深层土壤有效水含量降低是制约果树生长中后期产量提高的最主要因素,在降水不足的年份果树会利用更深层土壤水分。当深层土壤可利用水分较少时,过多的降水并未被果树利用,而是转化为浅层土壤水分蒸发。对于成龄果树在年供水量低于500 mm或高于700 mm时都会造成产量的下降。针对不同生长时期的果园,在不同的降雨年份应该调整果园水分管理策略,可以通过补充灌溉、拦蓄集聚雨水、覆盖、修剪枝条等管理措施,降低果树非生产性耗水及自身奢侈性耗水,延缓深层土壤干层的出现时间,在保证果树生长的同时避免水资源的浪费。     

不同施肥与灌水量对槟榔土壤氨挥发的影响

利用通气法田间原位试验,研究了不同施肥模式、灌溉量对槟榔土壤氨挥发速率和挥发量的影响。结果表明：槟榔恢复期和出花期追肥灌水后,不同施肥处理均在第3天出现氨挥发速率峰值（0.50-3.42 kg.hm-2.d-1）,而后迅速下降并进入低挥发阶段。出花期氨挥发速率峰值（1.50-4.42 kg.hm-2.d-1）比恢复期氨挥发速率峰值明显高。灌水量小(300 m3. hm-2)的氨挥发率和总量比灌水量大(600 m3. hm-2)的明显减小。在同一氮水平下,有机质含量较低的氨挥发率较高。在同一有机质含量条件,氨挥发率随着N肥含量增加而升高。与单施N肥处理相比,有机肥与N肥配施可明显减少氨挥发速率和总量,可减少氮损失。