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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
植物生态学报
2011, 35 (3):
322-329.
DOI: 10.3724/SP.J.1258.2011.00322
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(Wm)下山杏叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)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: Pn、Tr及WUE对Wm和光照强度的变化有明显的阈值响应。随着Wm (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Wm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Wm (9.2%-18.6%)的递增, Pn、Tr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, Pn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Wm < 9.2%或Wm > 22.3%时为“低产中效水”; Wm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”; Wm在12.9%-20.5%时为“高产高效水”。其中Wm为18.6%时为“最佳产效水”, 对应光强为1 365 µmol∙m-2∙s-1。  View image in article
图1
不同土壤水分条件下山杏叶片净光合速率的光响应(平均值±标准误差)。
正文中引用本图/表的段落
对不同土壤水分下山杏叶片Pn的光响应值进行模拟, 模拟方程的R2在0.936-0.993之间, 说明模型可较好地反映叶片Pn的光响应规律。Pn对PAR的响应(图1): Pn达到最大值, 即出现光饱和点(LSP)后, Pn有下降趋势。维持较高Pn的PAR表现为: 在低水分(Wm < 9.2%)和高水分(Wm > 20.5%), PAR在600- 1 400 μmol?m-2?s-1范围内; 当12.9% < Wm < 20.5%时, PAR在800-1 400 μmol?m-2?s-1, 且变幅较小。Pn对Wm的响应(图1, 图4): 方差分析表明, 不同土壤水分下, 山杏叶片Pn差异显著(p < 0.05)。在6.5% < Wm < 18.6%时, Pn随着Wm的增大而上升; 此后, 随着Wm的增大, Pn有减小趋势, 因此Wm为18.6%可作为Pn变化的转折点, 此水分条件下Pn出现最大值; 当水分胁迫严重时(Wm为6.5%), Pn出现最小值。
Pn和Tr在高水分点时, 对Wm表现出不同的响应规律, 随着Wm的递增Pn逐渐下降, 而Tr并不随Pn的降低而变化, 保持较高的Tr (图1, 图2); 同时Tr随着PAR上升其增幅程度相差很大, Tr的规律性变化势必会影响到WUE。造成山杏叶片Pn和Tr随Wm和PAR表现出不同变化趋势的原因, 可能是其自身体制的自我调节能力不同造成的, 也可能是受所处环境条件的影响; 而蒸腾作用的强弱主要取决于土壤中可利用的水分、所必需的能量以及叶片内外间存在的水势梯度, 也受植物体内部结构和生理状况的调节(张淑勇等, 2009)。表明山杏随着土壤湿度和光照强度的不同, 有规律地调节自身的生理活动, 以实现对水分和光照资源的充分利用。
适度的水分胁迫能够提高山杏的WUE, 辽东楤木(Aralia elata)、紫藤(Wisteria sinensis)、核桃(Juglans hopeiensis)也有类似的规律(王会肖和刘昌明, 2003; 蒋高明, 2004; 李小磊等, 2005; 陈建等, 2008)。低水分条件, 山杏WUE也能维持在一定水平(图3, 图4), 这与Tr对水分的响应敏感程度高于Pn, 其下降幅度远大于Pn有关。但此时Pn较低(图1), 对提高植物的光合生产力和在逆境中处于竞争优势是极为不利的, 而且Tr处于极低值(图3), 容易导致强光下蒸腾失水过低而使叶温过高致灼伤, 不利于其进行正常的生理活动。而土壤水分充足时, Pn增加幅度小于Tr增加幅度时, 山杏WUE将会降低。各土壤水分条件下, 超过LSP后, Pn下降(图1), 而Tr还持续上升(图3), 导致在高PAR下降低WUE (图3), 表现出中等土壤肥力条件下山杏具有适应高光照强度的一种自我生理调节机制。
本文的其它图/表
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