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毛乌素沙地典型固沙植物黑沙蒿和赖草叶片氮分配对最大净光合速率的影响
赵洪贤, 刘鹏, 史曼英, 徐铭泽, 贾昕, 田赟, 查天山
植物生态学报    2025, 49 (3): 460-474.   DOI: 10.17521/cjpe.2024.0097
摘要   (44 HTML2 PDF(pc) (3036KB)(37)  

探究气候变化背景下物种的适应机制是植物生理生态领域研究热点, 研究半干旱区优势物种叶片氮分配对植物光合能力的影响, 有利于理解气候变化背景下荒漠植物的适应能力。该研究于2021年5-10月, 以宁夏盐池毛乌素沙地的主要建群种黑沙蒿(俗名: 油蒿, Artemisia ordosica)和赖草(Leymus secalinus)为研究对象, 通过测定黑沙蒿和赖草的光响应曲线、CO2响应曲线和叶性状参数, 计算叶片不同组分中的氮分配比例, 结合同步观测的环境数据, 探究两种固沙植物叶片氮分配相关参数对最大净光合速率(Amax)的影响。结果显示: 在观测期内, 黑沙蒿和赖草的单位质量叶片氮含量(Nmass)均值都为0.02 g·g-1, 黑沙蒿Amax和叶氮在光合系统中的分配比例(Pp)均值分别为22.44 μmol·m-2·s-1和42.9%, 赖草AmaxPp观测期内均值分别为11.99 μmol·m-2·s-1和27.5%, 相比黑沙蒿较低。在土壤水分亏缺的生长季中期, 黑沙蒿AmaxPp降低, 而赖草的AmaxPp并没有明显变化。相比于赖草, 黑沙蒿Amax受叶片氮分配的影响更大, Pp和叶氮在羧化系统中的分配比例(Pc)分别是影响黑沙蒿和赖草Amax季节变异的主要叶片氮分配参数。在干旱胁迫期间, 黑沙蒿和赖草叶片Nmass均降低, 黑沙蒿叶片氮分配比例对土壤水分变化的敏感性较大, 其光合氮利用效率(PNUE)降低, 且投资更多的氮到非光合机构中来抵抗干旱, 而赖草的叶片氮分配比例和PNUE的变化相对稳定, 其Amax并没有显著下降。总之, 黑沙蒿叶片对光合系统投入的氮比例相对较高, 其光合能力在观测期内仍大于赖草。该研究表明, 不同沙地物种对其生境的适应性存在差异, 在未来干旱增加的条件下, 该区域植被可能趋于以沙地灌木黑沙蒿为主的植被群落。


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图5 2021年毛乌素沙地黑沙蒿、赖草叶片氮分配参数季节动态(平均值±标准差)。横向参照线为各参数观测期内均值。
正文中引用本图/表的段落
黑沙蒿单位质量叶片氮含量(Nmass)观测期内均值0.02 g·g-1, 生长季中期较低, 生长季后期逐渐升高(图4A), 光合氮利用效率(PNUE)观测期内均值为9.63 μmol·g-1·s-1, 生长季中期(DOY 211)有最小值4.91 μmol·g-1·s-1 (图4B), 生长季后期逐渐增加。赖草Nmass观测期内均值0.02 g·g-1, 与黑沙蒿叶片Nmass相同, 且具有相似的季节变化趋势(图4A)。赖草PNUE小于黑沙蒿, 观测期内均值为4.87 μmol·g-1·s-1 (图4B), 但在生长季内呈现逐渐增大的趋势。黑沙蒿叶氮在羧化系统中的分配比例(Pc)、在生物力能学组分中的比例(Pb)和在捕光系统中的分配比例(PL)生长季内均值分别为0.28、0.07、0.08 (图5), 在生长季中期有降低趋势, 在生长季后期逐渐升高, 赖草的PcPbPL在生长季内的均值分别为0.15、0.03和0.09, 在生长季中期波动变化, 在生长季后期逐渐升高(图5)。黑沙蒿和赖草叶氮在光合系统中的分配比例(Pp)在生长季内的均值分别为42.9%和27.5% (图6)。
生长季后期, 随着降水量增加, 土壤水分增加, 黑沙蒿和赖草的Amax均增加, 且黑沙蒿的增长速度更快(图2A), 这可能是由于与赖草相比, 黑沙蒿的叶片氮在光合机构中的分配比例和PNUE整体较高(图5), 其叶片氮在光合机构中的分配比例和PNUE约是赖草的1.5倍, 在叶片氮含量基本一致的条件下, 荒漠灌木黑沙蒿的光合能力较强, 在生长季后期土壤水分恢复后, 黑沙蒿也能迅速恢复并维持较强的光合能力。
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