黃土丘陵區(qū)主要樹(shù)種抗旱生理特性及熒光動(dòng)力機(jī)制.pdf

1、半干旱黃土丘陵區(qū)是我國(guó)典型的生態(tài)脆弱地區(qū)，而水分是制約植被恢復(fù)與重建的主要因素。本文針對(duì)半干旱黃土丘陵區(qū)干旱缺水的主要特征，在山西省中陽(yáng)縣的車(chē)?guó)Q峪林場(chǎng)，以白蠟（Fraxinus rhynchophyila Hance.）、刺梨（Rosa roxburghii Tratt.）、火炬樹(shù)（Rhus typhina L.）、三角楓（Acer buergerianum Miq.）、蒙桑（Morus mongolica Schneid.）、家桑（M

2、orus alba Linn.）、文冠果（Xanthoceras sorbifolia Bunge.）及五角楓（Acer mono Maxim.）8個(gè)樹(shù)種為試驗(yàn)試料，進(jìn)行盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用氣體交換和葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)技術(shù)與分析理論，闡明不同樹(shù)種光合速率、蒸騰速率、水分利用效率等氣體交換參數(shù)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)在土壤飽和濕度至凋萎濕度內(nèi)的連續(xù)變化過(guò)程；揭示不同樹(shù)種光合特征參數(shù)發(fā)生顯著變化的土壤水分臨界點(diǎn)及其變化機(jī)制；確定維持不同樹(shù)種較高光合速率和

3、水分利用效率的土壤水分范圍。研究成果對(duì)豐富和發(fā)展樹(shù)木光合生理與水分生理研究具有理論價(jià)值，對(duì)科學(xué)指導(dǎo)黃土丘陵區(qū)合理樹(shù)種選擇及適地適樹(shù)具有實(shí)踐價(jià)值。主要研究成果如下：
　?。?）8個(gè)樹(shù)種葉片氣體交換參數(shù)對(duì)土壤水分和光強(qiáng)具有明顯的閾值響應(yīng)
　　①白蠟、刺梨、火炬樹(shù)、三角楓、蒙桑、家桑、文冠果和五角楓生長(zhǎng)適宜的土壤水分范圍分別為：39.5％～71.1％、43.6%～73.3%、37.9%～72.4%、37.3%～71.5%、41.6

4、%～79.3%、42.7%～70.3%、42.7%～70.3%、44.2%～73.2%、49%～74.1%。土壤水分最大虧缺分別為：31.7%、36.5%、28.8%、29.8%、34.6%、34.7%、37.6%、33.1%。適宜的光照強(qiáng)度范圍分別為：500～1100、300～1100、300～1300、300～900、500～900、500～1100、500～1100、500～1300μmol?m-2?s-1。土壤水分最大虧缺越低，

5、表明植物在干旱條件下忍耐干旱的能力也就越強(qiáng)，從土壤水分最大虧缺可以看出主要造林樹(shù)種抗旱性從高到低依次為：火炬樹(shù)、三角楓、白蠟、五角楓、蒙桑、家桑、刺梨、文冠果。
　?、?個(gè)樹(shù)種的Φ、Rd和LCP受土壤水分的影響顯著，對(duì)RWC具有明顯的閾值響應(yīng)。植物對(duì)弱光的利用能力由高到低依次為：火炬樹(shù)、蒙桑、白蠟、家桑、三角楓、五角楓、刺梨、文冠果；不同樹(shù)種對(duì)光合產(chǎn)物的消耗由多到少的順序?yàn)椋好缮?、火炬?shù)、白蠟、家桑、文冠果、三角楓、刺梨、五角楓。

6、耐蔭性由高到低的順序?yàn)椋捍汤?、五角楓、文冠果、家桑、三角楓、火炬?shù)、白蠟、蒙桑。
　　（2）土壤水分影響植物葉片氣體交換參數(shù)對(duì)CO2濃度的響應(yīng)過(guò)程
　?、傺芯吭诓煌謼l件下植物葉片氣體交換參數(shù)對(duì)CO2濃度水平的響應(yīng)，有助于闡明植物對(duì) CO2濃度和水分條件的響應(yīng)特性。當(dāng) RWC>75%時(shí)，Pn沒(méi)有下降，Tr和Gs呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。RWC為60%～75%時(shí)，Pn在達(dá)到CO2飽和點(diǎn)以后緩慢下降，而Tr和Gs急速下降，此時(shí)WUE維持

7、在較高值。隨著水分脅迫的加劇，Pn、Tr和Gs的CO2飽和點(diǎn)明顯降低，植物的抗旱性增強(qiáng)。在重度水分脅迫下，Pn、Tr和Gs均維持在很低的水平。
　?、?個(gè)樹(shù)種的CE、Γ和Rp對(duì)土壤水分的變化具有明顯的閾值響應(yīng)。CE和Rp隨著RWC的增加，出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，且均在RWC為70%左右達(dá)到最大值。Г表現(xiàn)出相反的規(guī)律，在RWC為60.1%～70.3%左右達(dá)到最小值。刺梨的CE值最大，其次為白蠟；8個(gè)樹(shù)種為典型的C3植物；白蠟和刺梨的

8、Rp值較大，約2.1μmol?m-2?s-1左右，其它樹(shù)種的Rp值在1.4～1.8μmol?m-2?s-1之間。
　　（3）光合特征參數(shù)日動(dòng)態(tài)對(duì)土壤水分變化的響應(yīng)過(guò)程與機(jī)制
　?、偻寥浪诛@著影響葉片氣體交換參數(shù)的日動(dòng)態(tài)過(guò)程
　　在RWC>75%時(shí)，Pn、Tr、Gs均為單峰曲線，WUE差異不顯著。當(dāng)RWC為60%～75%時(shí)，白蠟、三角楓、家桑及五角楓沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的午休現(xiàn)象，Tr、Gs和WUE為雙峰曲線。當(dāng)RWC達(dá)到4

9、5%～60%時(shí)，Pn、Tr及Gs為雙峰曲線，刺梨、三角楓和文冠果的WUE為單峰曲線，其它樹(shù)種為雙峰曲線。在 RWC＜40%時(shí)，Pn和Tr嚴(yán)重午休，表現(xiàn)出典型的“凹”型曲線。除家桑外，其它樹(shù)種WUE都維持在較高值。
　　②土壤水分顯著影響植物光合效率水平
　　在RWC＞75%，8個(gè)樹(shù)種之間Pn日均值變動(dòng)幅度不大。RWC為60%～75%時(shí)，除五角楓外，其它樹(shù)種的Pn維持在最高值，白蠟的Pn最高且與家桑種間差異不明顯，文冠果次之。

10、RWC為45%～60%時(shí)，五角楓具有最大的Pn，家桑次之，三角楓Pn最低。
　　在RWC＞75%，8個(gè)樹(shù)種的Tr有較為明顯變化，火炬樹(shù)最大，三角楓次之，五角楓最低。RWC為60%～75%時(shí)，Tr水平維持在最高值，火炬樹(shù)、家桑和文冠果的Tr較高，依次為刺梨、五角楓、白蠟、三角楓、蒙桑。RWC為45%～60%時(shí)，家桑具有最高的Tr。
　　從WUE來(lái)看，RWC＞75%，五角楓具有最高的WUE，其次為白蠟，三角楓的WUE最低。RWC

11、為60%～75%時(shí)，白蠟的WUE最高，其次為蒙桑，火炬樹(shù)最低。RWC為45%～60%時(shí)，樹(shù)種的WUE維持在最高，白蠟最高，依次為蒙桑、文冠果、五角楓、家桑，刺梨、火炬樹(shù)和三角楓三者差異不明顯。
　　③土壤水分影響光合作用的光抑制，熱耗散增加是植物抵御光抑制的主要機(jī)制
　　在RWC＞75%，樹(shù)種沒(méi)有發(fā)生光抑制，下午Pn的下降主要是由非氣孔限制引起的。RWC為45%～75%時(shí)，樹(shù)種發(fā)生了明顯的光抑制，隨著水分脅迫的緩解，受光抑制

12、的程度降低。超過(guò)13：00以后，Pn從氣孔限制轉(zhuǎn)向非氣孔限制。RWC＜40%，植物葉片已發(fā)生光氧化破壞。不同水分條件下，林木的NPQ都有午間升高趨勢(shì)，表明熱耗散增加是林木抵御光抑制和緩解光合作用“午休”的主要機(jī)制之一。
　?。?）植物葉片氣體交換參數(shù)具有明顯的季節(jié)變化和日動(dòng)態(tài)
　　在CK下，家桑和三角楓Pn呈單峰曲線；在T1處理下，家桑和三角楓Pn最大值和日均值均在7月最高，在9月較低。在5月和9月為雙峰曲線，7月為單峰曲線

13、。在T2處理下，家桑呈單峰曲線，三角楓在5月為雙峰曲線，在7月和9月為單峰曲線。家桑的Pn最大值和日均值上表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，差異顯著。
　　在CK下，家桑在7月的Tr最大，與5、9月差異顯著，而三角楓在5月和7月沒(méi)有明顯的差異。兩個(gè)樹(shù)種日均值差異顯著；在T1處理下，兩樹(shù)種在5月和7月為雙峰曲線；在T2處理下，兩樹(shù)種在5月出現(xiàn)了蒸騰午休現(xiàn)象，在7月和9月為單峰曲線。家桑Tr要明顯高于三角楓；在T3處理下，Tr一直維持在較低值。<

14、br>　　兩個(gè)樹(shù)種的WUE變化曲線比較平緩，呈不明顯的雙峰曲線，總體來(lái)說(shuō)，上午的WUE要高于下午。三角楓在不同時(shí)期的WUE要高于家桑，在不同水分處理下，家桑和三角楓均在T2處理下達(dá)到最大值，T1次之，5月份的WUE較高。
　?。?）不同生長(zhǎng)期植物光合作用的光抑制、光化學(xué)效率及熱耗散
　　在CK處理下，家桑和三角楓沒(méi)有出現(xiàn)明顯的光抑制和電子傳遞效率降低的情況，F(xiàn)v／Fm、ΦPSⅡ、NPQ在7月份具有較大值，其次為5月。在T1和

15、T2處理下，兩個(gè)樹(shù)種都發(fā)生了明顯的光抑制和電子傳遞效率降低的情況，7月份光抑制發(fā)生的時(shí)間提前。家桑在抵抗光抑制，電子傳遞效率方面要高于三角楓，兩個(gè)樹(shù)種都具有較高的耗散過(guò)剩光能的能力。
　　在CK處理下，Pn的下降是由非氣孔限制引起的。在T1處理下，上午階段主要是氣孔限制，而在下午轉(zhuǎn)化為非氣孔限制，在5月和9月，非氣孔限制發(fā)生的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在13：00，7月份提前到11：00。隨著水分脅迫的加劇，植物發(fā)生非氣孔限制的時(shí)間提前。在T3處理下