基于五水轉(zhuǎn)化裝置的玉米光合特性分析**

譚麗萍，劉蘇峽，莫興國(guó)，林忠輝，胡 實(shí)

(1. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

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基于五水轉(zhuǎn)化裝置的玉米光合特性分析**

譚麗萍1, 2，劉蘇峽1**，莫興國(guó)1，林忠輝1，胡 實(shí)1

(1. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

摘要：利用中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所“五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置”，開(kāi)展溫室條件下玉米凈光合速率及其關(guān)鍵影響因子的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)研究，探索玉米各生育階段、植株各葉位葉片凈光合速率的分布特征及其與葉片生理生態(tài)參數(shù)的關(guān)聯(lián)性。結(jié)果表明：玉米全生育期內(nèi)葉片凈光合速率、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度和氮含量均呈單峰曲線型變化趨勢(shì)，但凈光合速率峰值出現(xiàn)時(shí)間在乳熟期，比前人觀測(cè)的大田峰值出現(xiàn)時(shí)間（抽雄吐絲期）晚一個(gè)生育期，且數(shù)值較低；凈光合速率與葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度隨葉位的變化大體呈現(xiàn)中間葉位高、基部與頂端葉位低的分布特征。各生育階段玉米凈光合速率與葉綠素含量間的相關(guān)系數(shù)最高（R=0.94，P＜0.05），其次為凈光合速率與葉片N含量的相關(guān)性及其與氣孔導(dǎo)度的相關(guān)性（R=0.77，P＜0.05）；各葉位凈光合速率與氣孔導(dǎo)度的變化特征一致。該裝置更適合進(jìn)行氣候變化、水分變化、養(yǎng)分變化等控制實(shí)驗(yàn)研究。

關(guān)鍵詞：凈光合速率；葉綠素含量；氣孔導(dǎo)度；生育階段；葉位

譚麗萍,劉蘇峽,莫興國(guó),等.基于五水轉(zhuǎn)化裝置的玉米光合特性分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(3):343-351

光合作用是植物生命活動(dòng)中的一個(gè)重要且復(fù)雜的生理過(guò)程，是植物生長(zhǎng)的直接動(dòng)力。目前，針對(duì)玉米植株的光合速率在各生育階段、各葉位的分布特征已有較多研究，但其結(jié)果因玉米品種、耕作措施和生長(zhǎng)環(huán)境不同而存在一定差異[1-3]。作物葉片氮含量對(duì)光合作用的影響主要體現(xiàn)在，作物的光能利用效率和CO2的同化速率都隨著葉片含氮量的增加而增加。研究發(fā)現(xiàn)[4]，冬小麥各生育期葉綠素含量越高，其光合能力越強(qiáng)。葉綠素含量可以間接反映葉片氮含量[5]。Evans[6]研究得出，冬小麥的光合速率隨葉片含氮量增加而增加，但當(dāng)超過(guò)一定范圍后，正效應(yīng)變?yōu)樨?fù)效應(yīng)。氣孔導(dǎo)度直接反映植物生理活性的強(qiáng)弱，植物通過(guò)調(diào)節(jié)氣孔孔徑的大小控制光合作用中CO2吸收和蒸騰過(guò)程中水分的散失。有研究發(fā)現(xiàn)，菰葉片凈光合速率日變化與氣孔導(dǎo)度呈正相關(guān)[7]。氣孔因子和非氣孔因子交替作用導(dǎo)致玉米光合速率等的波動(dòng)[8]。

目前，對(duì)光合作用的動(dòng)態(tài)及其影響因子已有大量研究，但多數(shù)為大田試驗(yàn)。而現(xiàn)有的溫室研究結(jié)果表明，油桃、杏樹(shù)葉片光合特性的規(guī)律與大田存在差異[9-10]，且針對(duì)作物生長(zhǎng)的溫室研究大多集中在控溫控濕的玻璃溫室內(nèi)[11]，以日光為主要光源，無(wú)法精確控制光照。中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所“五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置”則可以精確控制室內(nèi)溫度、濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等氣象條件以及土壤條件。該裝置可以進(jìn)行多種復(fù)雜的水分轉(zhuǎn)換控制實(shí)驗(yàn)，本文主要分析其地上部分的溫室實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故下文均稱(chēng)“溫室”。本研究基于該裝置通過(guò)分析玉米整個(gè)生育期的觀測(cè)資料，旨在研究溫室條件下，各生育階段、各葉位玉米光合特性動(dòng)態(tài)及凈光合速率的影響因子，以期為溫室研究提供對(duì)比和參照。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所進(jìn)行，利用其陸地水循環(huán)及地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的“五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置”，該裝置包括地上和地下兩部分。室內(nèi)面積5m×7m，地上部分高度7.5m，地下部分深度3m。地上部分通過(guò)生長(zhǎng)箱對(duì)室內(nèi)溫度、濕度、CO2濃度和光照等進(jìn)行精確控制，其中光照裝置共3組，均由農(nóng)藝鈉燈和金鹵燈組成，高度可調(diào)。地下部分包括兩臺(tái)蒸滲儀，其面積均為3m×2m，高3m，一臺(tái)填裝均質(zhì)土壤（粉砂壤土），另一臺(tái)填裝層狀土壤，其表層為粉砂壤土，中下層為沙壤土（土壤主要物理特性見(jiàn)表1）。蒸滲儀可精確監(jiān)測(cè)土體重量的變化，測(cè)量頻率可設(shè)置1min，稱(chēng)重分辨率為180g，以得到不同時(shí)間尺度的蒸散量（mm）。地下部分垂直方向設(shè)14個(gè)不同深度（10、33、43、53、63、73、82.5、100.5、120.5、140.5、170.5、200.5、230.5和265.5cm），配有測(cè)定土壤水勢(shì)和溫度的MPS-2二參數(shù)傳感器（Decagon，American），以及測(cè)量電導(dǎo)、含水率和溫度的5TE土壤三參數(shù)傳感器（Decagon，American）。裝置圖及詳細(xì)介紹參考文獻(xiàn)[12]。

表1 土壤主要物理特性Table 1 Soil physical properties

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用“五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置”模擬北京典型水文年2003年（平水年）玉米全生育期（6月15日-10月18日）北京站的氣象條件（http://cdc.nmic. cn/home.do）。實(shí)驗(yàn)自2014年5月17日開(kāi)始，9月19日結(jié)束，共126d。實(shí)驗(yàn)期間光照設(shè)置方法為，每日6：00-18：00共12h將3組燈光全部打開(kāi)，并調(diào)整燈高，使燈與冠層的距離保持在1.5m左右，此時(shí)，冠層頂輻射強(qiáng)度約為170W·m-2；溫度設(shè)置方法為，將每日分為8個(gè)時(shí)間段點(diǎn)（每3h的溫度求均值），分別為1：00、4：00、7：00、10：00、13：00、16：00、19：00、22：00，某時(shí)間點(diǎn)及其以后兩個(gè)正點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度的平均值即為該點(diǎn)溫度，如10：00的設(shè)置溫度即為10：00、11：00、12：00實(shí)測(cè)溫度的平均值?？諝鉂穸葹閷?shí)測(cè)日平均濕度；CO2濃度設(shè)置為376mL·L-1。整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，各因子測(cè)定頻率均設(shè)置為30min。

如圖1所示，整個(gè)玉米生育期內(nèi)，溫室內(nèi)平均氣溫23.5℃，7月上旬達(dá)到最高，后持續(xù)下降。平均相對(duì)濕度為61%，較為濕潤(rùn)。7月中旬之前，氣溫在25℃左右波動(dòng)，濕度在60%左右波動(dòng)，而后，溫度持續(xù)下降。玉米播種前漫灌100mm，生育期內(nèi)共灌溉4次（20、60、60、60mm）。整個(gè)生育期內(nèi)，0-60cm平均土壤水分含量位于0.19～0.29m3·m-3。施肥和灌溉量及時(shí)間等具體管理措施見(jiàn)表2。

圖1 2014年玉米生育期內(nèi)氣溫和相對(duì)濕度(a)、灌溉量和0-60cm土壤水分含量(b)動(dòng)態(tài)變化Fig. 1 Temperature and relative humidity(a), irrigation amount and water content at 0-60cm depth (b) during maize growth period in 2014

表2 玉米生育期內(nèi)灌水和施肥情況Table 2 Irrigation and fertilization in maize growth stages

玉米生育期實(shí)驗(yàn)共127d（表3），略長(zhǎng)于華北大田夏玉米生長(zhǎng)周期[13]。整個(gè)生育期活動(dòng)積溫達(dá)2961.2℃·d，苗期-抽雄吐絲期積溫為1428.5℃·d，目前所有玉米品種生育期需求的總積溫在1800～3100℃·d[13]，本實(shí)驗(yàn)中玉米的總積溫屬較高水平。所播玉米品種為鄭單958，4行9列，株距37cm，行距63cm，平均產(chǎn)量約8000kg·hm-2。

表3 玉米生育期劃分Table 3 The growth stage date of maize

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）玉米葉片葉綠素含量（Leaf chlorophyll content, chl，即SPAD值）的測(cè)定。觀測(cè)期內(nèi)用SPAD-502葉綠素儀（日本產(chǎn)）定期測(cè)量，測(cè)量頻率為1周1次，每日9：00前后測(cè)量，每次選取16株玉米（每行選2株），測(cè)量所有葉片，每個(gè)葉片測(cè)3次，取平均值。

（2）葉片氮、碳含量和碳氮比（C/N ratio）測(cè)定。在每個(gè)生育階段，分別選定長(zhǎng)勢(shì)均勻的玉米2株，經(jīng)105℃殺青、65℃烘干粉碎后，采用vario MACRO cube常量元素分析儀（德國(guó)），對(duì)葉片氮含量（N content）、碳含量（C content）、C/N進(jìn)行測(cè)定。

（3）生理生態(tài)指標(biāo)測(cè)定。在各生育階段，利用LI-6400型便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)（美國(guó)產(chǎn)）定期測(cè)定玉米穗位葉（朝向一致）的光合生理指標(biāo)，包括葉片凈光合速率（Net photosynthetic rate, pn）、氣孔導(dǎo)度(Stomatal conductance, Gs)等，選擇穗位葉的中部測(cè)量，光合測(cè)定儀的流速設(shè)定為500umol·s-1，葉室溫度為28℃，每次選取6株玉米取平均值。在8月22日（乳熟期），利用LI-6400測(cè)定4株玉米從基部到頂部全部葉片的相關(guān)指標(biāo)（最基部的3-5片葉子已經(jīng)枯亡，從第4-6片葉開(kāi)始測(cè)量），以分析各葉位的差異。光合生理指標(biāo)測(cè)量的生育階段為：拔節(jié)（7月4日）、大喇叭口（7月12日）、抽雄吐絲（7月25日）、乳熟（8月22日）、蠟熟（9月13日）、完熟期（9月19日）。C、N元素含量在大喇叭口期、蠟熟期無(wú)測(cè)量數(shù)據(jù)。葉綠素測(cè)量數(shù)據(jù)較多，本研究選取與其它指標(biāo)測(cè)量時(shí)間一致的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

測(cè)定結(jié)果表明，兩種土壤下種植的玉米各指標(biāo)變化趨勢(shì)一致，故用其均值來(lái)分析光合特性動(dòng)態(tài)。為更清晰地觀察各指標(biāo)隨葉位的變化規(guī)律，將其數(shù)據(jù)進(jìn)行Z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除量綱的影響[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米凈光合速率及其影響因子動(dòng)態(tài)分析

2.1.1 按生育階段分析

由圖2可見(jiàn)，玉米穗位葉的凈光合速率、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度在全生育期內(nèi)的變化趨勢(shì)基本一致，從拔節(jié)期開(kāi)始逐漸升高，在乳熟期達(dá)到峰值，進(jìn)入成熟期后快速下降。本文共測(cè)定4個(gè)生育階段的葉片N、C元素含量，由圖2可見(jiàn)，葉片N含量的生育期動(dòng)態(tài)同樣呈單峰曲線，但峰值出現(xiàn)在抽雄吐絲期，比上述3個(gè)指標(biāo)早一個(gè)生育期出現(xiàn)最高值。C含量隨生育期表現(xiàn)為持續(xù)下降的過(guò)程，由于N、C元素變化規(guī)律不同，導(dǎo)致葉片碳氮比的波動(dòng)，且變化趨勢(shì)與其它指標(biāo)截然不同，抽雄吐絲期達(dá)到最低值。凈光合速率、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、氮含量等4個(gè)指標(biāo)的波動(dòng)變化趨勢(shì)一致，但變化速率與范圍存在差異。

圖2 各生育階段凈光合速率、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、氮含量、碳含量、碳氮比的動(dòng)態(tài)變化Fig. 2 The dynamic of net photosynthetic rate, chlorophyll content, leaf stomatal conductance, N content, C content, C/N during different growth stages

2.1.2 按葉位分析

選取4株長(zhǎng)勢(shì)均勻的玉米，分別測(cè)定了從基部到頂部的所有葉片的凈光合速率、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度值，圖3展示了4株玉米各指標(biāo)隨葉位的變化規(guī)律。玉米葉片的凈光合速率、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度均隨葉位不同而變化，4株玉米的葉片總數(shù)平均為14～15片，峰值多出現(xiàn)于中上部葉片（從基部開(kāi)始第11～13葉），最低值多出現(xiàn)于基部葉片，整體呈現(xiàn)中間葉位值高，基部和頂部葉位值低的趨勢(shì)。但葉綠素含量的升高或降低與凈光合速率并不呈現(xiàn)一致的變化，氣孔導(dǎo)度則與凈光合速率存在較為一致的變化趨勢(shì)。

圖3 四株玉米各葉位葉片凈光合速率、葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度（標(biāo)準(zhǔn)化值）的分布Fig. 3 The dynamic of net photosynthetic rate, chlorophyll content, leaf stomatal conductance in different leaf position of 4 strains of maize

2.2 玉米凈光合速率的關(guān)鍵影響因子分析

2.2.1 按生育階段分析

對(duì)各生育階段玉米穗位葉片的凈光合速率與葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、氮含量、碳含量、碳氮比進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（圖4），凈光合速率與葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、氮含量、碳氮比均呈線性相關(guān)，其中，凈光合速率與葉綠素含量間的相關(guān)性最強(qiáng)（R=0.94， P＜0.05），其次為氮含量（R=0.77，P＜0.05）、氣孔導(dǎo)度（R=0.77，P＜0.05）。凈光合速率與碳氮比間呈顯著負(fù)相關(guān)（R=-0.72，P＜0.05），而碳含量未對(duì)光合速率產(chǎn)生顯著影響（R=0.51）。可見(jiàn)，雖然影響玉米生長(zhǎng)的因子非常復(fù)雜，但在生長(zhǎng)旺盛期，葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度等均較高，從而導(dǎo)致光合速率峰值的出現(xiàn)（圖2）。

圖4 各生育階段葉片凈光合速率與其它因子間的關(guān)系Fig. 4 The relationships between the net photosynthetic rate and other factors during each growth stage

2.2.2 按葉位分析

對(duì)4株玉米各葉位的凈光合速率與葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（圖5），在所觀測(cè)的4株玉米中，葉片的凈光合速率與氣孔導(dǎo)度間均存在較高的相關(guān)性（R＞0.71，P＜0.05），見(jiàn)圖5c和5d；而僅有2株玉米其凈光合速率與葉綠素含量間存在較高的相關(guān)性（圖5b），其它2株則相關(guān)性較低（圖5a）。

圖5 四株玉米各葉位凈光合速率與葉綠素含量（a、b）、氣孔導(dǎo)度（c、d）的關(guān)系Fig. 5 Relationships between the net photosynthetic rate and chlorophyll content（a and b）, stomatal conductance (c and d) of all leaves in each strain of maize

3 結(jié)論與討論

在五水轉(zhuǎn)化裝置的溫室中，玉米全生育期內(nèi)穗位葉片的凈光合速率、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、氮含量變化趨勢(shì)均呈單峰曲線，與大田測(cè)定結(jié)果一致[15]。凈光合速率峰值為10.23umol·m-2·s-1，出現(xiàn)在乳熟期，比大田玉米光合作用率峰值出現(xiàn)日期（抽雄吐絲期）晚一個(gè)生育期，數(shù)值也明顯低于大田玉米的觀測(cè)值（45umol·m-2·s-1[15]、37.09umol·m-2·s-1[16]），可能原因在于五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置與大田環(huán)境相比存在一定差異，其人工光源強(qiáng)度低于太陽(yáng)光的強(qiáng)度。

在各生育階段，玉米穗位葉片的凈光合速率與葉綠素含量的相關(guān)性最強(qiáng)（R=0.94，P＜0.05），其次為N含量（R=0.77，P＜0.05）、氣孔導(dǎo)度（R=0.77，P＜0.05）。Jing[17]研究了黑龍江6個(gè)樹(shù)種葉片光合速率與葉片氮含量的關(guān)系，結(jié)果表明，葉片光合速率、氮含量呈明顯的季節(jié)變化，兩者顯著相關(guān)（0.71＜R ＜0.98，P＜0.05）。葉綠素（葉片含氮量）直接影響到光合作用中光的吸收、傳遞與轉(zhuǎn)化，其含量直接影響光合速率[18]，最終影響光合產(chǎn)物的積累，孕穗期和抽雄期相關(guān)性最好[19]。氣孔導(dǎo)度對(duì)光合速率的影響在多種植物的研究中均得到證實(shí)，基于大豆[20]、小麥[21]及溫室向日葵[22]的相關(guān)研究表明，氣孔導(dǎo)度在不同時(shí)期不同品種間與光合速率均表現(xiàn)出一致的變化，但曹生奎等[23]對(duì)胡楊葉片的研究發(fā)現(xiàn)，其光合速率與氣孔導(dǎo)度呈對(duì)數(shù)關(guān)系，不同于其它的線性關(guān)系。對(duì)不同品種小麥間的研究得出，小麥劍葉光合速率與氣孔因素的相關(guān)性高于與非氣孔因素[24]?？梢?jiàn)，生育期內(nèi)，影響玉米生長(zhǎng)的因子極其復(fù)雜，但在生長(zhǎng)旺盛期，葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度等均較高，從而導(dǎo)致光合速率峰值的出現(xiàn)。

各葉位的凈光合速率、葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度大體呈現(xiàn)中間葉位高、基部和頂部葉位低的分布特征。?，摰萚25]發(fā)現(xiàn)，玉米灌漿期植株上部葉片光合速率高于下部葉片。也有研究表明[26]，上中部葉片光合特性均優(yōu)于下部葉片，其原因在于，在垂直方向上，植株可接受的光、溫度等均有差異，植株可通過(guò)調(diào)節(jié)葉片氮含量垂直分布以使整個(gè)冠層的光合速率趨于最大化[27]。葉片凈光合速率與氮含量的垂直分布呈顯著的正相關(guān)[28]，且兩者關(guān)系受土壤水分狀況影響，田永超等[29]研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分脅迫條件下，各葉位葉片凈光合速率與葉片含氮量呈線性負(fù)相關(guān)，而水分充足條件下則呈正相關(guān)。另外，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)（供氮量）也將導(dǎo)致二者關(guān)系發(fā)生變化[30]。郭江等[31]對(duì)不同株型的玉米研究發(fā)現(xiàn)，凈光合速率與氣孔導(dǎo)度的關(guān)系在同一植株不同葉片相關(guān)性最為明顯，而氣孔導(dǎo)度則與凈光合速率極顯著相關(guān)，只是在影響系數(shù)上存在差異，與本文研究結(jié)果類(lèi)似。

與自然環(huán)境相比，“五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置”內(nèi)玉米的生長(zhǎng)環(huán)境有明顯差別：（1）在玉米生長(zhǎng)期間，冠層頂輻射為170W·m-2，光照強(qiáng)度明顯弱于自然環(huán)境的太陽(yáng)輻射。大田遮蔭實(shí)驗(yàn)[32]結(jié)果得出，遮蔭對(duì)光合速率有顯著影響，遮蔭50%和90%下，光合速率分別降低了28.6%和49%，玉米葉片光合作用關(guān)鍵的酶（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶及核酮糖二磷酸羧化酶）活性顯著降低，且光譜波段與自然光不同，太陽(yáng)輻射的可見(jiàn)光波段比例為43.5%。本實(shí)驗(yàn)人工光源的可見(jiàn)光比例為78%，光照設(shè)置為每天12h，而大田中玉米各生育期實(shí)際接收的日照時(shí)數(shù)則不同。（2）溫室由于其封閉性，空氣流動(dòng)性差，無(wú)法真實(shí)模擬自然環(huán)境的通風(fēng)條件，而風(fēng)對(duì)植物的生長(zhǎng)有重要影響，唐霞等[33]對(duì)玉米、小麥、大豆、綠豆等作物在不同風(fēng)強(qiáng)度下光合速率的變化進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，隨著風(fēng)速的增大和吹風(fēng)時(shí)間的加長(zhǎng)，光合速率顯著降低，原因在于葉片氣孔導(dǎo)度的變化。以上因素均可能對(duì)溫室作物的生長(zhǎng)造成影響，如玉米生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，則光合速率峰值延遲出現(xiàn)。因此，“五水轉(zhuǎn)化動(dòng)力過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置”通過(guò)控制溫度、濕度和光照，最大程度模擬指定環(huán)境，可以進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)研究，但光照、風(fēng)及水源的情況與自然環(huán)境存在差異，適合進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)研究，如氣候變化實(shí)驗(yàn)、水分脅迫實(shí)驗(yàn)和養(yǎng)分控制試驗(yàn)。

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Analysis on Photosynthetic Characteristics of Maize Growth in “Water Transformation Dynamical Processes Experimental Device”

TAN Li-ping1,2, LIU Su-xia1, MO Xing-guo1, LIN Zhong-hui1, HU Shi1
(1. Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049)

Abstract:The influencing factors of leaf net photosynthetic rate (Pn) in different growth stages and leaf position under greenhouse condition were studied by analyzing the dynamic characteristic of photosynthetic characteristic and the correlation between Pn and the eco-physiological factors based on the “Water Transformation Dynamical Processes Experimental Device” (WATDPED). The results showed that there was only one peak of the variations of Pn, chlorophyll content (chl), stomatal conductance (Gs), N content (N) during the growth period. However, the maximum value of Pn, appeared in milk stage, was lower and one growth stage later than the previous research results of fields (the tasseling and silking stage). The Pn, chl and Gs showed higher value in middle leaf positions than in other leaf positions. During the growth period, the correlation coefficient between Pn and chl was the highest (0.94, P＜0.05), followed by the coefficient between Pn and N and that between Pn and Gs (0.77, P＜0.05). The variation of Pn in different leaf position was similar to that of Gs. The device is more suitable to be used to conduct some control experiment studying the influence of climate change, water and nutrient stress on the crops or ecosystems.

Key words:Net photosynthetic rate；Chlorophyll content；Stomatal conductance；Growth stages；Leaf position

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.03.010

* 收稿日期：2015-09-16**通訊作者。E-mail：liusx@igsnrr.ac.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31171451；41471026)；中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所135重點(diǎn)項(xiàng)目(2012ZD003)

作者簡(jiǎn)介：譚麗萍(1987-)，博士生，主要從事生態(tài)水文研究。E-mail：tanlp.13b@igsnrr.ac.cn