哈爾濱3種木本植物的光合蒸騰作用特性研究

王俊帥+韓來鵬+馬騰+楊萌柳+岳莉然

摘 要：利用Li-6400便攜式光合測定儀分別對黑龍江省哈爾濱市體育公園闊葉混交林中3種常見木本植物山桃稠李（Padus maackii （Rupr.） Kom）、郁李（Cerasus japonica（Thunb.）Lois.）和五角楓（Acer mono Maxim.）的光合蒸騰特性進行了研究，并就上述植物的各生理生態(tài)因子對凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）的影響進行了分析，計算得出3種植物在蒸騰釋水和固碳釋氧方面的生態(tài)效益。結(jié)果表明：3種植物的固碳釋氧量表現(xiàn)為山桃稠李>五角楓>郁李；蒸騰釋水量表現(xiàn)為山桃稠李>五角楓>郁李。

關(guān)鍵詞：哈爾濱；凈光合速率；蒸騰速率；生態(tài)效益

中圖分類號：Q945 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.030

森林生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能與生態(tài)效益評價都與其光合—蒸騰作用的準(zhǔn)確估算密切相關(guān)。城市中的植物具有多種生態(tài)功能，城市植物不僅具有固碳釋氧、增濕降溫、滯塵等功能從而達(dá)到調(diào)節(jié)城市局部小氣候的作用，還具有減少水土流失、消除空氣中細(xì)菌、減弱城市中的噪音等功能[1-2]。生理生態(tài)因子諸如氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、氣孔限制值、有效輻射、溫度、相對濕度等對光合蒸騰作用的影響不是單一孤立的，而是相互聯(lián)系、相互制約的[3-4]。因此，不同地區(qū)、不同植物的光合蒸騰作用日變化特征各異且影響不同，植物日變化的主要因子也不盡相同。對植物光合蒸騰特性及相關(guān)環(huán)境因子的影響進行探究，不僅能對生境適應(yīng)性的強弱進行合理判斷，達(dá)到為林分優(yōu)化工作提供改良思路的目的，亦對我國其它地區(qū)同類研究具有重要的借鑒和參考意義[5-6]。本研究針對東北地區(qū)部分植物進行光合蒸騰作用特性研究，對于氣候寒冷、生長環(huán)境惡劣的選種和植物景觀設(shè)計具有重大的意義。

1 研究區(qū)概況

哈爾濱位于東經(jīng)125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′之間，地處中國東北平原東北部地區(qū)，黑龍江省南部。哈爾濱市不僅是黑龍江省省會城市，更是中國東北北部的政治、經(jīng)濟、文化中心。全市總面積53 068 km2，其中市區(qū)面積為10 198 km2。哈爾濱市區(qū)地域平坦、低洼，東部多山及丘陵地，東南臨近丘陵，北部為山區(qū)，中部山勢不高，河流縱橫，平原遼闊。哈爾濱市體育公園以生態(tài)山林帶、活力運動帶、中心水景帶、生態(tài)休閑帶和中心湖面構(gòu)成“四帶一心”的空間結(jié)構(gòu)，建設(shè)以“生態(tài)水岸運動”為內(nèi)容的體育主題公園。設(shè)有羽毛球場、籃球場、輪滑滑板場、慢跑道等多個特色運動場所。共栽植喬木6 000余株、灌木1.2萬株，中心湖面達(dá)到8萬 m2。

2 材料和方法

分別在3種植物林內(nèi)選擇健壯植株作為樣株，測定時保持葉片自然生長角度不變，進行活體測量。在天氣晴朗的2014年7月下旬，采用Li-6400便攜式光合測定儀，從8：00—18：00，每隔2 h進行測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 光合速率日變化分析

自然條件下，山桃稠李和郁李在8：00—18：00觀測時段內(nèi)的凈光合速率的日變化屬于“雙峰”型。如圖1所示，山桃稠李的凈光合速率于12：00達(dá)到第一個高峰，峰值為5.287 μmol·m-2·s-1；近16：00達(dá)到另一個高峰，峰值為5.564 μmol·m-2·s-1。郁李的凈光合速率于10：00達(dá)到第一個高峰，峰值為6.266 μmol·m-2·s-1，第一次達(dá)到峰值后降幅較大，在12：00達(dá)到谷底，降至2.188 μmol·m-2·s-1，近14：00達(dá)到了第二個高峰，峰值為2.449 μmol·m-2·s-1。第二次到達(dá)峰值后的下降趨勢較為緩慢，在18：00降至負(fù)值-0.343 μmol·m-2·s-1。而五角楓的日變化呈“單峰”型，從8：00開始逐漸上升，在下午14：00達(dá)到峰值9.612 μmol·m-2·s-1。

3.2 植物蒸騰特性研究

3.2.1 蒸騰速率日變化研究 自然條件下，山桃稠李和郁李的蒸騰速率日變化的曲線表現(xiàn)為雙峰曲線。如圖2所示，在8：00，山桃稠李的蒸騰速率明顯高于其他3種，隨后開始逐漸上升，在8：00和16：00分別達(dá)到高峰，峰值分別為1.995 g·m-2·h-1和1.600 g·m-2·h-1；于正午12：00達(dá)到谷底，最低值為0.788 g·m-2·h-1。郁李在10：00和14：00達(dá)到兩個高峰，峰值分別為1.625 g·m-2·h-1和1.122 g·m-2·h-1。五角楓的蒸騰速率日變化曲線表現(xiàn)為單峰曲線，在14：00時達(dá)到最高值2.219 g·m-2·h-1。

3.2.2 氣孔導(dǎo)度日變化研究 從圖3來看，相較其他兩種植物，山桃稠李的氣孔導(dǎo)度日變化最大，呈明顯下降趨勢，12：00時氣孔導(dǎo)度為0.020 mmol·m-2·s-1，隨后至16：00之間又呈現(xiàn)上升趨勢，16：00后又呈現(xiàn)下降趨勢，最終在18：00達(dá)到當(dāng)日的最低值，Cond值為0.028 mmol·m-2·s-1。郁李分別在10：00和14：00達(dá)到峰值，Cond值分別為0.040 mmol·m-2·s-1和0.034 mmol·m-2·s-1。五角楓的氣孔導(dǎo)度日變化趨勢沒有波動，不同于另外兩種植物，在8：00至14：00之間持續(xù)上升，在14：00時達(dá)到當(dāng)日氣孔導(dǎo)度日變化的最大值0.047 mmol·m-2·s-1，14：00至18：00呈持續(xù)下降趨勢。山桃稠李和五角楓兩種植物都于正午12：00時氣孔導(dǎo)度有不同程度下降，說明正午時間光照強，蒸騰過于強烈，保衛(wèi)細(xì)胞失水導(dǎo)致氣孔關(guān)閉。且山桃稠李下降幅度顯著，說明午間的各生態(tài)因子對于山桃稠李的影響比五角楓強烈。

3.3 植物生態(tài)效益研究

3.3.1 植物固碳釋氧量 同化量公式如下。

P=[（pi+1+pi） ÷2×（ti+1-ti） ×3 600÷1 000]

測定日固定CO2的量為：Wco2=P×44÷1 000

測定日固定O2的量為：W o2 =P×32÷1 000

光合作用：CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2

山桃稠李：P=118.13 mmol·m-2·s-1

Wco2=5.19 g·m-2·d-1

W o2 =3.78 g·m-2·d-1

郁李：P=2.68 mmol·m-2·s-1

Wco2=4.08 g·m-2·d-1

Wo2 =2.97 g·m-2·d-1

五角楓：P=117.36 mmol·m-2·s-1

Wco2=5.16 g·m-2·d-1

Wo2 =3.76 g·m-2·d-1

由表1中3種植物的固碳量及釋氧量來看，山桃稠李的光合能力較強，其固碳量達(dá)到了5.19 g·m-2·d-1，五角楓次之固碳量達(dá)到5.16 g·m-2·d-1，數(shù)值相差并不大，郁李的固碳量最少，為4.08 g·m-2·d-1。而其對應(yīng)的釋氧量山桃稠李最高為3.78 g·m-2·d-1，五角楓次之為3.76 g·m-2·d-1，郁李最低。

3.3.2 植物蒸騰釋水量 蒸騰總量公式：

E=[（ei+1+ei） ÷2×（ti+1-ti） ×3 600÷1 000]

釋水量：WH2O= E×18

山桃稠李： E=51.44 mol·s-1 ·m-2

WH2O=925.92 g·m-2

郁李： E=43.88 mol·s-1 ·m-2

WH2O=789.84 g·m-2

五角楓： E=50.82 mol·s-1 ·m-2

WH2O=914.76 g·m-2

由表2中數(shù)據(jù)可得以下結(jié)論：山桃稠李的蒸騰最強，測定日的蒸騰總量達(dá)到51.44 mol·s-1 ·m-2，其釋水量為925.92 g·m-2；其次，五角楓的蒸騰總量為43.88 mol·s-1·m-2，釋水量為914.76 g·m-2。根據(jù)這兩種植物的蒸騰釋水量大小，可推斷山桃稠李和五角楓適合生長在陰涼潮濕的環(huán)境中，由于其蒸騰能力較強，若處于干旱環(huán)境，易過多失水，不利于自身生長。而郁李在三者中相對來講是蒸騰較弱的，其本身蒸騰的水分較少，可生長在向陽處。

4 結(jié) 論

由Pn值看，山桃稠李的光合速率與其他3種相比較而言優(yōu)勢明顯，而在Tr值上，山桃稠李和五角楓則蒸騰較快，且數(shù)值相差不大。而在氣孔導(dǎo)度方面，五角楓的變化趨勢不同于另外兩種植物，山桃稠李和郁李均呈現(xiàn)先下降后上升趨勢。在光合速率中優(yōu)勢并不突出的五角楓卻在蒸騰速率上表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，由這兩項生態(tài)效益指標(biāo)的比較可以得出結(jié)論，光合速率和蒸騰速率的變化不盡相同，說明植物進行的這兩種過程，同時發(fā)生，卻不相互干涉。

這3種植物的葉色葉形各具特色，通過試驗發(fā)現(xiàn)它們在發(fā)揮生態(tài)效益的方面也有很大差別。在進行植物配置時，除了結(jié)合各地的氣候特征和自然條件，色彩搭配美觀之外，也有必要考慮到不同植物在不同條件下所產(chǎn)生的生態(tài)效益，才能最大程度地發(fā)揮植物固碳釋氧、增濕降溫、滯塵等功能，從而達(dá)到調(diào)節(jié)城市局部小氣候的作用。促進城市植物這些作用的發(fā)揮，可以彌補人類工業(yè)化城鎮(zhèn)化發(fā)展對自然帶來的負(fù)面影響，功在當(dāng)代，利在千秋。

參考文獻(xiàn)：

[1] Wu Z M. Urban forest pest management[J].J Arbor Cutl，1991，11（6）：150-158.

[2] Miller W R. Urban forestry[M].Prentice Hall： Englewood Cliffs，1988：12-13.

[3] 吳雁雯，張金池，顧哲衍，等.百祖山兩種闊葉木本植物的光合蒸騰作用特性研究[J].水土保持研究，2014，21（6）：204-210.

[4] 朱宏光，農(nóng)友，蘇建苗，等.廣西熱帶巖溶去蘋婆幼樹光合蒸騰特性研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（13）：7 751-7 752.

[5] 張錦春，趙明，張應(yīng)昌，等.灌溉植被梭梭、白刺光合蒸騰特性及影響因素研究[J].西北植物學(xué)報，2005，25（1）：70-76.

[6] 韓煥金. 哈爾濱市主要植物生理生態(tài)功能研究[J]. 江蘇林業(yè)科技，2005（4）：5-10.

[7] 克累默爾P J，考茲夫斯基T T.木本植物生理學(xué)[M].汪振儒，譯.北京：中國林業(yè)出版社，1983：226-241.

[8] 王競紅. 哈爾濱市幾種常用花灌木耐蔭性的研究[D]. 哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2002.

[9] 陳少鵬，莊倩倩，郭太君，等. 長春市園林樹木固碳釋氧與增濕降溫效應(yīng)研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012（4）：750-756.

[10] 張彪，高吉喜，謝高地，等. 北京城市綠地的蒸騰降溫功能及其經(jīng)濟價值評估[J]. 生態(tài)學(xué)報，2012（24）：7 698-7 705.