半干旱地區(qū)15種闊葉樹的光合蒸騰作用分析

安宇寧

(遼寧省固沙造林研究所，遼寧 阜新 123000)

樹木光合蒸騰作用是各種環(huán)境因子的綜合作用，并且與植物的水分利用息息相關(guān)[1]，為比較不同樹種對光的適應(yīng)能力和喜光性、蒸騰特性，探討樹種在沙地植被恢復(fù)過程中的應(yīng)用，利用LI-6400便攜式光合儀，測定了遼西沙地15個常見樹種的光合日變化和光響應(yīng)過程，并計算上述樹種的暗呼吸速率和表觀量子效率等數(shù)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2015年4月在彰武縣章古臺鎮(zhèn)用30 cm×30 cm塑料盆栽植楊樹(Populusspp.)、葉底珠(Securinegasuffruticosa)、刺玫(Rosadavurica)、丁香(Syringaoblata)、南蛇藤(Celastrusorbiculatus)、白蠟(Fraxinuschinensis)、桃葉衛(wèi)矛(Evonymusbungeanus)、杠柳(Periplocasepium)、刺榆(Hemipteleadavidii)、鼠李(Rhamnus.parvifolius)、沙棗(Elaeagnusangustifolia)、皂角(Gleditsiamelanacantha)、榆葉梅(Amygdalustriloba)、糖槭(Acernegundo)、色木槭(Acermono)等15種2年生喬、灌木。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 光合日變化、日同化量、日蒸騰量 8月選擇晴朗無風(fēng)日測量光合速率的日變化，時間區(qū)段為6:00—16:00，每2h測定1次，日間共記錄6次，每種苗木選擇3株，每株測量3次，取平均值。

在植物光合、蒸騰日變化曲線中，其日同化量和日蒸騰量分別為凈光合速率曲線和蒸騰速率曲線與時間橫軸圍合的面積。以此為基礎(chǔ)，可利用簡單積分法計算植物葉日凈同化總量P(mg·m-2·d-1) 和蒸騰總量E(g·m-2·d-1)[2-4]：

P=∑[(pi+2+pi)/2×(ti+1-ti)×3 600/1 000]×44

(1)

E=∑[(ei+1+ei)/2×(ti+1-ti)×3 600/1 000]×18

(2)

式(1)和式(2)中，pi和ei分別為初測點(diǎn)瞬時光合速率(μmol·m-2·s-1)和蒸騰速率(mmol·m-2·s-1)，pi +1和ei +1分別為下一測點(diǎn)瞬時光合速率和蒸騰速率；ti為初測點(diǎn)的測量時間(h)，ti +1為下一測點(diǎn)的時間；44和18分別為二氧化碳和水的摩爾質(zhì)量。

1.2.2 光響應(yīng)曲線測量 9月上旬測量各種植物的光響應(yīng)曲線，時間為上午9:00—11:00，記錄周期為5 min，光照強(qiáng)度分別為2 000、1 800、1 200、1 000、600、300、100、30、15、0 μmol·m-2·s-1，共10個梯度，每種樹種測量3次，應(yīng)用直角雙曲線修正模型[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 光合速率日變化

圖1 各樹種光合速率日變化

各樹種的凈光合速率日變化曲線見圖1，從圖1可見，各個樹種的光合日變化表現(xiàn)不同，其中丁香、沙棗、皂角、榆葉梅、糖槭、南蛇藤等6個樹種表現(xiàn)為單峰型，白蠟、刺玫、杠柳、桃葉衛(wèi)矛、葉底珠、刺榆、鼠李、色木槭、楊樹等表現(xiàn)為雙峰型。單峰型中有2個樹種在上午達(dá)到峰值，4個樹種在下午達(dá)到峰值；雙峰型有7個在8:00—10：00達(dá)到峰值，有2個在10：00—12：00達(dá)到峰值，第二個峰值普遍出現(xiàn)在14：00左右，表現(xiàn)出了光合作用中的光合午休現(xiàn)象。

2.2 日同化量、日蒸騰量

日凈光合同化量越大說明植物的生產(chǎn)能力越強(qiáng)，固定在體內(nèi)的碳量與釋放到空氣中的氧量也就越大。從圖2可以看到，南蛇藤、葉底珠、鼠李、色木槭等植物的日凈同化總量較低，樹種日凈同化總量從大到小依次為：沙棗、楊樹、丁香、刺玫、刺榆、皂角、榆葉梅、杠柳、糖槭、桃葉衛(wèi)矛、白蠟、色木槭、南蛇藤、鼠李、葉底珠，日蒸騰總量則為色木槭最低，從大到小依次為：丁香、沙棗、桃葉衛(wèi)矛、刺玫、皂角、白蠟、榆葉梅、杠柳、楊樹、糖槭、刺榆、南蛇藤、葉底珠、鼠李、色木槭。

圖2 各樹種日凈同化總量和蒸騰總量

2.3 光響應(yīng)曲線

圖3 各樹種的光響應(yīng)曲線

光響應(yīng)曲線反映了植物凈光合速率隨光強(qiáng)大小變化的趨勢。楊樹、杠柳、沙棗3個樹種的最大光合速率在15 μmol·CO2·m-2·s-1以上，丁香、榆葉梅、刺玫、葉底珠、桃葉衛(wèi)矛、色木槭、南蛇藤的最大光合速率在10 μmol·m-2·s-1以上，皂角、鼠李、刺榆、白蠟的最大光合速率在10 μmol·m-2·s-1以下。由于樹種的差異，光響應(yīng)曲線的變化幅度也有較大差異。

2.4 光合特征值

表1 各樹種的最大凈光合速率、暗呼吸速率、表觀量子效率

最大凈光合速率說明對光能的利用潛力大小，白蠟、刺榆、鼠李3個樹種的最大光合速率都小于10 μmol·m-2·s-1；楊樹、杠柳、沙棗的最大光合速率大于20 μmol·m-2·s-1；表觀量子效率反映了植物進(jìn)行光合作用時的光能利用效率，表觀量子效率越大[6]，表明該植物吸收與轉(zhuǎn)換光能的色素蛋白復(fù)合體可能越多，利用弱光的能力越強(qiáng)；刺榆、皂角2個樹種的表觀量子效率最大，沙棗、丁香、榆葉梅、南蛇藤、葉底珠、鼠李、杠柳等7個樹種的表觀量子效率較小。

3 結(jié)論與討論

在外界環(huán)境一致的條件下，各樹種的凈光合速率反映樹種的光合能力大小，日光合凈同化量既反映了對光能利用的程度，也反映了植物的固碳能力；日蒸騰量反映了植株對水分的消耗，蒸騰量較小的植物，對干旱地區(qū)環(huán)境有更好的適應(yīng)性。

植物最大凈光合速率較低的為耐陰樹種，飽和光強(qiáng)較高的為陽性樹種；對于長勢良好的植物，表觀量子效率一般在0.04～0.07之間[7]，本試驗(yàn)大部分?jǐn)?shù)值都在這個范圍之內(nèi)，其中刺榆、皂角的數(shù)值明顯偏大，有待校正；暗呼吸速率大小是植物消耗白天積累的有機(jī)物強(qiáng)弱的指標(biāo)，桃葉衛(wèi)矛的數(shù)值較大，說明其對弱光環(huán)境適應(yīng)性較弱。