甘肅小隴山林區(qū)3種樹種幼苗的光合特性及日變化規(guī)律分析

高利偉

摘 要 為研究油松、連翹和側柏的光合特性，利用光合儀對3種樹種的葉片光合參數(shù)、光合蒸騰參數(shù)、環(huán)境因子和日變化進行了測定，分析比較了3種樹種在5—8月凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）。結果表明：1）不同樹種各月凈光合速率日變化呈現(xiàn)“雙峰”或“單峰”變化趨勢。2）連翹生長初始和生長末期凈光合速率呈現(xiàn)雙峰型變化趨勢，側柏、油松凈光合速率呈現(xiàn)單峰型變化趨勢，峰值出現(xiàn)時間主要集中于10：00—14：00。3）各樹種蒸騰速率變化幅度較小，油松和側柏在生長初期和末期蒸騰速率強于連翹，在6—7月生長中期，連翹蒸騰速率大于油松和側柏。4）大部分樹種在季節(jié)變化方面蒸騰速率呈現(xiàn)“雙峰型”型變化趨勢。

關鍵詞 光合速率；蒸騰速率；日變化；環(huán)境因子

中圖分類號：S727 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.09.008

光合作用是植物生長代謝的重要過程。植物通過光合作用可以為自身生長提供能量和營養(yǎng)物質。受遺傳因子控制，植物光合特性不同。由于植物葉片氣孔限制值（Ls）、凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（Cond）等光合特性因子可以直觀反映植物生長情況。因此，本研究分別測定了油松、側柏和連翹3種樹種的主要光合特性參數(shù)，并對其日變化進行了分析，以期為苗木培育、保護提供科學依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?研究區(qū)域概況

研究區(qū)為甘肅省小隴山林區(qū)，該林區(qū)總占地面積為825 800 hm2，林業(yè)用地面積為7 458 600 hm2，森林覆蓋率為67.97%。研究區(qū)域海拔為700～3 300 m，年均氣溫為7～12 ℃，年均降水量為460～800 mm，無霜期為140～218 d。林區(qū)氣候溫和，雨量充沛，夏無酷暑，冬無嚴寒，自然條件優(yōu)越，動植物種類繁多。植物兼有南北植物區(qū)系特點，有945屬、224科、2 800多種，木本植物800余種；野生動物有389種61科[1]。

1.2 ?試驗材料

結合當?shù)貑坦鄻浞N分布特征和地形條件，在初春3—4月，選取6塊坡度和坡向一致的徑流小區(qū)，對試驗區(qū)內油松、側柏、連翹3種樹進行每木檢尺。各樹種選取長勢較好的20株作為試驗研究對象，試驗樣地情況如表1所示。

試驗小區(qū)選擇時主要遵循以下原則：1）各小區(qū)水化光熱系統(tǒng)相同，為保證試驗結果準確性和真實性，各小區(qū)種植方式應相同，以此來消除種植區(qū)域邊緣效應。2）試驗小區(qū)地塊種植條件一致，栽種幼種前試驗小區(qū)應為荒地，幼種栽植后需要將幼種周邊土壤恢復原狀[2]。

1.3 ?試驗方法

1.3.1 ?光合蒸騰生理特征測定

利用LI-6400XT光合測定系統(tǒng)對樹種光合特性進行測量，日變化測定采用自然光源葉室，葉室面積設置為6 cm2。選取冠層部分未被遮陰的健旺葉片，每株樹木選擇3枚健全葉片，測定Ls、Tr、Pn、Ci、Cond等指標。幼苗日變化監(jiān)測時間為7：00—19：00，每隔2 h對樹種生長參數(shù)測定1次[3]。每次測量選取3片發(fā)育健全葉片，共測定4次；樹種季節(jié)變化測定時間為9：00—11：00，測定內容與日變化相同。

1.3.2 ?蒸騰耗水量計算

樹種日蒸騰耗水量的計算見公式（1）。

[Qd=Vj×Sd×3 600×2×18×10?3] ?（1）

式（1）中，[Qd]為樹種蒸騰耗水量，單位為g·株-1；[Sd]為植株葉面積，單位為m2；[Vj]為植株蒸騰速率，單位為mmol·m-2·s-1；18為水分子的相對分子質量。

徑流小區(qū)樹種日蒸騰耗水量的計算見公式（2）。

[QL=Qd×D] ? （2）

式（2）中，[QL]為徑流小區(qū)樹種日蒸騰耗水量，單位為g；D為徑流小區(qū)樹種株數(shù)，單位為株。

2 ?結果與分析

光合蒸騰生理日變化曲線可直觀反映樹種生長特性。在外界氣候、樹種種源存在差異的情況下，光合特性和日進程變化曲線差異較大，甚至同一樹種在不同生長周期也會出現(xiàn)不同表現(xiàn)[4]。

2.1 ?3個樹種不同月份光合速率日變化

生長季節(jié)不同樹種凈光合速率日變化呈現(xiàn)“雙峰型”或“單峰型”變化趨勢。

由于5月為樹種生長淡季，樹種凈生產(chǎn)力較低，因此樹種凈光合波動變化較?。ㄒ妶D1）。連翹、油松兩種樹種凈光合速率呈現(xiàn)“雙峰型”變化趨勢，并且凈光合速率高峰出現(xiàn)時間基本一致，最高值時間為10：00和16：00[5]。出現(xiàn)該變化情況的主要原因是10：00氣溫達到植物最適溫度，所以光合速率達到峰值。之后由于氣溫持續(xù)升高，對植物造成脅迫，植物啟動內在調節(jié)機制關閉部分氣孔，光合速率持續(xù)下降，因此在10點樹種光合速率出現(xiàn)峰值。側柏凈光合速率呈現(xiàn)“單峰型”變化趨勢，最大峰值為3.09 μmol·m-2·s-1，出現(xiàn)在13：00—15：00。

從6月凈光合速率日變化情況來看（見圖2），3種樹種凈光合速率日變化整體呈現(xiàn)“雙峰型”變化趨勢。側柏和油松在早上10：00和下午16：00凈光合速率達到峰值，第一處峰值為5.81、6.46 μmol·m-2·s-1，第二處峰值為7.40、7.54 μmol·m-2·s-1；連翹凈光合速率峰值為10：00，之后呈下降趨勢[6]。

7月油松和側柏凈光合速率呈現(xiàn)“雙峰型”變化趨勢（見圖3），油松凈光合速率峰值大于側柏；連翹凈光合速率日進呈現(xiàn)“雙峰型”型變化趨勢，峰值出現(xiàn)時間為10：00和14：00，峰值分別為16.61、13.87 μmol·m-2·s-1。7月測定日天氣最高溫度主要集中于12：30—13：00，該時段天氣溫度較高導致連翹氣孔關閉，因此凈光合速率有所下降，13：00之后天氣溫度有所下降，連翹為維持樹種溫度，氣孔打開，凈光合速率有所上升[7]。

8月連翹凈光合速率變化趨勢為“雙峰型”（見圖4），凈光合速率峰值出現(xiàn)時間分別10：00、14：00，峰值分別為18.59、11.09 μmol·m-2·s-1，油松、側柏凈光合速率呈現(xiàn)“單峰型”變化趨勢，該兩種樹正午期間凈光合速率較高，分別為8.04、6.03 μmol·m-2·s-1。

2.2 ?不同樹種蒸騰速率日變化

植物葉肉細胞液損失是影響樹種生長發(fā)育的主要因素，蒸騰速率（Tr）可以直觀反映樹種耗水能力，并且日進程下樹種蒸騰耗水情況影響因素較多，但整體變化波動幅度較小[8]。

從圖5中可以看出，5月側柏和油松蒸騰速率呈現(xiàn)“單峰型”變化趨勢，其中側柏蒸騰速率16：00最高，峰值為2.91 mmol·m-2·s-1；油松蒸騰速率10：00達到最高值，峰值為4.48 mmol·m-2·s-1。連翹樹種蒸騰速率呈現(xiàn)“雙峰型”變化趨勢，分別于10：00、14：00達到最高值，由于連翹在生長期蒸騰速率變化極易受氣孔關閉的影響，正午天氣溫度升高時，樹種氣孔關閉，樹種蒸騰速率下降[9]。

6月3種樹種蒸騰速率為“單峰型”變化趨勢（見圖6），油松和側柏蒸騰速率高峰出現(xiàn)時間較晚，于16：00達到最高值；連翹樹種蒸騰速率最高值為12：00—14：00。

7—8月3種樹種蒸騰速率日變化基本保持一致（見圖7、圖8），油松、連翹呈現(xiàn)“單峰型”變化趨勢，油松峰值出現(xiàn)時間為12：00，連翹峰值出現(xiàn)時間為14：00；7—8月側柏蒸騰速率變化均呈現(xiàn)“雙峰型”變化趨勢，但是峰值出現(xiàn)時間不同，8月側柏蒸騰速率峰值出現(xiàn)時間較晚。

2.3 ?不同樹種光合蒸騰速率影響因子分析

2.3.1 ?不同樹種凈光合速率與影響因子的關系

1）各樹種的Pn與Cond之間存在著正的相關關系，以連翹Pn值與Cond的相關性最大（0.711）；2）各樹種Ci與Pn成反比，且表現(xiàn)出負的極相關關系；3）各樹種Pn均隨著Ls的增加而增加，兩者之間存在著正的極相關關系，以油松Pn與Ls之間的相關性最大（0.770）；4）大氣溫度（Ta）對不同樹種的Pn有明顯的影響，Pn隨Ta的增加而增加；5）3個樹種的Pn與相對濕度（RH）之間沒有明顯的相關關系；6）所有樹種的Pn與光合作用有效輻射（PAR）之間呈現(xiàn)正的極相關關系，如表2所示。

2.3.2 ?不同樹種蒸騰速率與影響因子的關系

1）各樹種的Tr與Cond之間存在著相關關系，以連翹的Tr與Cond之間的相關性最強（0.607）；2）各樹種的Ci與Tr呈反比，且表現(xiàn)出極顯著負相關，以油松葉Tr與Ci相關性最大（-0.606）；3）各樹種葉片的Tr均隨著Ls的增加而增加，除連翹葉片Tr與Ls的相關性不明顯，其他樹種Tr與Ls的表現(xiàn)出極顯著正相關，其中油松Tr與Ls的相關性最大（0.533）；4）Ta對所有樹種的Tr都有明顯的影響，Tr隨Ta的增加而增加，相關系數(shù)大于0.5；5）不同樹種Tr與RH均呈極顯著負相關；6）所有樹種的PAR都與Tr有關，兩者之間存在著極顯著正相關，如表3所示。

3 ?結論與討論

3種樹種光合作用日變化主要呈現(xiàn)“單峰型”或“多峰型”變化，7—8月樹種生長旺期，連翹和油松凈光合速率變化趨勢為“雙峰型”；側柏凈光合速率變化趨勢為“單峰型”，出現(xiàn)該情況的主要原因是側柏在生長過程中可以及時根據(jù)生長需求對光照、溫度和濕度等環(huán)境進行調控。側柏為高大喬木，其在生長期對水分需求度較低，當空氣濕度和土壤濕度降低時，會導致樹種內外水壓差增加，進而造成側柏在蒸騰高峰期出現(xiàn)滯后時差情況。

樹種凈光合速率可以直觀反映樹種凈生產(chǎn)力效能，同時也能夠闡明樹種生長周期的長勢強弱。在8月樹種生長旺期，連翹凈光合速率明顯高于油松和側柏，其中側柏凈光合速率最低，出現(xiàn)該情況主要原因為側柏光合性能較差，當側柏處于弱光環(huán)境中時，其凈光合速率會降低。另外，夏季油松和側柏凈光合速率高于連翹，而在春季和秋季則相反。樹種處于生長旺期時，在高熱、光源過飽和狀態(tài)下，油松和側柏可以通過氣孔蒸發(fā)水分，以此來降低樹種溫度，而連翹則關閉氣孔，防止水分過多流失。因此油松、側柏與連翹之間在夏季、春秋季凈光合速率呈現(xiàn)相反的變化趨勢。

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（責任編輯：敬廷桃）