水稻叶绿素荧光特性对CO_2浓度升高的代际响应研究

为研究不同CO_2浓度升高水平对水稻叶绿素荧光特性的代际影响,基于CO_2浓度自动调控系统开展田间试验,以上一生长季经CO_2浓度升高处理(CO_2浓度比自然环境高40μmol·mol~(-1))的粳稻(Oryza sativa L.)种子(SI)和没有经过CO_2浓度升高处理的粳稻种子(SII)为试验材料,设置3种CO_2浓度水平:以背景大气CO_2浓度为对照(CK)、CO_2浓度比CK分别增加80μmol·mol~(-1)(T_1)和200μmol·mol~(-1)(T_2),测定叶片叶绿素荧光参数。结果表明,与CK相比,T_1处理使SI和SII蜡熟期的基础荧光(F_o)分别下降了8.6%(P=0.004)和8.0%(P=0.033),T_2处理使SI和SII扬花期的F_o分别下降了12.5%(P=0.033)和18.0%(P=0.015)。T_1处理使SI和SII蜡熟期的最大荧光(F_m)分别上升了10.1%(P=0.001)和11.0%(P=0.001),T_2处理使F_m分别上升了12.0%(P=0.000)和10.6%(P=0.001)。T_1处理使SI和SII蜡熟期的可变荧光(F_v)分别上升了16.2%(P=0.001)和17.7%(P=0.001),T_2处理使F_v分别上升了18.2%(P=0.000)和17.6%(P=0.000)。T_1处理使SI和SII蜡熟期的最大光化学效率(F_v/F_m)分别上升了6.2%(P=0.001)和6.5%(P=0.005),T_2处理使F_v/F_m分别上升了6.2%(P=0.001)和6.8%(P=0.003)。与CK相比,T_1和T_2处理使SI和SII的单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、单位反应中心捕获用于还原QA的能量(TRo/RC)、单位反应中心以热能形式耗散的能量(DIo/RC)在乳熟期、蜡熟期和完熟期下降,单位面积光合反应中心的数量(RC/CSo)在蜡熟期上升。SI与SII相比,它们的F_o、F_m、F_v、F_v/F_m、ABS/RC、TRo/RC、DIo/RC、RC/CSo、ETo/RC没有显著差异。研究表明CO_2浓度升高有利于提高水稻叶片光合系统的光能转换能力,对光合功能有促进作用,而叶绿素荧光特性对CO_2浓度升高的响应没有代际差异。     

短期CO_2浓度升高对黄土高原刺槐光合日变化的影响

以黄土高原19年生刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为对象,比较研究刺槐在环境CO_2浓度(350μmol/mol)和倍增CO_2浓度(700μmol/mol)下的净光合速率(Pn)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、水汽压亏缺(VPD)和水分利用效率(WUE)的日变化动态及日均值差异.结果显示:刺槐P_n、G_s、C_i、WUE的日变化在短期CO_2浓度升高条件下并未发生明显改变,但T_r、VPD的日进程在环境CO_2浓度下呈"双峰"曲线,而在倍增CO_2浓度下呈"单峰"曲线.短期CO_2浓度升高使刺槐G_s和T_r平均降低10.01%和8.71%,但其P_n和WUE显著提高107.47%和135.40%.本研究表明刺槐人工林在黄土高原具有较强的光合潜力与水分利用能力.(图1表2参38)     

退化喀斯特森林群落常见植物叶片光合作用变异特征

植物的光合生理特征既与自身遗传特性有关,也受外部环境条件的影响。为探讨退化喀斯特森林不同演替群落植物叶片光合参数的变异特征及其对环境变化的响应,以陈旗小流域内退化喀斯特森林群落中的4种常见植物为研究对象,分别对其叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)等气体交换参数进行了测定分析。结果表明,(1)研究区常见植物叶片的Pn(μmol·m~(-2)·s-1)、Tr(mmol·m~(-2)·s-1)、Gs(mol·m~(-2)·s-1)和Ci(μmol·mol~(-1))的平均值分别为9.95、2.71、0.22和269.88,水分利用效率(WUE,μmol·mmol~(-1))、羧化速率(CE,mol·m~(-2)·s-1)和气孔限制值(Ls)的平均值分别为5.04、37.57和0.33。(2)Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、CE和WUE在不同演替阶段植物群落间均有显著差异(P0.05),其中,Pn、Gs、Ci以藤刺灌丛中的最大,Tr、CE、Ls以灌木林中的最大,而WUE则以乔木林中的最高。Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、CE和WUE在乔木林群落外的同一演替阶段植物群落中均较稳定。(3)研究区常见植物叶片的Pn、Tr、Gs、CE以竹叶花椒最大,Ls、WUE以小叶鼠李(Rhamnusparvifolia)最大,Ci以小果蔷薇(Rosacymosa)最大。Pn、Tr、Gs和CE在不同种间均有显著差异(P0.05)。除小叶鼠李、小果蔷薇的Tr和WUE、火棘的Gs以外,其余植物叶片的Pn、Tr、Gs、Ci、Ls、CE和WUE在物种内均较稳定。(4)植物叶片Pn、CE在藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林、乔木林中,Tr、Gs在藤刺灌丛、灌木林、乔灌过渡林中,Ci、Ls在藤刺灌丛、乔灌过渡林、乔木林中的种间差异均较显著(P0.05),而WUE仅在藤刺灌丛中的种间差异显著(P0.05)。(5)Pn与Tr、Gs、CE,Tr与Gs、CE,Gs与Ci、CE,Ls与WUE之间均具有显著正相关关系(P0.05),WUE与Tr、Ci、Pn,Ls与Gs之间均具有著负相关关系(P0.01),表明它们之间存在着一定的平行和依赖关系。(6)研究区常见植物叶片的Pn、Tr、Gs、Ci、Ls和CE受植物种和群落类型的交互影响均极显著(P0.01),其中,Pn、Tr、Gs、CE的变异受生境条件的影响更大。     

川西亚高山森林优势种对CO2浓度倍增的光合生理响应

通过对川西亚高山森林优势种高山柳(Salix paraqplesia)、岷江冷杉(Abies faxoniana)和缺苞箭竹(Fargesia denudata)幼苗光合生理参数的测定,研究了它们净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)对大气CO2浓度倍增(720 μmol·mol-1)的响应.结果显示:CO2浓度倍增对3个物种的Pn有不同程度的促进作朋,高山柳、岷江冷杉和缺苞箭竹最大净光合速率分别提高30%,81%和68%,岷汀冷杉提高幅度最大.CO2浓度倍增与对照CO2浓度(360μmol·mol2)相比各物种Cond、Tr和WUE升降不一.反映出不同物种幼莆对CO2浓度倍增响应的复杂性.作为川西亚高山森林优势种,高山柳、岷江冷杉和缺苞箭竹对CO2浓度升高的不同响应势必影响其生长和未来物种间的竞争,进而影响群落的组成和物种的多样性,甚至可能引起群落演替发生变化.     

三种木质藤本植物光合特性比较研究

随着城市化进程的加快,园林绿化面积愈来愈少,因此充分利用藤本植物进行垂直绿化,成为了拓展城市绿化空间、改善城市生态环境的重要途径。光合作用是植物体内最重要的代谢过程,不同植物的光合能力对其生长、产量及抗逆性都具有十分重要的影响,但目前对城市园林常用木质藤本植物光合特性方面的研究甚少。本研究采用LI-6400便携式光合作用分析系统,针对城市园林常用的3种木质藤本植物——忍冬(Lonicera japonica Thunb.)、五叶地锦(Parthenocissus quinquefolia Planch.)和地锦(Parthenocissus tricuspidata),开展其光合特性的比较研究,探讨这3种木质藤本植物对环境的适应性及其光合能力的差异,旨在为藤本植物在城市园林绿化中的合理应用提供理论依据。结果表明:3种木质藤本植物在净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)和羧化效率(CE)之间有较为明显的差异。在相同的自然条件下,忍冬的净光合速率(Pn,平均值为13.55μmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs,平均值为5.94×10-2μmol·m-2·s-1)、胞间CO2浓度(Ci,平均值为345.00μmol·mol-1)、水分利用效率(WUE,其值为10.27 mmol·mol-1)和羧化效率(CE,其值为3.93×10-2 mmol·mol-1)等光合参数均高于五叶地锦和地锦。五叶地锦的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)和羧化效率(CE)均高于地锦。蒸腾速率(Tr)最大的为地锦,其平均值为1.68 mmol·m-2·s-1,而忍冬和五叶地锦的平均值分别为1.35和1.10 mmol·m-2·s-1。     

大气CO_2浓度和气温升高对谷子生长及产量的影响

研究大气CO_2浓度和气温升高对谷子的影响,有助于人们了解未来气候变化背景下谷子(Setaria italica)生产的变化,以提前采取必要的应对措施。采用控制系统来模拟气温升高2℃和CO_2浓度增加200μmol·mol-1的未来气候情景,研究气候变化对谷子光合及产量的影响。试验设对照(与室外气温、CO_2浓度一致,CK)、增温2℃(C0T1)、CO_2浓度增加200μmol·mol-1(C1T0)和增温2℃+CO_2浓度增加200μmol·mol-1(C1T1)4个处理,对谷子灌浆期的光合作用及成熟期形态指标、生物量和产量进行测定。结果表明,与对照相比,气温升高(C0T1)后,谷子叶片净光合速率无明显变化,气孔导度和蒸腾速率上升,水分利用率下降;大气CO_2浓度升高(C1T0)谷子叶片净光合速率升高,气孔导度和蒸腾速率下降,水分利用率提高;大气CO_2浓度和气温同时升高(C1T1)后,谷子净光合速率提高,气孔导度和蒸腾速率升高,水分利用率下降。与对照相比,气温升高(C0T1)显著增加谷子的株高、穗长、茎直径、叶质量、茎质量、穗质量、地上部分生物量和产量,分别增加了62.29%、63.51%、59.87%、73%、77%、70%、72.3%和76.6%;大气CO_2浓度升高(C1T0)显著增加谷子的株高、穗长、茎直径、节数、叶质量、茎质量、穗质量和地上部分生物量,比对照分别增加35.18%、32.75%、25.80%、21.54%、21.5%、70.8%、19.4%和32.3%;升温和升CO_2复合处理(C1T1)条件下,谷子株高、穗长、茎直径、叶质量、茎质量、穗质量、地上部分生物量和产量升高,与对照相比分别增加58.24%、42.69%、131.89%、34.8%、80%、77.6%和92.6%。未来气候变化对谷子生长发育将以正效应为主。     

CO2浓度升高对半干旱区春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响

大气CO₂浓度升高已成为世界范围内重要环境问题。为了解大气CO₂浓度升高对春小麦光合作用及水分生理生态特性的影响,在典型半干旱区定西利用开顶式气室(OTC)试验平台,以春小麦“定西24号”为供试品种,开展了CO₂浓度增加模拟试验。试验设对照(390μmol·mol^?1)、480μmol·mol^?1和570μmol·mol^?1等3个CO₂浓度(摩尔分数)梯度。结果表明:在对照和增加CO₂浓度条件下,春小麦叶片净光合速率和蒸腾速率日变化均呈“双峰型”分布,出现明显的“午休”现象;胞间CO₂浓度的日变化表现为斜“V”字型曲线;叶水势日变化呈现反抛物线曲线走向,在中午后出现水势曲线拐点。在不同生育时期内,净光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度均表现为开花期最大,乳熟期最小。而蒸腾速率表现为开花期最大,拔节期最小,叶片水平水分利用效率表现为孕穗期最大,乳熟期最小。随着CO₂浓度升高,春小麦叶片净光合速率、胞间CO₂浓度、水分利用效率和水势提高,气孔导度和蒸腾速率降低。与对照大气CO₂浓度相比,在480μmol·mol^?1浓度和570μmol·mol^?1浓度下,整个生育期净光合速率平均分别提高了14.68%和28.20%,气孔导度平均降低了15.29%和24.83%,胞间CO₂浓度平均提高了10.38%和26.15%,蒸腾速率平均减小了6.63%和12.41%,WUE平均增加了22.9%和46.9%。随着CO₂浓度升高,蒸腾失水减少,叶片水势不断增加,从而增强了春小麦对干旱胁迫的抵御能力。研究结果为我国半干旱区春小麦对全球气候变化下的敏感性及适应性提供理论参考。     

滨海围垦区几种耐盐乔灌木的光合特性比较

为探讨几种耐盐乔木和灌木对滨海围垦区盐碱化土壤的适应能力,采用LI-6400光合作用测定仪在植物生长旺季对崇明东滩围垦区同期栽种的9种耐盐碱陆生植物物种的叶片光合特性进行测定。结果表明,在刺槐(Robinia pseudoacacia)、石楠(Photinia serrulata var.serrulata)、女贞(Ligustrum lucidum)和蜀桧柏(Sabina komarovii)4种乔木物种中,刺槐的最大光合速率、表观量子效率和光饱和点最高,分别为21.28μmol·m-2·s-1、0.049μmol·μmol-1和2 031μmol·m-2·s-1,但光补偿点却较低(13.60μmol·m-2·s-1)。在紫穗槐(Amorpha fruticosa)、伞房决明(Cassia sophera)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、海滨木槿(Hibiscus syriacus)和慈孝竹(Bambusa multiplex)5种灌木物种中,紫穗槐的最大光合速率、表观量子效率和光饱和点最高,分别为20.92μmol·m-2·s-1、0.048μmol·μmol-1和1 980.67μmol·m-2·s-1,但光补偿点却最低(2.95μmol·m-2·s-1)。在这些灌木物种中,紫穗槐具有最高的水分利用率(10.58μmol·mol-1)和较低的蒸腾速率(1.86 mmol·m-2·s-1)。因此,就叶片光合特性而言,刺槐和紫穗槐分别是对滨海围垦区盐碱化土壤具有良好适应性的乔木和灌木树种。     

冬夏季桂花净光合速率及其对环境因子的响应

桂花Osmanthus fragrans是我国城市园林建设中的重要树种,在上海居住区绿化中应用频度高达98.88%。目前对桂花的研究主要集中在栽培、种植和养护方面,但对其光合和蒸腾特性的研究较少。在自然条件下使用LICOR-6400光合测定仪测量了冬季和夏季桂花的净光合速率[Pn/（μmol·m^-2·s^-1）],以及蒸腾速率[T/（mmol·m^-2·s^-1）]、胞间CO2浓度[Ci/（μmol·L^-1）]、气孔导度[GS/（mol·m^-2·s^-1）]等生理因子,以及气温（t/℃）、相对湿度（RH/%）、光合有效辐射[PAR/（μmol·m^-2·s^-1）]等环境因子的日变化。对桂花净光合作用与各种生理因子和环境因子的关系进行了分析,对桂花冬季和夏季净光合速率以及对高低温的适应策略进行了探讨。结果表明,随着气孔导度和蒸腾速率的增大,净光合速率也逐渐升高,但由于气孔调节的局限,净光合速率在达到最高值后又有所下降。冬季,桂花的光合作用效率降低,但其通过扩大对光适应范围,充分利用正午最适的光温条件来维持一定的净光合速率和固碳量。夏季,桂花通过午休现象和大量的蒸发降温来避免高温高光带来的伤害。冬季和夏季桂花的光合固碳能力相差不大,但夏季的桂花的水分利用效率远低于冬季。     

蔗糖浓度和光强对姜试管苗生长和光合的影响

研究了0%、1%、3%三个蔗糖浓度和60、120、180 μmol m-2 s-1三个光强梯度对河南张良姜和四川竹根姜试管苗生长和光合作用的影响.结果表明,随着蔗糖浓度的降低,两个品种试管苗的生长受到明显抑制,叶绿素和类胡萝卜素含量也随之下降,但总光合速率(Pg)、净光合速率(Pn)和暗呼吸速率(Rd)却随之升高, Fv/Fm均以3%蔗糖处理最低.将光强从60 μmol m-2 s-1提高到120 μmol m-2 s-1,对试管苗生长有一定促进作用,但180 μmol m-2 s-1光强下其生长受到抑制.两个品种的叶绿素含量随光强增加均呈下降趋势.张良姜Pn以120 μmol m-2 s-1光强处理最高,竹根姜Pn随培养光强升高而升高, 180 μmol m-2 s-1光强下达到最大值,为0.88 μmol m-2 s-1. 180 μmol m-2 s-1光强下培养的张良姜试管苗Fv/Fm明显降低,发生了光抑制.竹根姜各光强处理间Fv/Fm无显著差异.张良姜试管苗的Rd随培养光强升高而增大,而竹根姜各光强处理间Rd差异不显著.表6参22     

兰州北山不同海拔3种典型绿化树种光合特性研究

光是植物光合作用的基本因子,准确分析光合-光响应曲线及光合参数是研究植物光合生理过程对环境变化响应的重要途径。利用Li-6400XT便携式光合测定仪测定了兰州北山3种典型绿化树种侧柏(Platycladus orientalis)、山桃(Prunus davidiana)和甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica)在不同海拔梯度下的光响应曲线,并计算3个树种的光能利用效率(LUE)及水分利用效率(WUE)。通过光合生理参数探讨3个树种对不同海拔(1 600、1 800、2 000 m)的光合生理适应机制,分析影响3个树种光合速率(P_n)的主要生理生态因子。结果表明,(1)3种绿化树种在海拔2 000 m处具有较高的净光合速率(P_(nmax))和表观量子效率(AQE),而在海拔1 600 m处具有最大的光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(R_d)。(2)侧柏、山桃和甘蒙柽柳叶片蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和胞间CO_2浓度(C_i)都呈现出随海拔的增加而上升的趋势,不同树种的气孔限制值(L_s)有显著差异。(3)3树种LUE均表现为随海拔的升高而增加;侧柏和甘蒙柽柳的WUE随海拔的升高而降低,而山桃表现为在海拔1 800 m处WUE最大。(4)侧柏净光合速率(P_n)与光合有效辐射(PAR)、LUE、WUE呈显著正相关(P0.05);山桃P_n与G_s、T_r、LUE呈极显著正相关(P0.01),与WUE呈显著正相关(P0.05);甘蒙柽柳P_n与LUE、T_s呈极显著正相关(P0.01),与WUE呈显著正相关关系(P0.05)。综合分析发现,侧柏耐荫性较强但对光强的适应范围不广,适合栽培在低海拔地区;山桃可以很好利用光能,但其抗旱性能较差;甘蒙柽柳在较大的PAR范围内可以保持良好的WUE,并且其对光能的适应范围较广,可以大面积栽培。     

喀斯特地区土壤CO_2扩散通量变化特征及其影响因素分析

土壤CO_2通量是全球碳循环的重要组成部分,研究土壤垂直剖面CO_2通量的分布是了解生态系统碳循环的重要途径。因此,对喀斯特地区土壤剖面CO_2扩散通量(F值)进行研究,有助于了解喀斯特地区碳循环过程。自2016年1月—2016年12月,对大风洞上覆土壤CO_2浓度、土壤温度等指标进行长期监测并采集土壤样品,利用环刀法对土壤孔隙度和自然含水率等指标进行测定。结合土壤CO_2浓度、土壤温度、土壤孔隙度和土壤含水率等指标,运用Fick定律对不同土层深度F值进行计算,并利用多元回归模型将各因子对F值的影响程度进行量化,从而探讨各个深度土壤CO_2扩散通量大小和各因子对F值的贡献率。结果表明:土壤CO_2浓度具有显著的季节变化特征,冬夏两季的差值范围可达0.245~0.817μmol·mol~(-1)。各土壤监测点的土壤孔隙度(包括总孔隙度和充气孔隙度)具有显著的浅层大于深层的垂直分布规律,浅层土壤总孔隙度和充气孔隙度可分别达61.85%和55.47%,而深层最高仅为49.07%和40.96%。土壤体积含水率和土壤容重在表层土壤的波动性较大,随着深度增加,波动性不断减弱。表层土壤的F值高于深层土壤,20 cm深度F均值可达0.39μmol·m~2·s~(-1),而80 cm深度F均值仅为0.23μmol·m~2·s~(-1)。对F值影响最大的因素包括运移距离、土壤充气孔隙度、土壤CO_2浓度,其贡献率均值分别可达32.49%,26.69%,18.74%;而土壤总孔隙度和土壤体积含水率,贡献率均值分别为6.76%和6.31%;土壤温度和土壤容重的贡献率较弱。     

ERF3促根突变体缓解高浓度CO_2对粳稻植株氮吸收的负效应

大气CO_2浓度升高会显著降低粳稻植株和叶片氮浓度,从而减缓叶片净光合速率和降低产量的响应幅度。植物氮浓度在高CO_2浓度下的降低与植株氮素吸收能力密切相关,而后者受到根系大小及其活力的调控。为探索通过提高粳稻根系生长及其活力来缓解大气CO_2浓度升高对氮吸收负效应的可行性,利用CO_2生长箱和农田开放式空气CO_2浓度增高FACE(free air CO_2 enrichment)研究平台,以促根突变体ERF3及其野生型作为研究对象,评价二者根系形态指标(总根长、冠根数和扎根深度)、根系活力、氮素吸收和利用效率、各器官氮浓度、叶片净光合速率和地上部生物量对CO_2浓度升高(+200μmol?mol-1)的响应。结果表明,(1)促根突变体ERF3和野生型总根长、冠根数、扎根深度及根系生物量在高CO_2浓度下均表现为显著增加(P0.05)。突变体ERF3根系形态指标和生物量对高CO_2浓度的响应幅度为42.3%~288.9%,较野生型高出6.4%~191.0%。(2)突变体ERF3单茎根系活力在高CO_2浓度下表现为显著(P0.05)增加,增幅为212.1%;而野生型在高CO_2浓度下无显著变化。(3)无论是生长箱还是田间盆栽试验,突变体ERF3在高浓度CO_2下均可以更好地协调氮素的吸收和利用过程。突变体ERF3各器官的氮浓度在高浓度CO_2下并未表现出明显降低趋势;而野生型在高浓度CO_2下表现为显著降低。(4)叶片氮浓度和Rubisco含量的稳定显著提高(P0.05)了突变体ERF3叶片的净光合速率对浓度CO_2升高的响应能力,增幅为42.8%。以上结果表明,未来育种可考虑通过提高粳稻根系生长和活力来减缓CO_2浓度升高对粳稻植株氮素吸收的负效应,从而促进水稻生长和生产。     

湿地松改造林分冠层结构及树种光合特征研究

低效林林分改造是提高森林效益的重要技术。为探讨南亚热带湿地松林分改造在冠层结构和光能利用上的效益,对广东省中山市五桂山区长命水村2个湿地松(Pinus elliottii)与乡土阔叶树种改造的混交林和对照湿地松纯林的冠层结构和光合作用进行了对比研究,结果表明,(1)在林冠结构方面,湿地松-荷木(Schima superba)等7种阔叶树种混交林改造效果明显,光能利用较为充分;林冠开度以对照样地最大,达38.75%,显著大于2个林分改造样地;叶面积指数以湿地松-荷木等7种阔叶树种混交林最大,达2.26,显著高于其他样地。(2)在光合作用方面,各改造树种之间各项光合指标均呈现显著差异。光能利用率以樟树(Cinnamomun camphora)和黎蒴(Castanopsis fissa)最好,樟树的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、环境光合有效辐射分别为12.08μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.18 mmol·m~(-2)·s~(-1)、2.43 mmol·m~(-2)·s~(-1)、302.60μmol·m~(-2)·s~(-1),黎蒴的净光合速率、气孔导度、环境光合有效辐射分别为7.98μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.11 mmol·m~(-2)·s~(-1)、309.66μmol·m~(-2)·s~(-1),这两个树种的这些光合指标在各树种中都排前两名。对照地湿地松光能利用率比改造地湿地松好,对照地湿地松的净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率、环境光合有效辐射分别为3.13μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.06 mmol·m~(-2)·s~(-1)、267.19μmol·mol-1、0.83 mmol·m~(-2)·s~(-1)、85.87μmol·m~(-2)·s~(-1),均大于改造地湿地松。     

酸雨胁迫对毛竹叶片光合速率和叶绿素荧光参数的影响

为探讨酸雨胁迫下毛竹(Phyllostachys pubescens)色素含量变化及其对光合速率和叶绿素荧光动力学参数的影响,试验模拟酸雨(SO42-∶NO3-=4∶1摩尔比),设定p H 2.5、4.0、5.6和6.9(CK),对毛竹3年生盆栽实苗进行处理,测定了叶片色素含量、净光合速率(Pn)、叶绿素荧光动力学参数并进行分析。结果表明:p H 5.6酸雨处理增加了毛竹叶片中叶绿素a(Chl a)和类胡萝卜素(Car)含量,使得光合速率(Pn)升高;p H 4.0和p H 2.5处理使Chl a、Car、Chl a+b、Chl a/b降低,Pn下降;随着处理时间延长影响效果越明显,75 d时Pn与对照(CK)相比差异极显著。p H 4.0和p H 2.5处理使荧光诱导动力学曲线的IPJ点荧光强度出现不同程度降低,处理75 d时初始荧光(F0)降低11.73%和17.59%,峰值P点荧光(Fp)降低25.46%和31.41%,反应中心密度(RC/CSo)降低22.94%和26.22%,实际量子产额(Yield)下降20.41%和35.31%、光化学淬灭系数(q P)下降15.48%和19.42%,表观光合电子传递速率(ETR)下降22.02%和25.14%,非光化学淬灭系数(q N)上升23.16%和33.46%。p H 5.6处理使荧光强度升高,F0和Fp分别比CK增加30%和18.57%,q P和ETR上升8.38%和13.53%,q N下降17.65%。酸雨胁迫使毛竹叶片天线色素吸收能量(ABS/RC)、捕获能量(TRo/RC)和热耗散能量(DIo/RC)升高;以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)、最大光化学效率(φPo)、电子传递量子产额(φEo)、电子传递效率(ψo)和电子传递能量(ETo/RC)降低。轻度酸雨处理促进毛竹叶片光合色素合成并提高Pn,重度酸雨胁迫下光合色素含量降低,Pn下降。荧光诱导动力学曲线OJIP曲线及JIP-test分析可作为快速检测毛竹在酸雨胁迫条件下生理响应机制的方法。     

杜鹃红山茶的光响应特性及其最适模型筛选

杜鹃红山茶(Camellia azalea)是我国特有的山茶原生种,仅见于广东省阳春市鹅凰嶂自然保护区内,其树形优美、四季开花,在园林绿化中具有广泛的应用。鉴于当前对杜鹃红山茶光响应曲线模型的适合性尚未见报道,本研究选用二次多项式回归模型、直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、指数模型和指数改进模型对杜鹃红山茶叶片光响应曲线进行拟合,探讨不同光响应模型对杜鹃红山茶光合特性的适用性,筛选最佳光响应模型。结果表明,杜鹃红山茶叶片光合速率与光强之间存在非线性关系,直角双曲线修正模型的拟合效果最佳;对光响应曲线实测值与拟合值比较,发现二次多项式模型的拟合值与实测值相差较大,而其余5种模型的拟合值与实测值较为接近,但只有直角双曲线修正模型的拟合曲线出现光抑制现象;在各拟合曲线的光合参数中,只有直角双曲线修正模型拟合的P_(max)、I_(sat)、I_c、R_d值与实测值较吻合,相关系数R~2值最大,为0.998;利用直角双曲线修正模型拟合出杜鹃红山茶叶片最大净光合速率(P_(max))为5.56μmol·m~(-2)·s~(-1),饱和光强(I_(sat))为1327.30μmol·m~(-2)·s~(-1),光补偿点(I_c)为29.44μmol·m~(-2)·s~(-1),暗呼吸速率(R_d)为1.909μmol·m~(-2)·s~(-1),初始量子效率(α)为0.065,光合参数值表明,杜鹃红山茶具有较强的光能利用能力,符合阳生喜光植物的特性,同时又具有一定的耐荫能力,对光照的适应范围较宽。     

短花针茅荒漠草原生态系统净碳交换对载畜率的响应

草地生态系统作为中国最大的陆地生态系统,其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。为探讨短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原净CO_2交换的日变化和季节变化特征,阐明放牧及土壤温度和湿度的季节性变化对生态系统净CO_2交换的影响,采用便携式光合仪LI-6400(LI-COR,USA)和密闭式箱法于2013—2014年生长季(5—10月)测定了对照(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)和重度放牧(HG)4个处理的生态系统净碳交换。结果表明:短花针茅荒漠草原净CO_2交换具有明显的日变化规律。净碳交换的日动态主要受气温影响,昼间净碳吸收随温度升高而降低,甚至出现碳释放;夜间随气温降低,生态系统呼吸减弱。整个生长季,短花针茅荒漠草原表现为碳汇,在植物生长季的高峰期,净碳吸收达到峰值(-2.96mol·m~(-2)·s~(-1))。年际间生态系统净碳交换差异显著(P0.000 1),净碳交换主要受降水调控。净碳吸收与土壤温度在两年间均呈显著的二次多项式关系(P0.01),而与土壤湿度的关系则是2013年为显著的线性关系(P0.000 1),2014年为显著的二次多项式关系(P0.01)。土壤温度对生态系统净CO_2交换变化的解释能力为0.31~0.36,而土壤湿度对生态系统净CO_2交换变化的解释能力为0.26~0.51。HG区净碳吸收速率(-0.66mol·m~(-2)·s~(-1))显著低于CK区(-1.65mol·m~(-2)·s~(-1))。放牧减弱了荒漠草原的固碳潜力。     

田间小气候对水稻产量的影响

在中科院桃源农业生态试验站,选择了3个不同类型水稻品种(常规稻、一般杂交稻和超级杂交稻)为材料,利用稻田中部(距稻田边界6 m)和近边界(距稻田边界1 m)小气候的差异,研究了田间小气候对水稻产量和生物量的影响.稻田中部与近边界相比,在光合盛期(10:00-14:00),CO2含量低10~15μmol·mol-1,日平均温度低0.081℃,日平均相对湿度高10%.近边界水稻产量和生物量均显著高于稻田中部.稻田中部和近边界0.081℃的温度差异对光合速率的影响微小.稻田中部较高的相对湿度有利于缓解光合“午休”,促进光合作用.因此,温度和湿度差异均不是近边界水稻产量和生物量均显著高于稻田中部的原因.通过Li-6400光合仪测定发现水稻叶片光合速率与250~400μmol·mol-1的CO2含量内成线性正相关.在1200μmol·m-2·s-1光强下,如果 CO2含量增加10~15μmol·mol-1,水稻光合速率将增加0.6523~0.9785μmol·m-2·s-1.所以 CO2含量差异是近边界产量和生物量高于稻田中部的主要原因.最后建议通过一些栽培措施,改善群体通风状况,增加冠层内CO2含量,从而增加水稻产量和生物量.     

不同土地利用类型下岩溶泉域土壤CO_2时空变化特征及来源分析

土壤CO_2与土下岩溶作用密切相关。了解不同土地利用类型下土壤CO_2的时空变化特征及来源,将有助于准确揭示岩溶碳循环规律。2018年1—5月,在柏树湾和后沟2个岩溶泉域不同深度土壤中插入PVC管,并通过注射器抽取土壤CO_2样品,通过对比土壤CO_2浓度及其δ~(13)C的变化特征分析岩溶作用与土壤CO_2之间的关系,并对土壤CO_2的来源进行示踪。结果表明,(1)柏树湾土壤CO_2浓度(1 812—18 654μmol·mol~(-1))大于后沟(507—9 975μmol·mol~(-1))。2个泉域上覆土壤的δ~(13)C相近,但柏树湾和后沟土壤CO_2的δ~(13)C分别为-22.4‰—-17.03‰和-16.33‰—-11.45‰。土壤CO_2的δ~(13)C接近其上覆植被,说明上覆植被差异是造成柏树湾土壤CO_2浓度大于后沟的主要原因。(2)柏树湾土壤CO_2浓度最大值出现在4月,并在5月降低;后沟除20 cm处土壤CO_2浓度最大值出现在5月外,其他深度土壤CO_2浓度最大值也出现在4月,并且在3月和5月分别出现了降低的趋势。土壤CO_2浓度的时间变化受温度和降水共同影响,过多的降水量可能对土壤CO_2产生抑制作用。(3)在垂向变化上,1—3月柏树湾和后沟土壤CO_2浓度均未出现双向梯度,而是同非岩溶区一样,表现为随土壤深度的增加而增加。这可能是由于1—3月降水减少导致土壤含水量降低,从而限制了岩溶作用对底部土壤CO_2的消耗造成的。而随着降水增加,土下岩溶作用增强,促进了底部土壤CO_2的消耗,土壤CO_2浓度的垂向变化由单向梯度转为双向梯度。另外,各泉域不同深度土壤CO_2的δ~(13)C差异较小,并且具有相似的季节变化规律,证实H_2SO_4和HNO_3溶蚀碳酸盐岩产生的CO_2对土壤CO_2的影响较小。     

典型石漠化生态系统演替过程优势植物种叶片功能性状特征及影响因素

为了明确喀斯特石漠化生态系统不同演替阶段优势种的叶片功能性状特征及其影响因素,探讨石漠化梯度上优势种的适应策略,在中国南方喀斯特2个典型石漠化地区(贵州关岭-贞丰花江、毕节撒拉溪),以不同等级石漠化地区植物优势种为研究对象,运用单因素方差分析、主成分分析、相关性分析和冗余分析,对优势种叶片功能性状以及与环境因子的关系进行分析。结果表明,随着石漠化的加剧,比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)呈先增后降的趋势,变化范围分别为101.89—195.68cm~2·g~(-1)、0.40—0.32g·g~(-1)、6.44—12.82μmol·m~(-2)·s~(-1)、0.36—0.95mol·m~(-2)·s~(-1)和2.49—4.99μmol·mmol~(-1),而叶厚度(LT)、叶面积(LA)呈降低趋势,变化范围分别为0.35—0.18 mm和3 57.41—15.90 cm~2。环境因子中,pH(6.24—7.13)和岩石裸露率(PER)随着石漠化的加剧逐渐升高,而SWC(46.90%—29.10%)呈逐渐下降的趋势,TN、AN和AK呈现先升高后降低的趋势;TP、AP和光和有效辐射(PAR)呈先降低后升高的趋势。主成分分析显示无石漠化地区优势种具有较高的LT和LDMC,较低的SLA,而强度石漠化地区优势种具有较高的Pn、SLA,较低的LMDC。相关性分析显示SLA与Pn、Gs和WUE呈显著正相关,与LT呈显著负相关,WUE与Tr呈显著负相关;TN与AN和TP呈显著正相关,与AP呈显著负相关,PER与SWC呈极显著负相关(r=-0.62,P=0.001),与PAR呈极显著正相关。结合RDA分析,环境因子对优势种叶片功能性状和光合的影响大小为PERSWCpHTKTN,表明PER是最大影响因子,随着石漠化的演替,SWC、pH和土壤养分随之发生变化,SWC、pH、TK和TN是石漠化梯度上优势种功能性状变化的主导因素。综上,石漠化生态系统正向演替伴随着植物生境条件的改善,但优势种适应策略由演替早期的开拓型适应策略转变为演替后期的保守型适应策略。