目的:探究林下不同栽培模式的三叶青生长和光合特性的差异规律.方法:设置一年生三叶青林下地栽和袋栽2种模式,测定不同栽培模式下三叶青藤叶生长性状和光合特性的相关指标.结果:林下袋栽三叶青的主要农艺性状要优于林下地栽.袋栽模式下三叶青主茎长是地栽的3.04倍,林下袋栽的节数是地栽的2.09倍;林下袋栽模式下叶片的SPAD值和含氮量均显著高于地栽模式;2种模式下的光合指标之间变化趋势不尽相同,袋栽模式下叶片净光合速率、瞬时水分利用率、光合有效辐和叶面温度等指标均显著高于地栽模式;各个指标相关性分析表明三叶青的净光合速率与叶面温度呈显著正相关;光合有效辐射与SPAD值、叶片氮含量呈极显著正相关,与叶面温度呈显著正相关,而与主茎长和节数呈显著负相关.结论:林下袋栽模式下三叶青的生长和光合性能显著优于林下地栽,可为三叶青人工种植模式提供参考.

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys het-eroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的差异.结果表明:水淹胁迫第3天,半淹处理的水竹叶片净光合速率、光饱和点和蒸腾速率较对照均出现显著上升,而全淹胁迫下则无显著差异,其后均随胁迫时间的延长而下降,下降幅度与胁迫程度呈正相关;水淹胁迫处理第6天,水竹叶片气孔导度均显著高于对照组,后呈下降趋势;水淹胁迫导致水竹胞间CO2浓度呈现先下降后上升的趋势,至第9天与对照组的数据差异不显著,其恢复时长与胁迫程度呈正相关;暗呼吸速率及光补偿点则随胁迫时长的增加而上升;总光合色素呈现先下降后上升趋势,叶绿素与类胡萝卜素的比例仍保持在3∶1,而叶绿素a与叶绿素b的比例从3∶1下降至2∶1;叶片水分利用率呈现先下降后上升的趋势,而表观光能利用率与表观CO2利用率均呈现下降趋势,其下降幅度随水淹时长的延长而逐渐减小.研究表明,半淹胁迫短期内对水竹的光合作用表现出促进作用,但随胁迫时间的延长,光合各参数会逐渐下降至稳定水平,水竹通过调节光合色素比例及提高水分利用效率,适应水淹环境后,具有较好的耐淹能力.

通过比较不同品种杨树(Populus)的生长、光合生理及根尖离子流速特性差异,为速生适应性强品种的早期选育提供参考.以渤丰3号杨(P.×euramericana'Bofeng 3')、渤丰1号杨(P.×euramericana'Bofeng 1')、西雄1号杨(P.×euramericana'Xixiong 1')、中雄7号杨(P.×euramericana'Zhongxiong 7')和中雄4号杨(P.del-toides×P.suaveolens cl.'Zhongxiong 4')5个杨树品种1年生苗为研究对象,于正常培养条件下的试验开始和试验结束(30 d)时分别测定株高、地径等生长指标,并于10、20、30 d时分别测定幼苗的叶片数量、单叶面积、叶长、叶宽、瞬时净光合速率(Pn)、胞间CO2摩尔浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、叶绿素相对含量以及根尖K+、Ca2+、H+流速等指标,经过30 d的正常管理,5个品种的株高生长量之间的差异达到显著水平,由高到低依次为中雄4号杨、西雄1号杨、渤丰3号杨、中雄7号杨、渤丰1号杨;其中光合特性指标和蒸腾速率渤丰1号杨均表现为最大,中雄 4号杨均表现为最小,但是中雄 4号杨的单叶面积((57.49±2.37)cm2)、总叶面积((1 721.10±28.59)cm2)、单株净光合速率((17 863.10±910.21)μmol·m-2·s-1)和水分利用率((3.15±0.06)μmol·mmol-1)均表现为最大,且K+外排流速最慢,为(62.68±0.45)pmol·cm-·2 g-1,Ca2+内流流速最快,为(-74.24±1.29)pmol·cm-·2 g-1,而渤丰1号的单株净光合速率((8 539.70±164.64)μmol·m-2·s-1)和水分利用率((2.64±0.07)μmol·mmol-1)最小,且K+外排流速((130.81±1.71)pmol·cm-2·g-1)最快,Ca2+内流流速((-34.43±0.84)pmol·cm-2·g-1)最慢.综上所述,5个杨树品种中,中雄4号杨总叶面积、单株净光合速率、水分利用率最高,蒸腾速率最小,根尖K+外排流速最慢,Ca2+内流流速最快,植物体内K+、Ca2+离子含量最多,H+最活跃,株高生长表现最好,可能具有潜在的较强环境适应能力,适宜种植的范围更广.

植物水分利用在生态系统水文循环及其生产力中起着重要作用.气候变化下寒温带森林水分胁迫逐渐加剧,对其典型树种水分利用特征的研究有助于理解寒温带森林生态系统的稳定性及可持续性.以大兴安岭北部典型树种兴安落叶松(Larix gmelinii)(L)和白桦(Betula platyphylla)(B)为研究对象,利用稳定同位素技术测定降雨、木质部水和土壤水中氢氧稳定同位素值(δD和818O),揭示不同水源δD和δ18O值的分布特征,并利用多源线性混合模型及树干边材液流通量,分析不同水源对2树种的利用率和利用量,揭示生长季兴安落叶松和白桦生长季水分利用特征变化.结果表明:(1)研究区的大气降雨和土壤水同位素均受蒸发的影响发生了一定程度的分馏,且土壤水同位素分馏程度存在树种间的差异,兴安落叶松分馏程度大于白桦.(2)降雨和蒸发对2个林分土壤含水率和土壤水稳定同位素值在上层土壤(0-10cm)影响强烈,而对中下层影响较小,且各层土壤水稳定同位素值表现出显著差异(P＜0.05).(3)在5月和9月兴安落叶松和白桦主要利用上层土壤水分,对上层土壤水分的利用率分别为 64.7％、61.3％(L);61.5％、66.0％(B),日均利用量分别为 2.00kg/d、1.10kg/d(L);6.74kg/d、2.75kg/d(B).在6-8月兴安落叶松和白桦主要利用下层(20-40cm)土壤水分,对下层土壤水分的利用率分别为44.5％、48.1％、70.3％(L);49.3％、63.6％、74.7％(B),日均利用量分别为 2.58kg/d、2.76kg/d、3.89kg/d(L);12.69kg/d、14.77kg/d、14.19kg/d(B)生长季两树种表现出相似的水分来源,但对各土层土壤水的利用率存在差异,这种差异主要表现在6-8月白桦对下层土壤水的利用率显著大于兴安落叶松.这些发现说明在未来水分胁迫加剧的情况下,兴安落叶松比白桦具有更高的环境适应性.

水分是黄土地区限制植物生长的关键因子,研究不同造林树种在不同水分条件下的水分利用来源对理解干旱半干旱区植物的抗旱机制至关重要.本研究以黄土区主要造林树种刺槐和侧柏为对象,利用稳定同位素(δ18O、δ2H)分析两树种在干旱处理(100％无穿透雨,DT)和自然降雨(CK)下的水分利用深度,探究两树种的干旱适应性.结果表明:在CK中,刺槐在雨月(6、9月)主要利用0～40 cm 土壤水,利用率达68.0％±2.4％,旱月(7、8月)均匀利用4层(0～10、10～40、40～60、60～120 cm)土壤水分.而侧柏在雨月和旱月均主要利用0～40 cm 土壤水,利用率分别为77.0％±2.4％和57.4％±3.0％.在DT中,随着土壤含水量降低,刺槐和侧柏的水分利用深度下移,其中,刺槐的水分利用深度从0～40 cm转为60～120 cm,侧柏从0～40 cm转为均匀利用4层土壤水.综上,刺槐和侧柏均能在不同水分条件下适应性调整水分利用深度,具有较强的干旱适应性,这对评估当地人工林干旱抗逆性和稳定性具有重要意义.

滨海湿地是高效的蓝碳碳汇系统,但气候变暖正在直接或间接地影响着滨海湿地植物的光合作用特征,从而影响湿地的碳汇功能.本研究在少雨的黄河三角洲(东营)和多雨的江苏盐城两地芦苇湿地建设增温观测站,采用Li-6800光合测量系统研究在东营和盐城两地芦苇的光合特征对模拟增温的响应机制,并对比了东营6月与8月两个生长季的差异.结果表明:与8月相比,6月芦苇光合作用能力更强,增温在2个生长季均提高了芦苇的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)和胞间CO2浓度(Ci),但在8月Pn的正响应波动较小;与东营相比,盐城湿地的芦苇具有更高的Pn和水分利用率(WUE),且盐城湿地芦苇的最大净光合速率(Pn max)、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)和暗呼吸速率(Rd)对增温的正响应更为显著,其AQY、LSP和Pn max在增温样地分别提高了16.7％、53.6％和30.3％,表明在多雨湿润的条件下,增温可以提高植物的弱光利用效率、对强光的适应能力和光合作用潜力.本研究对于在气候变暖背景下准确量化滨海湿地在区域、季节尺度上的碳汇过程具有重要的参考价值.

以开心形、Y字形、双层分层形和自然圆头形的龙安柚为试验材料,比较不同树形的冠层特性、叶片结构和生理特征,以期为龙安柚果园小环境的调控提供理论基础.结果表明:(1)开心形间隙分数阈值最高,是自然圆头形的4.33倍.开心形与Y字形的冠层光合辐射与透射系数均显著高于其他树形,但二者无显著差异,表明开心形和Y字形的冠层通风透光特性较好.(2)开心形与Y字形叶片厚度增加,叶面积和气孔密度较大,栅栏/海绵组织厚度和组织紧密度较高,叶片组织疏密度较低,且二者无显著差异,表明开心形与Y字形利于提高叶片的光合作用,降低蒸腾作用.(3)Y字形和开心形净光合速率、水分利用率、最大表观电子传递速率、初始斜率和半饱和光强较高,而蒸腾速率较低,二者对强光的耐受能力较强;其中开心形蒸腾速率最低为2.43 mmol m-2 s-1,且其结果枝光抑制参数最小,为0.629.说明开心形为最佳的高光效树形.(4)冠层微环境因子、叶片结构及光合生理指标之间多呈极显著相关关系,但开心形叶片结构和生理的大部分指标与冠层环境因子之间相关性较低,说明开心形树形不同部位的营养枝和结果枝的叶片性状差异较小,其光渗透性好,整个冠层的光截获能力和有效光辐射的分布差异较小,笔者认为开心形是龙安柚栽培中的适宜高光效树形.

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO2浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO2浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO2和高大气CO2浓度(增加200μmol·mol-1)、环境温度和增温(增加1～2℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明:水稻剑叶净光合速率(Pn)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO2浓度升高提高了剑叶Pn,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6％和39.1％;高温有降低Pn的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO2浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(gs)平均分别降低了17.0％和11.8％.高CO2浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(Tr)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9％、50.4％、21.3％、41.4％、39.4％和21.4％,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9％.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T增加了10.2％,使WUE平均降低了20.4％.综上所述,大气CO2浓度升高对粳稻生育后期剑叶Pn、gs和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO2浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.

该试验以黄土高原风蚀水蚀区的典型代表六道沟流域为研究区,选取了2种典型灌木柠条(Caragana kor-shinskii)和沙柳(Salix psammophila)为研究对象,测定其茎秆水和不同层次土壤水分的δD值及叶片的δ13C值,利用IsoSource模型分析2种植物对不同层次土壤水分的利用比例,并同步测定叶片水势、气孔导度、光合速率和蒸腾速率等生理生态因子,分析2种灌木在不同季节的水分来源及生理生态适应机制.结果表明:(1)柠条和沙柳的水分利用策略随季节波动,在不同季节对不同土层水分的利用比例存在差异.(2)旱季柠条和沙柳主要利用40~80 cm土层的土壤水,利用比例分别为48.1% 和49%.(3)雨季柠条主要利用表层0~10 cm和浅层10~40 cm的土壤水分,利用率约为57.5%;雨季沙柳主要利用浅层10~40 cm的土壤水,利用比例达76%.(4)旱季柠条和沙柳的水分亏缺严重,其叶片水势、气孔导度、光合速率和蒸腾速率均小于雨季,而水分利用效率均大于雨季.研究发现,柠条和沙柳在旱季均主要利用深层土壤水分,雨季更倾向于利用浅层土壤水分;柠条和沙柳均能够通过降低气孔导度减小水分损失来获得较高的碳同化速率,维持较高的水分利用效率以适应干旱环境,均表现出较强的适应能力.

目的:研究3个水分条件对2年生黄精的生长、光合特性及干物质和多糖积累的影响.方法:采用盆栽控水实验的方法,测定适宜水分(75％田间持水量)、中度干旱(50％田间持水量)和重度干旱(35％田间持水量)水分条件下黄精的形态指标、干物质积累、多糖含量和光合作用指标.结果:3个水分条件下,黄精的株高、茎粗、叶长、叶宽等形态指标的生长动态均呈“S”型;水分含量显著影响黄精根茎、茎、叶的生长,干物质和多糖积累;中度干旱水分条件对干物质和多糖含量的影响与适宜水分条件无显著性差异,但表现出更适合多糖积累的趋势;重度干旱水分条件能够促进须根的增长,但不利于黄精茎、叶、根茎的生长及干物质和多糖含量积累,且折干率和根冠比较低,同时减少根系总产量;不同土壤水分条件下,黄精叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和瞬时水分利用率(WUEi)变化规律相似,呈明显的双峰曲线,中午有明显的“午休”现象,土壤水分含量过高或过低均降低黄精对水分的利用率.结论:保持适当土壤干旱有利于黄精产量的提高,50％～75％的田间持水量更有利于黄精的生长发育及药用有效成分的积累.