土壤水分对3个树种光合作用光响应过程的影响

摘要

为探索黄土丘陵区3个常见适生树种光合作用光响应特性及其与土壤水分的定量关系，为脆弱生态区植被恢复重建中植物种引进与筛选、林分合理配置和群落结构配置提供理论与技术参考，本文以山杏、沙棘、油松3个树种的盆栽和大田苗木为试验材料，测定了其在不同土壤水分下光合作用的光响应过程，并用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型对其进行了拟合分析。从而明确了3个树种光合作用对光照强度和土壤水分的响应规律；确定了维持3个树种较高光合速率和水分利用效率的适宜土壤水分范围；探讨了不同光响应模型在不同土壤水分下拟合3个树种光合速率光响应过程及其特征参数的适用性。研究取得了以下主要成果和结论：
　　 1、阐明了3个树种光合作用对光照强度和土壤水分的响应特征（1)土壤水分胁迫和强光胁迫相结合会导致3个树种发生显著的光抑制现象，适宜水分条件下3个树种对强光利用能力较强盆栽山杏、大田山杏、盆栽沙棘、大田沙棘、盆栽油松和大田油松在土壤相对含水量（RWC）分别为56.3％～80.9％、41.48％～74.8％、42.9％～82.86％、51.5％～65.5％、36.7％～92.6％、35.04％～95.89％时，能维持较高的光合作用水平，强光下发生的光抑制现象不明显。当RWC超出此水分范围时，不同植株光合作用在强光下发生明显的光抑制，表现为光合速率（Pn）随光合有效辐射（PAR）增加而显著降低，光饱和点（LSP）明显减小。
　　 （2）3个树种光合作用光响应特征参数对土壤水分具有明显的阈值响应特征3个树种盆栽和大田植株的净光合速率（Pn）、水分利用效率（WUE）、光能利用效率（LUE）、最大净光合速率（Pnmax）、表观量子效率（Φ）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）、暗呼吸速率（Rd）对土壤相对含水量（RWC）均呈现明显的阈值响应规律。随着RWC的增大（从植株凋萎的土壤相对含水量至土壤饱和相对含水量）,3个树种的Pn、WUE、LUE、Pnmax、Φ、LSP和Rd先增大后减小，盆栽山杏、大田山杏、盆栽沙棘、大田沙棘、盆栽油松和大田油松具有上述参数最大值的RWC分别为68.2％、41.48％、71.69％、59.14％、63.98％、54.07％左右。不同树种的LCP随RWC的阈值变化规律不同，油松和沙棘的Φ随RWC的增大先增大后减小，而山杏的LCP随RWC的增大先减小后增大。
　　 （3）山杏、沙棘和油松是抗旱能力较强和光合作用对土壤水分适应范围较广的树种，且大田植株比盆栽植株更抗旱盆栽山杏、大田山杏、盆栽沙棘、大田沙棘、盆栽油松和大田油松具有较高Pn、LSP和WUE的RWC范围分别为：45.71～81.2％、42～90.23％、46.8～88.16％、48.9～74.2％、38.85～92.6％、50.05～88.4％；具有较高Φ的RWC范围分别为：44.7％～68.2％、35％～63.6％、55.7％～82.86％、41.1％～74.2％、36.7％～92.6％、30％～81.46％。6个植株光合作用的适宜土壤水分范围在RWC分别为44.7％～81.2％、35％～90.23％、46.8％～88.16％、41.1％～70％、36.7％～92.6％、30％～88.4％，其中最适宜的RWC为68.2％、41.48％、71.69％、59.14％、63.98％、54.07％左右。表明山杏、沙棘和油松是抗旱能力较强和光合作用对土壤水分适应范围较广的树种，且大田植株比盆栽植株更抗旱。
　　 2、探讨了不同土壤水分下3个树种光合速率光响应过程及其特征参数的模拟4个模型模拟不同树种光合速率光响应过程及其特征参数的效果受土壤水分影响较大。在RWC分别为56.3％～80.9％、41.48％～74.8％、42.9％～82.86％、51.5％～65.5％、36.7％～92.6％、35.04％～95.89％时，不同树种强光下发生的光抑制不明显,4个模型均能较好地拟合3个树种光合速率光响应过程曲线（R2＞0.9）及其表观量子效率（Φ）、光补偿点（LCP）和暗呼吸速率（Rd），对Φ、LCP和Rd的拟合精度以非直角双曲线模型＞直角双曲线修正模型＞指数模型＞直角双曲线模型；但超出上述水分范围时，不同树种强光下发生明显的光抑制，此时只有直角双曲线修正模型能较好地拟合3个树种光响应过程及其特征参数。因此，直角双曲线修正模型能较好地拟合各种土壤水分下3个树种的光合速率光响应过程及其特征参数；直角双曲线、指数和非直角双曲线模型适用于正常水分下3个树种光合速率光响应过程及其特征参数的模拟，但不能用于拟合胁迫水分（或光抑制）下的光响应过程。

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1 引言

2 材料与方法

3 结果与分析

4 讨论

5 结论

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