干旱脅迫對科爾沁沙地3種喬木光響應特性的影響

遲琳琳

干旱脅迫對科爾沁沙地3種喬木光響應特性的影響

遲琳琳

（遼寧省固沙造林研究所，遼寧阜新123000）

以科爾沁沙地糖槭、元寶楓和桃葉衛(wèi)矛為材料，研究輕度、中度和重度干旱脅迫下3種喬木的光響應特性，結果表明：3種喬木的光響應曲線均隨著干旱脅迫的加劇呈下降趨勢，干旱脅迫對糖槭的光能利用率影響最大，對桃葉衛(wèi)矛的影響最小；隨著干旱脅迫程度的加劇，3種喬木的最大凈光合速率、光飽和點、表觀量子效率、暗呼吸速率逐漸降低，元寶楓和桃葉衛(wèi)矛的光補償點呈先增后降趨勢；在干旱脅迫后期，桃葉衛(wèi)矛和元寶楓對光環(huán)境具有更好的適應性，更適合在半干旱沙地進行造林。

干旱脅迫；喬木；光響應曲線；科爾沁沙地

不同植物對光有不同的適應機制，研究植物對光的響應有助于闡明光合產(chǎn)物與環(huán)境的關系［1］。植物葉片光合作用對光的響應曲線是研究光合作用特性的主要內(nèi)容之一，在沙地植物的抗旱性研究中也具有重要的作用［2，3］?？茽柷呱车匾蛳募竟庹粘渥?，降水量少，嚴重影響植物的生長，近年來學者對科爾沁沙地植物的抗旱性雖多有研究，但多以沙地耐旱造林灌木為主，對喬木的研究相對較少。糖槭（Acer saccharumMarsh.）、元寶楓（Acer truncatum Bunge）和桃葉衛(wèi)矛（Euonymus maackii Rupr.）是科爾沁沙地常見的造林喬木，本試驗人工模擬野外干旱條件，利用人工光源設定模擬不同輻射強度，研究不同干旱脅迫下3種喬木光合作用對光強變化的響應，闡明3種喬木光合作用對土壤干旱的響應規(guī)律，以期為科爾沁沙地在人工植被建設中的樹種選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在地處遼寧彰武縣章古臺鎮(zhèn)的遼寧省固沙造林研究所人工干旱氣候室進行。試驗材料為生長健壯的糖槭、元寶楓和桃葉衛(wèi)矛2年生實生苗各30盆。采用盆栽控水法，分別對3種喬木進行干旱脅迫處理。試驗設4個土壤水分梯度，即：對照CK（田間持水量），輕度干旱T1（田間持水量的55%），中度干旱T2（田間持水量的35%），重度干旱T3（田間持水量的25%）。

1.2 光合特性的測定

用Li－6400便攜式光合儀，于9：00—11：30測定各喬木頂端新葉下方的葉片，測定時使用開放氣路，設定CO2濃度為375μmol·mol－1、葉室溫度26℃，相對濕度為40%～60%，光合有效輻射（PAR）梯度為2000，1500，1000，800，500，300，200，100，60，30，0μmol·m－2·s－1，改變PAR后穩(wěn)定180s，測定不同光強所對應的葉片凈光合速率（Pn），重復3次。

1.3 計算與處理

應用Photosynthesis Work Bench軟件繪制光響應曲線，用SPSS軟件進行模型擬合并計算最大凈光合速率（Pnmax）、光飽和點（LSP）、光補償點（LCP）、表觀量子效率（AQY）和暗呼吸速率（Rd）。用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理，Excel軟件制圖。繪制光合速率對光合有效輻射的光響應曲線，采用非直線雙曲線模型進行模擬［4］：

式中，Pn為凈光合速率（μmol·m－2·s－1），PAR為光合有效輻射（μmol·m·s－1），Pnmax為一定CO2濃度下最大凈光合速率（μmol·m－2·s－1），φ為光響應曲線的初始斜率，即表觀量子效率（AQY，μmol·μmol－1），k為光響應曲線的曲角，Rd為暗呼吸速率（μmol··m－2·s－1）。

2 結果與分析

2.1 不同程度干旱脅迫下3種喬木的光響應曲線

在不同程度干旱脅迫下，3種喬木的凈光合速率（Pn）均隨光合有效輻射（PAR）的增強而逐漸增大。當PAR＜200μmol·m–2·s–1時，3種喬木的Pn升幅較大，當PAR＞200μmol·m–2·s–1時，Pn升幅趨于平穩(wěn)。不同程度干旱脅迫下Pn－PAR曲線的高低變幅3種喬木有較大差異，說明不同程度干旱脅迫對它們光能利用率的影響存在差異。

由圖1可知，輕度干旱脅迫對3種喬木的影響不大，各喬木間差異不顯著；中度干旱脅迫開始，3種喬木受到的影響均開始增大，糖槭和元寶楓受到的影響較桃葉衛(wèi)矛更大；在重度干旱脅迫下，糖槭受到的影響最大，桃葉衛(wèi)矛受到的影響最小，說明桃葉衛(wèi)矛具有更穩(wěn)定的光能利用率。

圖1 不同程度干旱脅迫糖槭（A）、元寶楓（B）和桃葉衛(wèi)矛（C）的光合－光強響應曲線

表13種喬木在不同程度干旱脅迫下Pn－PAR響應曲線的特征參數(shù)

2.2 不同程度干旱脅迫下3種喬木木的光響應特征參數(shù)

2.2.1 最大凈光合速率 葉片的最大凈光合速率（Pnmax）反映了植物的最大光合能力。由表1可知：3種喬木的Pnmax均隨干旱脅迫程度的加劇逐漸降低。輕度干旱脅迫下，糖槭和桃葉衛(wèi)矛的Pnmax與對照差異不顯著（P＞0.05），從中度干旱脅迫開始，與CK均有顯著差異（P＜0.05）；元寶楓從輕度干旱脅迫開始，與CK的Pnmax存在顯著差異，中度和重度干旱脅迫時的Pnmax分別較CK下降了38%和51%，說明輕度干旱脅迫就對元寶楓光合潛力的發(fā)揮產(chǎn)生了影響；干旱脅迫對3種喬木的光合速率均產(chǎn)生了影響，對糖槭和桃葉衛(wèi)矛的影響小于元寶楓，表明隨著土壤含水量的下降，3種喬木干物質(zhì)的積累發(fā)生了不同程度的變化，生物量不同程度的降低。2.2.2 光飽和點和光補償點 光飽和點（LSP）是植物利用強光能力大小的指標［5，6］。光補償點（LCP）是植物利用弱光能力大小的指標，該值越小說明利用弱光的能力越強［7］。隨著干旱脅迫的加劇，糖槭的LCP逐漸降低，元寶楓和桃葉衛(wèi)矛的LCP則有先升后降的趨勢，說明不同程度的干旱脅迫對3種喬木利用弱光的能力均產(chǎn)生了影響，糖槭利用弱光的能力隨著脅迫程度的加劇而降低，而適度的干旱脅迫反而激發(fā)了元寶楓和桃葉衛(wèi)矛利用弱光的能力。3種喬木的LSP均隨干旱脅迫程度的加劇而降低，糖槭和元寶楓在中度干旱脅迫時LSP與CK差異顯著，桃葉衛(wèi)矛在輕度干旱脅迫時即與CK存在顯著差異，說明干旱脅迫降低了3種喬木對強光的利用能力，光抑制增強。干旱脅迫使糖槭利用弱光和強光的能力均顯著下降，對光能的利用范圍變窄。元寶楓和桃葉衛(wèi)矛在輕度和中度干旱脅迫時，光合機構進行了適當?shù)恼{(diào)整，使其對光的適應能力更寬。

2.2.3 表觀量子效率 表觀量子效率（AQY），是反映植物在弱光下吸收、轉換和利用光能能力的指標，AQY越高，說明葉片光能轉化效率越高。桃葉衛(wèi)矛的AQY在不同程度干旱脅迫下雖然均較CK有所下降，但是各處理之間的差異并不具顯著性，說明干旱脅迫下桃葉衛(wèi)矛對弱光的利用能力未受到顯著的影響。糖槭和元寶楓的AQY隨著干旱脅迫的加劇呈不斷降低趨勢，中度干旱脅迫開始，二者的AQY即與CK存在顯著差異，重度干旱脅迫時，糖槭和元寶楓的AQY分別較CK下降了31.15%和44.07%，說明中度以上干旱脅迫就可嚴重影響二者在弱光區(qū)吸收、轉換和利用光能的能力。

2.2.4 暗呼吸速率 暗呼吸速率（Rd）主要反映植物在無光照條件下的呼吸速率，與葉片的生理活性有關［8］。3種喬木的Rd均隨著干旱脅迫的加劇而降低，從輕度干旱脅迫開始，3者的Rd與CK存在顯著性差異，且不同處理之間的差異也存顯著性。糖槭、元寶楓和桃葉衛(wèi)矛在中度和重度干旱脅迫下的Rd分別較CK下降了46.19%、48.84%、40.85%和73.33%、68.60%、71.95%，說明不同程度的干旱脅迫尤其是中度以上的干旱脅迫使3種喬木的生理活性顯著降低，葉片呼吸作用減弱，對光合產(chǎn)物的消耗減少，這也是3種喬木抵御干旱脅迫產(chǎn)生的自我保護機制。

從本試驗看，糖槭對土壤含水率較為敏感，而桃葉衛(wèi)矛則表現(xiàn)出對長期干旱的適應性，元寶楓介于前兩者之間。

3 結論

3.13種喬木的光響應曲線的變化趨勢基本一致，但變化幅度差異較大，對糖槭的光能利用率影響最大，對桃葉衛(wèi)矛的影響最小。

3.2 隨著干旱脅迫程度的增加，3種喬木的最大凈光合速率、光飽和點、表觀量子效率、暗呼吸速率逐漸降低，元寶楓和桃葉衛(wèi)矛的光補償點呈先增后降趨勢。

3.3 在中度和重度干旱脅迫下，桃葉衛(wèi)矛和元寶楓受到的影響小于糖槭，對光環(huán)境具有更好的適應性，更適合在科爾沁沙地南緣進行造林。

［1］張力文，鐘國成，張利，等.3種鼠尾草屬植物光合作用－光響應特性研究［J］.草業(yè)學報，2012，21（2）：70－76

［2］代微然，任健，畢玉芬.干旱對假儉草光響應曲線的影響［J］.2010，19（3）：251－254

［3］朱艷艷，賀康寧，唐道鋒，等.不同土壤水分條件下白榆的光響應研究［J］.水土保持研究，2007，14（2）：92－94

［4］劉宇鋒，蕭浪濤，童建華，等.非直線雙曲線模型在光合光響應曲線數(shù)據(jù)分析中的應用［J］.中國農(nóng)學通報，2005，21（8）：76－79

［5］張淑勇，周澤福，夏江寶，等.不同土壤水分條件下小葉扶芳藤葉片光合作用對光的響應［J］.西北植物學報，2007，27（12）：2514－2521

［6］伍維模，李志軍，羅青紅，等.土壤水分脅迫對胡楊、灰葉胡楊光合作用－光響應特性的影響［J］.林業(yè)科學，2007，43（5）：30－35

［7］姜曉丹.15個果桑品種對干旱脅迫的生理響應及抗旱性評價［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2012

［8］葉子飄，于強.光合作用對胞間和大氣CO2響應曲線的比較［J］.生態(tài)學雜志，2009，28（11）：2233－2238

Effects of Drought Stress on Light Response Characteristics of Three Kinds of Tree Species in Horqin Sandy Land

Chi Linlin
（Liaoning Provincial Dune－Fixation and Afforestation Institute，F(xiàn)uxin123000，China）

The light response characteristics of three kinds of trees under mild，moderate and severe drought stress were studied by using Acer saccharum，Acer truncatum ＆Euonymus maackii as the materials in Horqin sandy land.Result shows that the light response curves of the three trees decrease with the increase of the drought stress；the effect of drought stress on the utilization of light energy of Acer saccharumis the highest；the effect on drought resistance is the least.With the increase of drought stress，the maximum net photosynthetic rate，light saturation point，apparent quantum respiration rate and dark respiration rate gradually decreased；the light compensation point of Acer truncatum ＆Phyllostachys spicatumincrease first and then decrease.At the later stage of drought stress，Euonymus maackii ＆Acer truncatum，which are optimal adaptable to light environment，are suitable for afforestation in sandland.

drought stress；tree；light response curve；Horqin sandy land

O43

A

10.13601／j.issn.1005－5215.2017.07.003

2017－03－20

遼寧省農(nóng)業(yè)領域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃項目（2014012）

遲琳琳（1982－），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，工程師，現(xiàn)從事生態(tài)修復方面研究.