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为了揭示C4荒漠植物梭梭的群体和叶片水平气体交换对不同环境的响应特征,选择代表性植株,使用改进同化箱和LI-8100土壤碳通量自动测量系统组成的群体光合作用测量系统进行群体水平测量;该系统能够自动、连续观测,在测量时光、温环境因子稳定,能够准确测定植物的群体水平光合作用。使用LI-6400测定叶片水平光合作用。
研究结果表明,在相同土壤水分条件下群体与叶片水平光合速率存在极显著差异(p<0,001),当土壤水分为田间持水量的50%(土壤含水量约10%)左右时梭梭的光合能力最强,群体光合速率(CAP)日均值为6.22μmol CO2·m-2·s-1,叶片光合速率(Pn)日均值为20.18μmol CO2·m-2·s-1,群体为叶片水平的30.8%。升高或降低土壤水分,梭梭的光合能力都下降。CAP与Pn的线性回归关系为CAP=0.20Pn+1.82(r2=0.89,p<0.001)。表明过高的土壤水分不利于梭梭的生长,其适宜的土壤含水量为田间持水量的50%,此时其光合速率最高,水分利用效率也最高,升高或降低土壤水分,梭梭的光合能力都将下降,而且升高土壤水分比降低土壤水分对梭梭WUE降低的影响更为显著。
梭梭的群体和叶片水平光合速率的日均值在8±1g/kg的土壤含盐量范围内最大,此时群体光合速率最大值为叶片水平的46.6%;而日平均值为叶片水平的51.7%。当土壤盐分继续增大时,群体和叶片水平的光合速率均显著降低。CAP与Pn的线性回归关系为CAP=0.41Pn+1.45(r2=0.82,p<0.001)。表明8g/kg的土壤含盐量最适于梭梭的生长,此时其群体和叶片水平光合速率均最高,同时其群体和叶片水平蒸腾速率也最高,处于最佳的生理状态。升高或降低土壤盐分,梭梭的光合能力都将下降。中度和重度盐胁迫下梭梭群体光合速率下降的主要因素是气孔的主动关闭。
不同树龄梭梭对高温强光环境表现出不同的响应调节策略。幼龄梭梭适当降低了群体光合速率,并明显提高了群体蒸腾速率;中龄梭梭适当降低群体光合速率及群体蒸腾速率,保持群体水分利用效率基本不变;成龄梭梭则显著降低了群体光合作用和蒸腾作用,并提高了水分利用效率以度过环境胁迫时期。不同树龄梭梭群体光合作用在高温强光环境下均有不同程度的下调,且调节幅度随着树龄的增大而增大。高温强光环境对梭梭群体光合生理参数的影响更为显著。叶片水平气体交换测定具有一定的局限性,而群体水平光合生理参数的测定能够更准确地反映出植物对环境的适应性以及对胁迫环境的响应。
通过群体与叶片水平光合速率间的关系进行拟合,推出计算公式,进而建立起二者关系的模型,即可从叶片水平光合速率推算出群体水平光合速率,得到一种简便快捷的测定植物群体光合作用的方法。