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《山东农业大学》 2010年
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黄土丘陵区3个树种光合效率光响应过程及其模拟

李红  
【摘要】: 半干旱黄土丘陵区是我国典型的生态脆弱地区,而水分是制约植被恢复与重建的主要因素。本文针对半干旱黄土丘陵区干旱缺水的主要特征,在山西省吕梁山西麓的方山县峪口镇土桥沟流域,以山杏(Prunus armeniaca)、沙棘(Hippophae rhamnoides)和油松(Pinus tabulaeformis)三种树种作为试验材料,布设盆栽试验及大田试验。通过对不同土壤湿度下各个树种光合作用效率指标光响应过程的观测,阐明在正常水分环境条件下,三个树种叶片光合作用、蒸腾作用和水分利用等生理过程的基本特征,及其在土壤水分胁迫环境下的变化特征与机制;并揭示在模拟光辐射增强过程中,三个树种光合作用效率(净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率等)的变化特征与机理。在此基础上,探索三个树种光合作用对水分和光照的适应性特征,明确维持其较高光合作用效率的适宜土壤湿度范围(包括土壤水分最低、最适、最高临界值)。为三个树种在黄土丘陵区造林中适宜的立地配置提供理论与技术依据。 1、三个树种光合作用效率对土壤湿度的响应特征 (1)三个树种叶片气体交换参数对土壤水分具有明显的阈值响应 根据光合速率、蒸腾速率等气体交换参数与土壤水分关系的分析结果,初步确定了三个树种以提高光合生产力与水分利用效率为核心的适宜土壤水分条件、植物水分最大亏缺及适宜的光强范围。盆栽沙棘、盆栽山杏、大田山杏、盆栽油松和大田油松生长适宜的土壤水分范围分别为:38.49%~71.69%、44.70%~68.20%、34.20%~62.31%、35.72%~68.50%、34.71%~68.95%。盆栽沙棘、盆栽山杏、大田山杏、盆栽油松和大田油松生长的土壤水分最大亏缺分别为:30.00%、28.33%、30.50%、27.61%、28.10%。油松、山杏和沙棘生长的适宜的光照强度范围分别为:300~1300μmol·m~(-2)·s~(-1)、500~1300μmol·m~(-2)·s~(-1)、500~1400μmol·m~(-2)·s~(-1)。 (2)三个树种的光合量子效率、最大光合速率、光饱和点和暗呼吸速率等光合效率参数受土壤水分的影响显著,对RWC具有明显的阈值响应。三个树种的光合量子效率(Φ)、最大光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(Rd)和光补偿点(LCP)等光合效率参数对土壤水分的变化具有明显的阈值响应过程。随着土壤湿度的由低到高的变化,Φ、Pnmax、LSP和Rd都表现为先增大后减小的过程,而LCP表现为先减小后增大的过程。但不同树种的光合效率参数发生转折变化的土壤湿度临界值有所不同。三个树种对弱光的利用能力由高到低的顺序为:大田山杏、盆栽沙棘、盆栽山杏、盆栽油松、大田油松。不同树种对光合产物的消耗也表现出较大的差异,由多到少的顺序为:沙棘、山杏、油松。 2、三个树种光合作用效率对光照强度的响应特征 对三个树种光适应的分析,其光照强度的上、下限是根据维持较高Pn的PAR来选择的,对其最适光照强度是根据维持最高Pn的LSP来确定的。维持三个树种较高Pn的最低光照强度差别较小。油松的光照强度最低在300μmol·m~(-2)·s~(-1)左右;山杏和沙棘的最低光强大约在500μmol·m~(-2)·s~(-1)左右。表明油松忍受弱光的能力明显高于其它树种,在弱光下仍具有较高的Pn。维持三个树种最高Pn的最适光照强度变动幅度较小。维持三个树种较高Pn的最高光强没有明显差异,三个树种均能在较高的光强下维持较高的Pn,表现出对光环境较高的适应能力。沙棘的最高光强为1400μmol·m~(-2)·s~(-1),油松的在1500μmol·m~(-2)·s~(-1)左右,山杏的在1600μmol·m~(-2)·s~(-1)左右。 油松、山杏和沙棘生长的适宜的光照强度范围分别为:300~1300μmol·m~(-2)·s~(-1)、500~1300μmol·m~(-2)·s~(-1)、500~1400μmol·m~(-2)·s~(-1)。 3、三个树种光合作用光响应过程的适宜模型 利用三个经验模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型)对三个树种光合作用光响应过程的模拟结果表明,非直角双曲线模型拟合的总体效果要好于直角双曲线模型。而直角双曲线修正模型能很好的解决直角双曲线模型和非直角双曲线模型的缺点,可以直接计算植物的饱和光强和最大净光合速率。求解的光合量子效率(Φ)、最大光合速率(Pnmax)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)最接近实测值。而且直角双曲线修正模型不但可以拟合植物在饱和光强之后光合速率不下降的光响应曲线,而且还可以拟合植物在饱和光强之后光合速率随光强的增加而下降这一段的光响应曲线,且估算的饱和光强和最大净光合速率与实测值最为接近。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S718.4

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