C3和C4植物光能利用效率和水分利用效率的比较研究

了解C3和C4植物光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)对光的响应关系,对揭示植物的光能利用与需水规律具有重要意义。以栾树(Koelreuteria paniculata)、辣椒(Capsicum annuum)、高粱(Sorghum bicolor)和玉米(Zea mays)为研究对象,用LI-6400光合仪测量了这4种植物的气体交换参数,并利用光响应机理模型所构建的叶片光能和水分利用效率对光的响应模型分别研究了它们的光能和水分利用效率的变化规律。结果表明:(1)栾树和辣椒的最大光能利用效率(LUE_max)和最大水分利用效率(WUE_max)比高粱和玉米低,所对应的饱和光强(I_L-sat)也小于高粱和玉米;(2)高粱的最大净光合速率(P_nmax)和饱和光强(I_sat)均比玉米小,但它的LUE_max和WUE_max却比玉米大。由此可知,C3植物的栾树和辣椒LUE_max和WUE_max比C4植物的高粱和玉米低,而相应的饱和光强(I_L-sat和I_W-sat)则没有这种趋势。     

不同灌水量下胡杨光合-光响应过程模拟与模型对比研究

【目的】通过研究胡杨的光响应曲线及光合参数特征，阐明胡杨在不同灌水量下的光合-光响应机制，筛选不同灌水量下不同树龄胡杨的最优拟合模型。【方法】通过Li-6400光合仪测定不同灌水量[无灌水量(CK)、20 kg/株·次(T₁)、40 kg/株·次(T₂)、60 kg/株·次(T₃)]下3 a、5 a和7 a胡杨的光响应过程，获取光合特征参数，采用4种光响应模型进行拟合分析。【结果】不同模型对胡杨光响应过程及光合参数模拟存在差异，表观量子效率(AQY)拟合采用指数模型(AQY=0.039)；直角双曲线修正模型对T₁(20 kg)、T₃(60 kg)灌水下3 a、7 a胡杨和T₁、T₂灌水下5 a胡杨P_{n max}拟合效果最好[P_{n max}分别为22.83、22.03、22.01、28.78μmol/(m²·s)]，直角双曲线和双曲线修正模型对暗呼吸率(R_d     

沙坡头地区3种沙生植物水分及光能利用效率特征比较分析

为了探究沙生植物对水分的响应机制和对水分、光能利用效率,以沙坡头地区3种常见的典型沙生植物柠条(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)、沙木蓼(Atraphaxis bracteata)为研究对象,用Li-6400便携式光合测定仪测定3种植物的净光合速率(Pn)和蒸腾速率(E),并分析各自的水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE).结果表明,3种沙生植物的Pn日变化曲线都是双峰型,有明显的光合午休现象.E日变化曲线,柠条呈单峰型,油蒿和沙木蓼呈双峰型.柠条和油蒿的WUE日变化曲线均为双峰型,而沙木蓼的WUE日变化比较平缓.LUE日变化曲线,柠条和油蒿都是倒抛物线型,早晨和傍晚较高,而沙木蓼的LUE曲线呈平缓型.说明沙木蓼和柠条、油蒿的生存策略不同,沙木蓼是高耗水植物,依靠强烈的蒸腾作用避免高温的伤害,使得光合作用保持较高水平.因此,柠条和油蒿比沙木蓼更能适应沙区的干旱环境,是恢复植被、防风固沙的优良物种.     

不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性日变化规律的影响

【目的】 研究保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性的影响,利用主成分分析综合评价不同剂量保水剂对辣椒光合各项指标的影响。【方法】 以瑞霸五号为试材,以保水剂施用量为变量,通过穴施保水剂,测定盛果期时叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度、蒸腾速率以及水分利用效率,研究不同剂量保水剂对袋式复合沙培辣椒光合特性日变化规律的影响。【结果】 在栽培基质中加入保水剂后,有助于提高辣椒叶片的光合特性,各处理的净光合速率均为“双峰”曲线,并在14:00时出现“午休”现象,除胞间CO₂浓度以外,各项指标随着保水剂剂量的增加呈现增加的趋势。B₅处理(3 g/穴)的光合特性表现最好,光合速率为12.91 μmol/(m²·s),气孔导度为0.22 μmol/(m²·s),胞间CO₂为163.82 μmol/mol,蒸腾速率为5.37 mmol/(m²·s),水分利用效率为3.28 μmol/(m²·s)。【结论】 在栽培基质中施加3 g/穴保水剂对辣椒的各项光合指标表现最好。     

引种杨树无性系的光合特性比较

【目的】比较引种杨树无性系苗期的光合生理特性,为杨树种植区选育和推广优良杨树无性系提供科学依据。【方法】使用Li-6400XT便携式光合仪,测定新疆伊犁地区自然条件下引种的D5-9、D5-20、D5-26、171、174、177和197等7个杨树无性系1年生苗木的光合参数,并与4个本地杨树品种进行比较分析。【结果】7个引种杨树无性系1年生苗木的净光合速率(P_n)日变化均为双峰曲线,并存在明显的光合午休现象;D5-26和171出现光合午休是由于气孔限制的影响,其余无性系不受气孔限制和非气孔限制调控;D5-9和174属高水分利用效率(WUE)、高光能利用效率(LUE)无性系,D5-20和197属中等WUE、中等LUE型无性系;D5-26、171和177属高WUE、低LUE型无性系;不同无性系的Pn分别受光合有效辐射(PAR)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)不同程度的影响。【结论】杨树无性系D5-9具有较高光合能力,叶面积和生长量等优势明显,更适应伊犁地区的生态环境,可在伊犁地区及与伊犁地区生态环境相似的杨树种植区推广种植。     

氮肥不同追施方式对甜高粱叶片光合特性及产量的影响

【目的】研究氮肥不同追施处理下甜高粱不同生育期光合特性的变化规律及最佳氮肥追施方式。【方法】设置大田试验,分析空白不施肥(CK)、B₁(2次沟施追氮肥)、B₂(2次滴施追氮肥)、B₃(4次滴施追氮肥)等4种氮肥不同追施处理对6种甜高粱品种不同生育阶段叶片的光合特性、水分利用效率(WUE)动态规律及生物产量的影响。【结果】甜高粱叶片的Pn、Tr、Ci、WUE在不同生育期不同氮肥追施处理下的变化趋势不一致,品种和处理间存在变化规律差异的现象。同一品种在同一生育阶段氮肥不同追施处理的光合特性有差异,叶片光合特性受氮肥追施处理的影响。Pn的变化范围在5.50～28.52μmol CO₂/(m² ·s),大力士在B₃处理处于最高值,比CK显著提高39.91%。全部品种在B₂处理的Tr值与CK处理的Tr值差异均不显著。拔节和乳熟期B₃处理所有品种的Gs值与CK处理的Gs值差异均不显著。WUE的变化范围在3.05～16.86μ...     

美国凌霄光合生理参数对水分与光照的响应

该文利用CIRAS -2型便携式光合作用仪测定了不同土壤湿度下3年生美国凌霄叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）及光能利用效率（LUE）等生理参数的光响应过程,阐明了其光合生理参数对土壤湿度和光照强度的响应规律,探讨了美国凌霄正常生长发育所需的土壤水分和光照条件。结果表明:美国凌霄的Pn、Tr、LUE及WUE对土壤湿度和光照强度的变化具有明显的阈值响应。①采用非直角双曲线模型进行模拟光响应过程较好,光响应曲线曲角接近于1。随着质量含水量Wm (5.5％～19.4％)、相对含水量Wr（20.1％～71.1％）的递增,光补偿点降低,光饱和点、最大净光合速率及表观量子效率均升高。在Wm为19.4％时,光补偿点最低(21.61 μmol/（m2·s）),光饱和点最高(1 400 μmol/(m2·s))。②维持美国凌霄正常生长、同时具有较高Pn、LUE及WUE的土壤湿度范围,在Wm为13.5%～19.4%（Wr为49.5%～71.1%）之间,最佳土壤湿度的Wm为19.4%（Wr为71.1%）,正常生长的最低土壤湿度Wm为7.7%（Wr为28.2%）。③美国凌霄对光照环境的适应性较强,在光合有效辐射强度为800～1 600 μmol/(m2·s)范围内,Pn和WUE都具有较高水平,饱和光强大约在800～1 400 μmol/(m2·s)之间,LUE在100～300 μmol/(m2·s)光强范围内达到峰值。      

不同树龄对胡杨叶片水势与光合特征的影响

【目的】研究不同树龄对胡杨叶片水势与光合特征的影响。【方法】选取2个树龄(3 a、5 a)胡杨,分析叶水势和光合参数。【结果】(1)2种树龄胡杨在快速生长期内叶水势日进程总体上均呈“V”型,且树龄越小对应的胡杨光合能力越弱,叶水势越高;(2)树龄不同,其光合因子变化亦有所差异,其中5年生胡杨胞间CO₂浓度、气孔导度、水分利用效率日均值显著高于3年生(P<0.05);(3)快速生长期2个树龄胡杨叶水势均与生理因子蒸腾速率呈极显著正相关(P<0.01),且均表现由气孔限制因素引起的光合作用减弱。【结论】2个树龄胡杨叶水势的变化因树龄不同而异,不同树龄胡杨光合日变化特征差异不显著。随着树龄的增加,胡杨光合能力提升,胡杨的水分利用效率较高,生产力较高。     

宁夏盐池油蒿叶片水分利用效率的生长季动态变化及对环境因子的响应

  目的  探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿叶片的水分利用效率季节动态及其对环境因子的响应机制，为生态系统过程建模提供重要的生理生态参数。  方法  本研究于2018年5—9月，使用 LI-6400XT便携式光合仪，测定了油蒿叶片的气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、蒸腾速率（E），并计算得出来叶片水分利用效率（WUE），分析了WUE与土壤含水量（SWC）、叶片表面饱和水汽压差（VPD_l）、光合有效辐射（PAR）及叶片表面温度（T_l）的关系。  结果  油蒿叶片的g_s、P_n、E和WUE对SWC、VPD_l、PAR和T_l具有一定的响应关系。当SWC ≤ 0.08 m3/m3时，g_s、E、P_n、和WUE对VPD_l的响应更为敏感；SWC > 0.08 m3/m3时，g_s、P_n、E和WUE对PAR与T_l的响应更为敏感。  结论  本研究结果进一步证明，油蒿在干旱条件下通过气孔的调节来适应环境变化，环境因子通过影响g_s，进而影响植物的P_n和E，从而使WUE发生改变，且WUE在干旱时较低，表明土壤干旱胁迫制约油蒿叶片光合作用，从而使叶片水分利用效率受到抑制。因此，得出如下结论:油蒿通过水分资源保存策略来适应干旱环境。      

赛蜜酥1号枣及其芽变的表型和光合差异比较

【目的】测定相同栽培管理条件下赛蜜酥1号枣及其芽变赛蜜酥2号的表型特征及光合日变化的差异,为芽变选育提供参考依据。【方法】比较观测两者表型特征,采用LI-6800便携式光合仪测定两者的光合指标,分析叶片特征和光合参数的相关性。【结果】赛蜜酥1号和赛蜜酥2号的花期基本同步,花器结构之间具有显著差异,叶片特征只有叶片宽具有显著差异,叶片宽之间相差8.90 mm左右,其它表型特征无明显差异,赛蜜酥1号的叶片为细长型,赛蜜酥2号叶片则为扁长型,两者枣吊长与枣吊粗之间具有显著差异,而单吊花量之间无显著差异。光合指标均有显著差异,且两者光合指标的日变化曲线基本一致,两者净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均为“双峰”曲线,“光合午休”现象明显,水分利用效率(WUE)的曲线均为大“V”型,且赛蜜酥1号的WUE高于赛蜜酥2号,两品种Pn、Tr、Gs、Ci、WUE等指标间分别相差2.60μmol/(m²·s)、1.49 mmol/(m²·s)、0.07 mol/(m²·s)、8.04μmol/(m²...     

不同水分处理下胡杨、俄罗斯杨光合特性的研究

[目的]以克拉玛依农业综合开发区防护林胡杨和俄罗斯杨为试材,探讨不同水分处理下不同树种叶片的光合特性.[方法]试验设置2种不同灌水量处理(50 m3/(667 m2·次)(处理一)和100 m3/(667 m2·次)(处理二)),对胡杨和俄罗斯杨进行光合特性指标测定.[结果]胡杨和俄罗斯杨的Pn、WUE、Gs日变化呈单峰或双峰曲线,在12:00时胡杨的Pn略微降低,Ci日变化呈近V字型曲线;在相同的试验条件下,胡杨的Pn、WUE、Gs、Tr、Ci均高于俄罗斯杨;比较不同水分处理下Ci - Pn、Ci - WUE、Ci - Gs、Ci - Tr光合曲线可知,胡杨、俄罗斯杨Pn、WUE随Ci的增加而增大,Gs和Tr值随Ci的增加而减小,差异显著.[结论]不同水分处理下,处理二两树种的气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)及蒸腾速率(Tr)高于处理一;处理二两树种的胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)低于处理一;同一水分处理下胡杨能高效利用水分,同时又保持较高的光合能力,是抗旱能力较强的材料.     

三种植物气体交换参数的日变化特征

以三工河流域3种植物胡杨(Populus euphratica)、芦苇(Phragmites communis)和柽柳(Tamarix chinensis)为研究对象,利用LI-6400便携式光合作用测定系统测定了3种植物的光合速率、蒸腾速率、气孔导度等气体交换参数,分析3种植物对不同土壤条件的响应以及植物水分利用效率和光能利用效率的日变化特征。结果表明,1芦苇对不同的土壤环境适应能力最强,胡杨主要受水分影响,柽柳受到水盐及其他环境要素的共同影响,适合于水盐不要过高的地方;2芦苇和胡杨的水分利用效率在水分充足时低于水分较低时,而柽柳的水分利用效率变化随土壤水分变化不大;33种植物的光能利用效率均随水盐含量减少而增加。芦苇在不同生境中均表现极强的生态适应性,胡杨的生理特性和分布范围主要受水分影响,柽柳在水盐生境中也表现为极强的适应性,其主要受干旱胁迫作用,在胁迫生境中3种植物主要通过提高自身的光能利用效率来抵御胁迫危害。     

种植密度与品种类型对渭北旱地春玉米产量和光能利用的影响

【目的】探讨渭北旱塬春玉米田不同种植密度和不同品种类型处理对春玉米生长、产量及光能利用效率的影响,为渭北旱塬区旱地玉米稳产高产提供理论依据。【方法】以豫玉22(平展型)、郑单958(紧凑型)和先玉335(耐密型)为供试品种,设置5.25,6.75,8.25和9.75万株/hm2 4种密度处理,研究各生育时期玉米群体叶面积指数(LAI)、干物质积累、产量及其性状、光能利用率(RUE)、水分利用效率(WUE)和经济效益的变化规律。【结果】增加种植密度可以提高春玉米LAI和群体干物质积累量,进而提高春玉米群体对旱地光能和水分的利用,最终实现增产增收;不同密度下以8.25万株/hm2的产量最高,平均产量达8.97t/hm2,群体光能利用效率达1.50左右;各品种间耐密性以先玉335最好,郑单958次之,豫玉22较差。【结论】在渭北旱塬春玉米种植区,应适当增加种植密度,同时应选育紧凑、耐密型品种。本试验条件下,先玉335在8.25万株/hm2密度下产量和纯收益最高,为渭北旱塬较适宜的春玉米密度和种植模式。     

白三叶、多年生黑麦草和鸭茅光合生理生态特性研究

为研究白三叶、多年生黑麦草和鸭茅各生育期群落光合生理生态特性,探讨三者作为人工草地混播组合的生态适应性,用CI-310便携式光合仪测定了各生育期群落光合特性,并分析了硝酸还原酶活性(NRA)以及叶绿素含量的变化。结果表明:白三叶、多年生黑麦草和鸭茅光合生理生态指标互补优势明显,光合生理生态适应性较强,推测光合生理生态特性能够作为混播牧草搭配组合的重要参考指标;开花期,鸭茅群落同化CO2的净光合速率、同化CO2的光能利用效率(LUE)和同化CO2的水分利用效率(WUE)日平均值分别为17.9μmol/(m2.s),40.9mmol/mol和44.2 mmol/mol均显著高于多年生黑麦草和白三叶;开花期和成熟期LUE日变化曲线呈“V”字形,中午LUE较低,成熟期鸭茅的最高值可达54.5 mmol/mol,而最低值仅为15.1 mmol/mol;WUE各生育期日变化均呈逐渐下降的趋势,3种牧草WUE的差异主要表现在上午;白三叶硝酸还原酶活性在整个生育期均显著高于多年生黑麦草和鸭茅,而多年生黑麦草和鸭茅的差异不显著;分蘖期和开花期多年生黑麦草和鸭茅叶绿素a和b的含量高于白三叶,在枯黄期却相反。     

小胡杨2号光合日变化及光响应曲线研究

以小胡杨2号为研究对象,采用LI-6400XT便携式光合仪对其光合日变化及光响应曲线进行研究,并用模型拟合得出相关参数值,研究结果表明:小胡杨2号净光合速率(P_n)日变化为单峰曲线,与其水分利用效率(WUE)同在12:00时达到峰值,分别为21.98μmol/(m~2·s)和3.86μmol/mmol;蒸腾速率(T_r)日变化曲线呈双峰型,胞间CO_2浓度(C_i)大致呈先下降后上升的趋势;小胡杨2号光饱和点(LSP)为1 768.87μmol/(m~2·s),光补偿点(LCP)为32.87μmol/(m~2·s),最大净光合速率(P_(nmax))为20.59μmol/(m~2·s),是一种抗旱性良好并对强光有很好适应性的杂交树种。     

矮砧密植苹果光合特性及产量对水分的响应

【目的】 研究灌水量对新疆南疆矮砧密苹果光合特性、产量及水分利用效率的影响。【方法】 以5 a生皇家嘎啦(Royal Gala)为试验树种,常规灌溉果园为对照处理(CK),灌水定额为5.14 mm,共设置5个灌水定额,即W₁(13.5 mm)、W₂(18 mm)、W₃(22.5 mm)、W₄(27 mm)及W₅(31.5 mm),分析苹果光合特性、产量及水分利用效率对水分的响应机制。【结果】 不同灌水量下的苹果净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化均呈单峰曲线,并在10:00达到峰值,而胞间CO₂浓度变化规律则相反,呈倒“V”型,在10:00时处于最小值。光合指标日均值随着灌水量的增加呈先增后减的趋势,且净光合速率、气孔导度及蒸腾速率均以W₄处理最高,W₃处理次之;与CK相比,W₃处理和W₄处理,叶片瞬时水分利用效率分别提高了5.06%和3.37%;苹果产量则随着灌水量的增加呈先增加后降低的趋势,W₄处理产量最高,但与W₃处理差异不显著,分别较CK增加了17.01%和14.94%,且灌溉水利用效率较CK分别提高7.23%和26.33%。【结论】 新疆南疆矮砧密植5 a生皇家嘎啦苹果灌溉定额为472.5 mm,灌水次数21次时,苹果产量较高,较常规灌溉果园节约灌水9.06%的灌溉。     

香蕉枯萎病对抗感品种营养生长期光合特性的影响

【目的】探究香蕉枯萎病不同发病程度下对抗感香蕉品种光合特性的影响。【方法】以抗病品种云蕉1号(YJ)和感病品种巴西蕉(B)为供试材料，在2个品种不同发病程度下(健康植株0级和发病植株1、2、3级),测定香蕉叶片的叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)的变化。【结果】抗病品种YJ与B的光合日变化趋势相似，P_n日变化均呈“单峰型”曲线，没有“光合午休”现象，且峰值均出现在13:00—14:00时；通过光合-光响应曲线得到品种YJ的光补偿点与光饱和点分别为57.63和2630.00μmol/(m²·s),B的光补偿点与光饱和点为60.86和2250.00μmol/(m²·s);得到YJ与B的暗呼吸速率(Rd)为2.98和3.29μmol/(m²·s)。B与YJ的P_n、G_s、T_r...     

大理白族自治州植被水分利用效率时空变化趋势及其与海拔的关系

基于MODIS总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET),估算大理白族自治州植被水分利用效率(WUE),采用趋势分析方法分析研究区植被WUE与海拔的关系。结果表明：2016—2020年大理白族自治州植被WUE为1.93～2.22 g/(m²·mm),平均值为2.07 g/(m²·mm),研究区植被WUE年均值在2019年出现波峰。大理白族自治州植被WUE东西分布存在差异,东部近5年WUE主要呈上升趋势,在东南区域WUE上升趋势较为明显;西部WUE上升与下降面积基本相同,在西北区域WUE上升趋势较为缓慢。不同海拔植被WUE变化不同,研究区植被WUE年均值随海拔呈先上升后下降的正态分布规律,海拔>2 500～3 000 m区域WUE年均值达到最高,为2.14 g/(m²·mm)。     

青藏高原东缘2种优势灌木的光合特性研究

在夏季7月利用Li-6400便携式光合仪器和PAM-2100调制叶绿素荧光仪,选择川西北高寒灌丛草甸2种优势灌木窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)和高山绣线菊(Spiraea alpine)为对象,研究光合作用日变化及其对环境因子的响应。结果表明:高山绣线菊的光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)日变化趋势均呈"双峰"型,而窄叶鲜卑花的Pn和Tr日变化趋势均呈"单峰"型,都存在光合"午休"现象,窄叶鲜卑花的Pn日均值和Tr日均值都显著大于高山绣线菊。随日间光合有效辐射强度(PAR)的增强,2种灌木的最大光能转化效率(Fv/Fm)下降,19:00均未恢复到黎明时的水平,表明光合机构因逆境而受到不可恢复的损伤。通径分析表明,Tr为高山绣线菊和窄叶鲜卑花Pn日变化的主要决定因子,叶温(Tleaf)则是主要限制因子。研究表明,高山绣线菊以较小的叶面积、低Pn、低Tr和较高的水分利用效率(WUE)显示出在受水分胁迫的强光高温环境下的适应性;但是窄叶鲜卑花属于高光合、高蒸腾和低WUE灌木,其半饱和光强(Ek)和光强最弱时光能利用效率(α)都较高,表明对弱光或较强的PAR均能利用,PAR适应范围相对最广。     

果树叶片滞尘对其光合速率和耗水特性的影响

【目的】 研究果树叶片在滞尘和未滞尘两种状态下对光合速率变化特征及耗水特性的影响。【方法】 选取四种果树通过LI-6400XT光合仪在连续时间段内测定清洗和未清洗的叶片,分析其光合速率和水分利用效率变化特征。【结果】 单位叶面积滞尘量核桃最大,其次是苹果和杏,库尔勒香梨单位面积滞尘量最小;未清洗叶片光合速率变化:库尔勒香梨>核桃>苹果>杏,清洗叶片光合速率依次为库尔勒香梨>苹果>核桃>杏;杏、核桃、库尔勒香梨和苹果水分利用效率均存在显著差异。【结论】 叶面滞尘对植物的光合作用速率产生负面影响,植物滞尘与其叶片形态结构(叶表面沟槽等)有密切关系,植物叶片形态结构间接对光合作用产生影响。四种果树叶片清洗与未清洗对环境因子的变化有不同的反应,清洗后叶片对环境变化响应更快。表明叶片清洗后Pn、Gs、Ci、E与水分利用效率、光合速率相关性更弱,叶片滞尘状态下水分利用效率和光合速率受生理指标因子的影响更大。