干热河谷区土壤水分胁迫下扭黄茅光合作用光响应过程及其模拟

采用3 种模型对光响应曲线进行拟合,比较不同拟合模型的优劣,旨在优选出水分胁迫下最优的光合作用光响应模型,为深入了解扭黄茅光合生理生态特征、合理使用水资源有效地进行植被恢复提供科学依据。利用Li-6400 光合仪测定了元谋干热河谷扭黄茅雨季在不同土壤水分胁迫程度下光合作用的光响应过程,并用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对光响应曲线进行拟合,通过决定系数(R2)、拟合的初始量子效率(α)、最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd) 6 个参数的对比,比较3 种模型的差异。研究结果表明：（1）随着土壤水分胁迫的加重,扭黄茅净光合速率、光补偿点、暗呼吸速率降低,强光下扭黄茅的光合作用发生光抑制现象,表现为光合速率随光合有效辐射强度的增加而呈现先升高后降低的趋势;（2）从决定系数比较来看,拟合效果优劣排序为直角双曲线修正模型＞非直角双曲线模型＞直角双曲线模型;（3）直角双曲线修正模型的Pnmax、LSP、LCP 和Rd 4 个光合参数均与实测值较为接近,而其他模型除个别参数较为接近外,多数参数差别较大。直角双曲线修正模型可以直接得出饱和光强和最大净光合速率,能够较好地拟合土壤水分胁迫下扭黄茅的光响应过程及其特征参数,拟合值较符合植物实际的生理情况,更接近实测值,该模型可以更好地拟合土壤水分胁迫下扭黄茅的光响应曲线。     

干热河谷紫色土区不同复合肥施肥量对玉米苗期光响应特性的影响

采用3种模型在不同复合施肥量下对玉米苗期光响应特性的影响进行模拟,比较不同拟合模型的优劣,旨在筛选出不同复合施肥量下最优的光合作用光响应模型,并采用最优的光合作用光响应模型模拟玉米苗期的光合参数,为研究紫色土区玉米种植的氮磷钾营养生理和科学施肥提供科学依据。以长城799玉米为研究材料,在模拟小区定位施肥的基础上,采用LI-6400型便携式光合测定仪测定苗期叶片在不同光强下的光合速率,研究不同施肥量下玉米苗期叶片的光合作用响应特征,采用直角双曲线、非直角双曲线和直角双曲线修正3种不同模型对光响应曲线进行拟合,对比决定系数(R_2)、表观量子效率(α)、最大净光合速率(Pn_(max))、光饱和点(LSP)、光补偿点(I_c)和暗呼吸速率(R_d)6个参数,比较3种模型的差异。结果显示:(1)3种模型均能较好地拟合玉米苗期叶片光响应曲线。从决定系数来看,光合参数拟合值与实测值相关度较高(R~20.98),拟合效果优劣排序为直角双曲线修正模型非直角双曲线模型直角双曲线模型。(2)直角双曲线修正模型对不同复合肥施肥量下玉米叶片的光响应的Pnmax、LSP、Ic和Rd4个光合参数的估计更准确。(3)玉米苗期叶片的净光合速率、胞间CO_2浓度、气孔导度和蒸腾速率都随施肥量增加而升高,用量过高时则下降。合理地提高施肥量能够提高玉米苗期叶片的叶绿素含量,延长较高的光合持续期。因此,直角双曲线修正模型可以直接得出饱和光强和最大净光合速率,能够较好地拟合不同复合施肥量下玉米苗期叶片的光响应过程及其特征参数,拟合值较符合植物实际的生理情况,更接近实测值,且确定的适宜施肥量为1.12 t·hm~(-2)(N-P2O5-K2O=0.190-0.190-0.190 t·hm~(-2))和1.49 t·hm~(-2)(N-P2O5-K2O=0.253-0.253-0.253 t·hm~(-2))。     

采煤沉陷区土壤重金属含量对土壤酶活性的影响

为探明煤矿沉陷区土壤受重金属污染情况,探讨重金属含量对酶活性的影响,以焦作韩王煤矿沉陷区为例,通过野外调查与采样和室内分析,研究煤矿沉陷区土壤中重金属累积特性与土壤酶活性的变化。结果表明:研究区土壤中重金属Cu、Zn、As、Mo、Hg、Pb、Cd等含量均高于对照小区的含量,且有明显的空间异质性;沉陷区各种酶活性大都低于对照点,其在空间分布上受重金属的影响,重金属Co、Ni对大多数酶有促进作用,As、Mo则对酶活性有抑制作用,重金属对酶活性的影响取决于重金属的类型与含量;在研究区,蔗糖酶对重金属污染较为敏感,表明蔗糖酶可作为评估煤矿沉陷区土壤环境质量变化的有效指标。     

干热河谷区紫色土玉米季协调农学、水体环境和经济效益的容许施肥量

选取玉米为紫色土区典型种植作物作为研究对象,设置不施肥、常规施肥量(750 kg/hm2)、常规施肥量的0.5 倍、1.5 倍、2.0 倍和2.5 倍6 个施肥水平,通过野外坡耕地小区试验和试验室内分析试验,分析玉米典型生育期内不同施肥量对作物产量、生长特性、淋洗液和径流中氮、磷的流失特征的影响,并基于肥料施用量与肥料中氮素和磷素的去向的试验数据,构建干热河谷区紫色土玉米协调农学、水体环境和经济效益的统一经济指标和评价模型。研究结果表明：在玉米生长期内,施肥量为0~1870 kg/hm2时,叶面积指数发展动态表现为前期上升快、后期下降慢的趋势。玉米生育期株高和产量均随着施肥量从较低到适中的增加而递增,且达到较高施肥处理（常规施肥量2.5倍）时株高降低。不同施肥处理下径流和淋洗液中的总氮和总磷在整个玉米生育期内的变化呈现出同一趋势,均随着施肥量的增加而流出量增加。运用该模型,分别计算了玉米肥料的边际产量效应和富营养化效应,得到干旱河谷区紫色土玉米协调农学、水体环境和经济效益的容许施肥量为1154~1176 kg/hm2。     

水分胁迫下柱花草叶水势、光合及叶绿素荧光特性的变化特征

以热研2号柱花草为供试材料,采用盆栽控制实验研究了不同土壤水分条件下柱花草叶水势、光合特性和叶绿素荧光参数的变化特征.结果表明:(1)柱花草叶水势随着水分胁迫程度的增加而降低,其日变化呈双峰曲线特征,日平均值表现为充分供水＞轻度胁迫＞中度胁迫＞重度胁迫.(2)充分供水条件下柱花草净光合速率最大,而在重度胁迫下最小,水分胁迫下柱花草光合速率的降低主要为非气孔限制因素所致;柱花草气孔导度在充分供水和轻度胁迫下随光合有效辐射的增强而增大,但在中度和重度水分胁迫下变化不明显;充分供水和轻度水分胁迫下,气孔导度均随蒸腾速率的增加而增加,中度、重度水分胁迫下蒸腾速率分别达到0.46、0.31 mmol·m-2·s-1时气孔开始关闭;中度胁迫下水分利用效率高于轻度胁迫,可能是植物对胁迫环境的生理适应所致.(3)初始荧光F0随着干旱胁迫程度的增加而增加,而光系统Ⅱ的最大光化学效率FFv/Fm和潜在活性Fv/F0均降低,表明随着胁迫程度的加深,PSⅡ光抑制的程度也加深,水分胁迫抑制了PSⅡ的光化学活性,使其反应中心受到一定程度的破坏或可逆失活.     

水分胁迫下柱花草叶水势、光合及叶绿素荧光特性的变化特征

以热研2号柱花草为供试材料,采用盆栽控制实验研究了不同土壤水分条件下柱花草叶水势、光合特性和叶绿素荧光参数的变化特征。结果表明：（1）柱花草叶水势随着水分胁迫程度的增加而降低,其日变化呈双峰曲线特征,日平均值表现为充分供水〉轻度胁迫〉中度胁迫〉重度胁迫。（2）充分供水条件下柱花草净光合速率最大,而在重度胁迫下最小,水分胁迫下柱花草光合速率的降低主要为非气孔限制因素所致;柱花草气孔导度在充分供水和轻度胁迫下随光合有效辐射的增强而增大,但在中度和重度水分胁迫下变化不明显;充分供水和轻度水分胁迫下,气孔导度均随蒸腾速率的增加而增加,中度、重度水分胁迫下蒸腾速率分别达到0.46、0.31mmol·m-2·s-1时气孔开始关闭;中度胁迫下水分利用效率高于轻度胁迫,可能是植物对胁迫环境的生理适应所致。（3）初始荧光F0随着干旱胁迫程度的增加而增加,而光系统Ⅱ的最大光化学效率Fv/Fm和潜在活性Fv/F0均降低,表明随着胁迫程度的加深,PSⅡ光抑制的程度也加深,水分胁迫抑制了PSⅡ的光化学活性,使其反应中心受到一定程度的破坏或可逆失活。     

元谋干热河谷典型植被枯落物持水能力研究

选取元谋干热河谷3种植被恢复典型人工纯林(印楝、新银合欢、桉树),通过对林下枯落物蓄积量的实地调查和室内持水过程试验,测定枯落物的持水能力和持水过程。结果表明:1)3种林分单位面积枯落物蓄积量由大到小依次为:新银合欢(5.751t/hm2)桉树(3.328t/hm2)印楝(2.041t/hm2)。2)3种林分枯落物持水能力存在显著差异。最大持水量、蓄水量、最大拦蓄量和有效拦蓄量大小依次为新银合欢桉树印楝;自然持水量、自然持水率和最大持水率大小依次为印楝新银合欢桉树。3)将3种林分枯落物持水过程分析得出:枯落物持水量和吸水速率分别与浸水时间呈显著的对数关系和幂函数关系,枯落物在1h内持水量和吸水速率迅速增加,随着时间的延长,吸水速率逐渐下降,24h后基本达到饱和。     

不同氮素对冠盘藻生长和光合荧光特性的影响

硅藻水华广泛存在于富营养化水体中，常造成恶劣的环境影响，氮素输入是造成硅藻水华现象的主要因素之一。为明确氮素营养对硅藻水华的影响，揭示其对氮素的响应机理，以常见硅藻水华优势种冠盘藻(Stephanodiscus hantzschii)为研究对象，分别以硝酸钠、氯化铵和尿素作为氮源，分析了不同氮素条件下冠盘藻生长和叶绿素荧光参数（Fv/Fm、α、Ik、ETRmax）的变化特征。结果显示，不同形态氮素对冠盘藻的生长及叶绿素荧光参数影响显著，一定程度上提高水体氮素浓度能够提升冠盘藻的叶绿素荧光，促进其生长。相比于氨氮和尿素，硝氮营养更有利于冠盘藻的生长，高浓度硝氮条件下，冠盘藻生长良好，而氨氮浓度大于5 mg/L、尿素浓度达到10 mg/L时，冠盘藻叶绿素荧光参数显著降低，生长受到抑制。较高浓度氨氮及尿素对冠盘藻叶绿素荧光参数的抑制作用主要发生在其生长的前中期，随着氮素消耗，冠盘藻的光合参数Fv/Fm、Ik、ETRmax均随氮素浓度的增加而增加，低氮条件下的冠盘藻会提高α值来增大对于光能的利用效率，从而提高环境适应性。研究表明，氮素一定程度上能够通过影响冠盘藻的光合作用而影响其在水环境中的生长。