王引弟, 巨天珍, 周玉霞, 萬(wàn)子棟, 方向文, 高天鵬

金川礦區(qū)本土植物光合生理生態(tài)日變化特征

王引弟1, 巨天珍1, 周玉霞1, 萬(wàn)子棟1, 方向文5, 高天鵬2, 3, 4, *

1. 西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070 2. 甘肅省礦區(qū)污染治理與生態(tài)修復(fù)工程研究中心, 蘭州 730070 3. 祁連山北麓礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境野外科學(xué)觀測(cè)研究站, 金昌 737100 4. 西安文理學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院, 西安 710065 5. 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 蘭州 730070

采用便攜式LI-6400光合測(cè)定儀, 選擇晴朗天氣對(duì)金川礦區(qū)自然生長(zhǎng)的軟紫草()、蒺藜()、木本豬毛菜()葉片的氣體交換參數(shù)及環(huán)境因子進(jìn)行了測(cè)定, 通過(guò)對(duì)比分析三種植物光合特性及其與環(huán)境因子間的關(guān)系, 以揭示三種植物對(duì)礦區(qū)環(huán)境的適應(yīng)特征。結(jié)果顯示: 軟紫草和木本豬毛菜的凈光合速率日變化有明顯的“光合午休”現(xiàn)象, 軟紫草產(chǎn)生“午休”的主要原因?yàn)榉菤饪紫拗埔蛩? 而木本豬毛菜的主導(dǎo)因素為氣孔限制因素。其中軟紫草和木本豬毛菜的凈光合速率日變化最大峰值均出現(xiàn)在11:00和17:00左右。蒺藜“光合午休”現(xiàn)象不明顯, 主要原因?yàn)闅饪紫拗埔蛩? 最大峰值出現(xiàn)在9:00左右?？傊? 三種植物的水分利用效率存在時(shí)空差異, 在強(qiáng)光、高溫、低濕荒漠環(huán)境中都具有一定的生存優(yōu)勢(shì), 對(duì)礦區(qū)生境的適應(yīng)能力大小依次為蒺藜、木本豬毛菜、軟紫草。

光響應(yīng)曲線; 日變化; 軟紫草; 蒺藜; 木本豬毛菜

0 前言

金川礦區(qū)地處金昌市西南部龍首山脈北坡, 由于人類頻繁開采礦物資源, 造成植被退化、空氣污染等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 綠色植被作為生態(tài)系統(tǒng)的支柱和核心, 在保持水土、恢復(fù)植被等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而, 金川礦區(qū)植被種類單一, 群落層次簡(jiǎn)單, 主要植被優(yōu)勢(shì)種有木本豬毛菜()、鹽生草()、軟紫草()、蒺藜()等。因此, 探討本土植被對(duì)生境的適應(yīng)性和生理機(jī)制, 對(duì)于礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

光合作用是一個(gè)非常復(fù)雜的生物、化學(xué)、物理過(guò)程[1], 對(duì)綠色植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要, 其受到外界環(huán)境和內(nèi)部因素的共同影響, 如大氣溫度、光合有效輻射、空氣相對(duì)濕度等環(huán)境因子變化都會(huì)引起凈光合速率, 氣孔導(dǎo)度, 胞間CO2濃度等光合參數(shù)的變化。測(cè)定植物的光合特性可以獲得其生理參數(shù), 有助于判定植物光合作用運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、光合能力及環(huán)境變化對(duì)其的影響程度等[2-3]。木本豬毛菜()為小灌木, 葉半圓柱狀、肉質(zhì), 生于礫質(zhì)荒漠、干旱山坡、砂丘和山前平原, 具有抗風(fēng)耐旱、耐瘠薄的特性, 對(duì)維護(hù)荒漠生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起重要作用[4]。軟紫草()屬紫草科軟紫草屬, 多年生草本, 分布于青海、甘肅、寧夏等地, 生長(zhǎng)在海拔2000—4000 m的礫石山坡、草原及草甸等處[5]。蒺藜()生于沙地、荒地、山坡, 全球溫帶廣泛分布[6]。目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)這幾種植物的研究主要集中在植物滯塵[7]、葉片表型結(jié)構(gòu)[8]、不同生境條件下結(jié)實(shí)特性的差異[9]以及生理生化[10]等方面, 而對(duì)其光合特性研究較少, 尤其是光合日變化的研究尚未見報(bào)道, 為此, 本文探討了荒漠植物軟紫草、蒺藜、木本豬毛菜在金川礦區(qū)的光合生理生態(tài)日變化特征, 為金川礦區(qū)本土植物的恢復(fù)和保護(hù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與材料

試驗(yàn)在金昌市金川區(qū)尾礦壩, 位于101°04'35"—102°43'40"E, 37°47'10"—39°00'30"N, 屬大陸性溫帶干旱氣候, 太陽(yáng)輻射高, 干旱少雨, 晝夜溫差大, 蒸發(fā)量大, 年均氣溫4.8 ℃, 年均日照時(shí)間2 878 h, 無(wú)霜期141 d, 多年平均降水量在110 mm左右[11]。于2017年8月下旬(8月20日—8月31日), 選擇晴朗的天氣, 在固定樣地對(duì)自然條件下生長(zhǎng)的軟紫草、木本豬毛菜、蒺藜葉片的光合日變化及環(huán)境因子等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.2 指標(biāo)測(cè)定與方法

選擇晴朗天氣于9:00—12:00, 打開并調(diào)試好便攜式光合系統(tǒng)分析儀Li-6400XT(安裝簇狀葉室), 使用開放氣路, 設(shè)定相關(guān)參數(shù), 葉室內(nèi)CO2濃度設(shè)置為400 μmol·mol–1, 葉溫為25 ℃, 空氣流速為500 μmol·s–1。每個(gè)光照強(qiáng)度下適應(yīng)5 min后測(cè)定, 設(shè)定光強(qiáng)梯度為2000、1800、1600、1400、1200、1000、800、600、400、300、200、100、50、20、0 μmol·m–2·s–1。測(cè)定時(shí)每隔3 min 由系統(tǒng)自動(dòng)記錄每個(gè)光照強(qiáng)度下軟紫草、蒺藜和木本豬毛菜葉片的凈光合速率(Pn ), 進(jìn)行Pn—PAR響應(yīng)曲線的擬合。用低光強(qiáng)下(200 μmol·m-2·s-1以下)Pn—PAR響應(yīng)曲線的斜率作為表觀量子效率[12]。

注: 研究區(qū)邊界使用中國(guó)行政區(qū)劃1:400萬(wàn)地圖數(shù)據(jù), Dem高程數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云。

Figure 1 Topographic map of the study area

選擇生長(zhǎng)健壯, 長(zhǎng)勢(shì)一致, 同一葉位的成熟葉片, 從當(dāng)?shù)貢r(shí)間9:00—19:00, 每隔2 h采用便攜式Li-6400XT光合作用氣體分析系統(tǒng), 分別測(cè)定軟紫草, 蒺藜, 木本豬毛菜葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)及主要環(huán)境因子如光合有效輻射(PAR)、葉片溫度(TL), 大氣溫度(Ta)、空氣相對(duì)濕度(RH)及大氣CO2濃度(CO2)等生理生態(tài)指標(biāo), 每種植物測(cè)定3株, 在各自光強(qiáng)下重復(fù)3次讀數(shù)取均值。實(shí)驗(yàn)采用2 cm×3 cm 標(biāo)準(zhǔn)葉室。為避免相互遮擋, 測(cè)定時(shí)植株葉片應(yīng)盡量平鋪于整個(gè)葉室, 光合測(cè)定結(jié)束后剪下葉室中的葉片, 經(jīng)掃描后用CI-400 圖像分析軟件(CIAS, CID Inc．USA)進(jìn)行葉面積校正, 根據(jù)實(shí)際葉面積折算凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度等氣體交換參數(shù)。并計(jì)算以下指標(biāo): 水分利用效率(WUE)(WUE= Pn/Tr)、羧化效率(CE)、氣孔限制值(LS)[13,14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2010軟件進(jìn)行整理制圖, 使用Spss21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果分析

2.1 三種植物的光合—光響應(yīng)

由圖2顯示: 軟紫草、木本豬毛菜、蒺藜的凈光合速率隨光合有效輻射的增加而升高, 當(dāng)光合有效輻射達(dá)到一定值后, 凈光合速率達(dá)最大值, 其值分別為8.33、2.37、10.46 μmol·m-2·s-1, 即軟紫草、木本豬毛菜、蒺藜達(dá)到光飽和點(diǎn)1600 μmol·m-2·s-1、1400 μmol·m-2·s-1和1600 μmol·m-2·s-1。當(dāng)光合有效輻射繼續(xù)增加時(shí), 凈光合速率略有所下降。采用二次曲線方程擬合, 擬合效果較好(R2>0.984), 得響應(yīng)曲線方程分別為:

由圖3顯示, 在弱光下(200 μmol·m-2·s-1時(shí)), 植物的凈光合速率和光合有效輻射呈線性相關(guān), 對(duì)其光響應(yīng)曲線進(jìn)行線性回歸, 得軟紫草、木本豬毛菜和蒺藜的方程分別為:

由方程可知此時(shí)軟紫草、木本豬毛菜和蒺藜的光補(bǔ)償點(diǎn)分別為66.95 μmol·m-2·s-1、106.65 μmol·m-2·s-1和77.32 μmol·m-2·s-1, 表觀量子效率分別為0.016、0.0055和0.0188。

2.2 主要?dú)庀笠蜃拥娜兆兓卣?/h3>

2.2.1 光合有效輻射(PAR)與大氣溫度(Ta)日變化

由圖4顯示, 該研究區(qū)光合有效輻射日變化呈明顯的倒“U”型曲線, 9:00較低, 之后逐漸增大, 在14:00左右達(dá)到最大值, 為1883.51 μmol·m-2·s-1, 在14:00之后呈下降趨勢(shì), 而大氣溫度在9:00-15:00左右上升較快, 15:00最高, 之后緩慢降低。

2.2.2 大氣溫度(Ta)和葉片溫度(TL)日變化的比較

由圖4顯示, 三種植物的葉片溫度與大氣溫度變化成正比, 因此葉片溫度的變化在一定程度上體現(xiàn)出氣溫的變化。

圖2 三種植物的光響應(yīng)曲線

Figure 2 Light Response Curve of three plants

圖3 弱光下三種植物的光響應(yīng)曲線

Figure 3 Light response curve of three plants under low light

2.3 三種植物光合作用參數(shù)日變化特征

軟紫草和木本豬毛菜葉片凈光合速率的日變化呈“雙峰型”曲線, “午休”現(xiàn)象明顯, 而蒺藜凈光合速率在15:00有一短暫波動(dòng), 之后呈下降趨勢(shì)。軟紫草和木本豬毛菜葉片的凈光合速率峰值出現(xiàn)在11:00和17:00左右, 分別為5.34、6.92 μmol·m-2·s-1和3.74、7.19 μmol·m-2·s-1。而蒺藜的凈光合速率峰值出現(xiàn)在9:00左右, 為11.72 μmol·m-2·s-1, 光合“午休”現(xiàn)象不明顯如圖5(a)。

軟紫草、木本豬毛菜葉片的氣孔導(dǎo)度日變化與凈光合速率變化趨勢(shì)大體一致, 呈“雙峰型”曲線, 這與王連喜, 金鑫[15]的研究結(jié)果一致。9:00氣孔導(dǎo)度快速升高, 在11:00出現(xiàn)主峰, 后逐漸降低, 在15:00之后隨氣孔開放度增加, 氣孔導(dǎo)度開始增大, 軟紫草在17:00出現(xiàn)次峰, 木本豬毛菜在15:00出現(xiàn)次峰, 隨后由于氣孔進(jìn)一步關(guān)閉, 氣孔導(dǎo)度一直呈下降趨勢(shì)。而蒺藜葉片的氣孔導(dǎo)度與凈光合速率變化趨勢(shì)基本一致, 在13:00—17:00變化幅度較大, 9:00左右較高, 后逐漸降低, 在13:00出現(xiàn)低谷, 谷值為0.084 mol·m-2·s-1, 之后隨氣孔開放度增加, 氣孔導(dǎo)度開始上升, 在15:00出現(xiàn)次峰, 峰值為0.216 mol·m-2·s-1, 后由于氣孔進(jìn)一步關(guān)閉, 氣孔導(dǎo)度又迅速下降且降幅較大, 最小值為0.02 mol·m-2·s-1如圖5(b)。

軟紫草和木本豬毛菜葉片的胞間CO2濃度呈不規(guī)則的“W”型曲線。軟紫草低谷出現(xiàn)在11:00和17:00左右, 谷值分別為190.74和136.31 μmol·CO2·mol-1,木本豬毛菜低谷出現(xiàn)在13:00和17:00左右, 谷值分別為126.45和130.59 μmol·CO2·mol-1, 這兩種植物在9:00左右, 胞間CO2濃度較高, 之后隨著凈光合速率的緩慢增加, 胞間CO2濃度逐漸下降, 在11:00—15:00之間, 由于太陽(yáng)輻射和葉面溫度的過(guò)高, 植物出現(xiàn)“光合午休”, 氣孔導(dǎo)度減小或者完全關(guān)閉, 導(dǎo)致凈光合速率下降, 胞間CO2升高, 15:00之后又開始下降, 出現(xiàn)次低谷, 其值為136.31 μmol·CO2·mol-1和130.59 μmol·CO2·mol-1, 這與凈光合速率變化規(guī)律相對(duì)應(yīng), 即隨著凈光合速率的升高, 部分CO2消耗, 相對(duì)應(yīng)胞間CO2濃度降低。而蒺藜的胞間CO2濃度大體呈“V”型, 且變化幅度較小。由于受大氣CO2的影響, 在早、晚較高, 峰值出現(xiàn)在9:00和19:00左右, 值分別為272.77 μmol·CO2·mol-1和239. 18 μmol·CO2·mol-1, 正午隨光強(qiáng)和溫度的上升, 開始呈下降的趨勢(shì), 在11:00—13:00基本保持平穩(wěn)的狀態(tài), 之后又開始上升, 在19:00達(dá)到最大值, 值為239.18 μmol·CO2·mol-1如圖5(c)。

圖4 三種植物的環(huán)境因子日變化

Figure 4 Diurnal variation of environmental factors of three plants

軟紫草、木本豬毛菜的蒸騰速率日變化曲線與凈光合速率變化趨勢(shì)基本同步, 均呈“雙峰型”曲線, 而蒺藜的蒸騰速率呈不規(guī)則的“M”曲線。軟紫草的蒸騰速率峰值出現(xiàn)在11: 00和17:00, 為4.26 mmol·m-2·s-1和 5.13 mmol·m-2·s-1, 蒺藜和木本豬毛菜的峰值出現(xiàn)在11:00和15:00左右, 值分別為6.28、7.44 mmol·m-2·s-1和6.29 mmol·m-2·s-1、7.32 mmol·m-2·s-1如圖5(d)。

軟紫草和蒺藜的水分利用效率日變化均呈“雙峰型”曲線, 隨時(shí)間的推進(jìn), 呈先下降后上升再下降的趨勢(shì), 峰值出現(xiàn)在9:00和17:00左右, 其值分別為2.58 mmol·mol-1、1.35 mmol·mol-1和2.96 mmol·mol-1、1.77 mmol·mol-1, 軟紫草、蒺藜、木本豬毛菜的水分利用率日均值分別為1.24、1.51、1.32 mmol·mol-1如圖5(e)。

軟紫草、木本豬毛菜的羧化效率日變化呈“雙峰型”曲線, 軟紫草在11:00和17:00出現(xiàn)峰值, 值分別為0.028和0.05 μmol·m-2·s-1, 木本豬毛菜在13:00和17:00出現(xiàn)峰值, 值分別為0.027和0.021 μmol·m-2·s-1, 蒺藜的羧化效率日變化整體呈下降趨勢(shì), 在15:00有一短暫波動(dòng), 之后一直呈下降趨勢(shì)如圖5(f)。

軟紫草的氣孔限制值與羧化效率的日變化基本一致, 蒺藜的氣孔限制值呈不規(guī)則“V”型, 谷值出現(xiàn)在15:00, 木本豬毛菜的氣孔限制值變化幅度較大, 峰值出現(xiàn)在13:00左右如圖5(g)。

圖5 軟紫草、蒺藜、木本豬毛菜的光合作用參數(shù)日變化特征

Figure 5 Diurnal variation of photosynthetic parameters of,and

2.4 植物光合參數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

使用Spss21.0軟件對(duì)軟紫草、蒺藜、木本豬毛菜的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度, 蒸騰速率等光合參數(shù)與環(huán)境因子光合有效輻射、大氣溫度、葉片溫度等進(jìn)行相關(guān)性分析。由表1可知, 軟紫草在光合參數(shù)方面, 氣孔導(dǎo)度與凈光合速率在0.05水平上呈顯著正相關(guān), 胞間CO2濃度與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度在0.01水平上呈顯著負(fù)相關(guān), 蒸騰速率與氣孔導(dǎo)度在0.01水平上呈顯著正相關(guān), 與胞間CO2濃度在0.01水平上呈顯著負(fù)相關(guān)。在環(huán)境因子方面, 葉片溫度與氣孔導(dǎo)度在0.05水平上呈顯著負(fù)相關(guān), 與胞間CO2濃度在0.01水平上呈顯著正相關(guān)。由此可知: 氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率對(duì)軟紫草的光合作用影響最大, 而環(huán)境因子中大氣溫度、空氣相對(duì)濕度對(duì)軟紫草影響較大。蒺藜在光合參數(shù)方面, 氣孔導(dǎo)度與凈光合速率在0.01水平上呈顯著正相關(guān),胞間CO2濃度與凈光合速率在0.05水平上呈顯著負(fù)相關(guān), 與氣孔導(dǎo)度在0.01水平上呈顯著負(fù)相關(guān), 蒸騰速率與凈光合速率、氣孔導(dǎo)度在0.01水平上呈顯著正相關(guān), 與胞間CO2濃度在0.01水平上呈顯著負(fù)相關(guān)。在環(huán)境因子方面, 光合有效輻射與凈光合速率在0.05水平上呈顯著正相關(guān), 與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率在0.01水平上呈顯著正相關(guān), 與胞間CO2濃度在0.01水平上呈顯著負(fù)相關(guān), 葉片溫度與氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、大氣溫度在0.01水平上呈顯著正相關(guān), 與光合有效輻射在0.05水平上顯著正相關(guān)。由此可知, 對(duì)蒺藜光合作用影響最大的參數(shù)為氣孔導(dǎo)度, 蒸騰速率。而環(huán)境因子如光合有效輻射、葉片溫度、空氣相對(duì)濕度影響最大。木本豬毛菜在光合參數(shù)方面, 蒸騰速率與氣孔導(dǎo)度在0.01水平上呈顯著正相關(guān), 同理: 對(duì)木本豬毛菜光合作用影響最大的參數(shù)為氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率, 而與其他環(huán)境因子相關(guān)性均不顯著。

3 討論

光合作用作為判斷綠色植物生長(zhǎng)和抗逆性強(qiáng)弱的指標(biāo)[16], 本研究中凈光合速率由大到小依次為蒺藜、軟紫草、木本豬毛菜, 且蒺藜具有較高的氣孔導(dǎo)度和最大凈光合速率, 表明三種植物中, 蒺藜具有較強(qiáng)的光合能力。蒸騰速率受多種因素的影響, 如氣候、土壤水分、植物種類等, 因此不同植物表現(xiàn)出不同蒸騰速率的變化[17]。氣孔多分布于植物葉片表面, 與外界環(huán)境進(jìn)行氣體交換的同時(shí), 還可以適當(dāng)抑制植物的蒸騰作用。本研究中, 三種植物在9:00-11:00間, 呈上升趨勢(shì), 在11:00蒸騰速率達(dá)到峰值, 此后隨溫度的升高而下降, 到15:00、17:00達(dá)到第二個(gè)峰值, 三種植物蒸騰速率均呈“雙峰型”。由于正午光照強(qiáng)度大, 氣溫高, 蒸騰速率逐漸增大, 導(dǎo)致植物水分供應(yīng)不足, 為了防止葉片被灼傷, 減少水分的流失, 氣孔開放度會(huì)減小甚至關(guān)閉, 蒸騰速率降低。午后, 由于光強(qiáng)和氣溫逐漸減弱, 蒸騰作用增強(qiáng), 導(dǎo)致植物蒸騰速率上升, 最后, 隨光合有效輻射的減弱, 氣溫下降等因素, 蒸騰速率又呈下降的趨勢(shì)。蒸騰作用在午間降低是荒漠植物通過(guò)關(guān)閉氣孔來(lái)防止葉片過(guò)度蒸騰, 從而減少水分損耗的一種生態(tài)適應(yīng)對(duì)策[18]。水分利用效率是評(píng)價(jià)植物對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力的重要指標(biāo), 具有重要的生態(tài)學(xué)意義。在同一種生境中, 水分利用率值越大, 植物的耐旱能力越強(qiáng)[19-21]。在本研究中, 三種植物的耐旱能力大小依次為: 蒺藜、木本豬毛菜、軟紫草, 蒺藜更能適應(yīng)沙區(qū)的干旱環(huán)境, 是恢復(fù)植被、改善生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良物種, 但一天中三種植物的水分利用率存在時(shí)空差異, 其原因可能與凈光合產(chǎn)物的積累密切相關(guān)[22]。

表1 三種植物各種光合參數(shù)與環(huán)境因子間的相關(guān)性分析

注: **.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

自然條件下, 軟紫草和木本豬毛菜葉片的凈光合速率日變化存在明顯的光合“午休”現(xiàn)象, 這與大多數(shù)干旱荒漠區(qū)植物光合日變化趨勢(shì)一致[23]。有學(xué)者指出, 植物出現(xiàn)“午休”是多種環(huán)境因素變化的結(jié)果, 如光照、溫度及濕度等[24]。由于中午強(qiáng)光, 高溫和低濕的原因, 可能會(huì)造成凈光合速率下降和光合作用減弱。按照Faquhar 和 Sharkey 研究提出的當(dāng)正午光合速率降低時(shí), 如果胞間CO2濃度隨之也呈降低的趨勢(shì), 而氣孔限制值升高則屬于光合作用的氣孔限制, 反之, 則為光合作用的非氣孔限制的判斷原則[25], 軟紫草的凈光合速率在正午降低時(shí), 胞間CO2濃度呈緩慢上升, 而氣孔限制值卻呈下降的趨勢(shì), 表明引起軟紫草正午凈光合速率降低的主要原因?yàn)榉菤饪紫拗? 即隨著午間光合作用環(huán)境因子的變化, 使得葉肉細(xì)胞光合活性下降, 從而引起凈光合速率的下降。木本豬毛菜和蒺藜的凈光合速率在午間下降時(shí), 胞間CO2濃度也下降, 而氣孔限制值升高, 則表明引起木本豬毛菜和蒺藜午休的原因主要為氣孔限制因素, 即氣孔關(guān)閉, 葉肉細(xì)胞間隙的CO2減少, 碳源上的限制是引起光合“午休”的主導(dǎo)因素[26]。

通過(guò)對(duì)三種植物的凈光合速率與其生理生態(tài)因子進(jìn)行相關(guān)性分析得出, 影響三種植物凈光合速率的環(huán)境因子, 生理生態(tài)因子既有相似性, 又有所差異。綜合分析, 可以得出影響三種綠色植物凈光合速率的主要影響因子為氣孔導(dǎo)度、蒸騰作用、光合有效輻射、空氣相對(duì)濕度, 而與其他因子相關(guān)性不顯著。

4 結(jié)論

(1)軟紫草和木本豬毛菜存在明顯的光合“午休”現(xiàn)象, 而蒺藜“午休”現(xiàn)象不明顯, 軟紫草產(chǎn)生光合“午休”現(xiàn)象主要受非氣孔限制因素影響, 而蒺藜和木本豬毛菜主要是氣孔限制因素。

(2)在同一種生境下, 植物具有不同的抗旱機(jī)制。軟紫草與木本豬毛菜選擇了較高的凈光合速率、蒸騰速率和較低的水分利用效率的生存策略, 屬于避旱型。而蒺藜則通過(guò)較高的水分利用效率來(lái)適應(yīng)水資源不太豐富的環(huán)境, 屬于耐旱型。綜合來(lái)看, 三種植物對(duì)礦區(qū)生境的適應(yīng)能力依次為蒺藜、木本豬毛菜、軟紫草。

(3)本研究中軟紫草和蒺藜具有較低的光補(bǔ)償點(diǎn), 較高的光飽和點(diǎn), 對(duì)其生境的光環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性, 表現(xiàn)在能夠利用弱光或者高光強(qiáng)的環(huán)境而生長(zhǎng)良好。而木本豬毛菜的光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)均較高, 屬于喜陽(yáng)植物, 對(duì)干旱環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng), 這三種植物在強(qiáng)光、高溫、低濕荒漠環(huán)境中都具有一定的生存優(yōu)勢(shì)。

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Diurnal variation of photosynthetic physiology and ecology of native plants in jinchuan mining area

WANG Yindi1, JU Tianzhen1, ZHOU Yuxia1, WAN Zidong1, FANG Xiangwen5, GAO Tianpeng2,3,4, *

1. College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China 2. Research Center for Pollution Control and Ecological Restoration Engineering of Mining Areas in Gansu Province, Lanzhou 730070, China 3. Ecological and Environmental Field Observation and Research Station of Beilu Mining Area, Qilian Mountains, Jinchang 737100, China 4. School of Biological and Environmental Engineering, Xi’an University, Xi’an710065,China 5.Lanzhou University School of Life Sciences, Lanzhou 730070, China

A portable LI-6400 photosynthesis analyzer was used to select the gas exchange parameters and environment of the leaves ofandgrowing naturally in Jinchuan mining area on sunny days. The factors were measured and the photosynthetic characteristics of the three plants and their relationship with environmental factors were compared to reveal the adaptation characteristics of three plants to the mining environment. The results showed that the diurnal changes of the net photosynthetic rate ofandhad a “noon break” phenomenon. The main reason for the “noon break” ofwas non-stomatal limitation, while that ofthe dominant factor was the stomatal limitation factor. The highest daily peak valuesof net photosynthetic rate ofandall appeared at around 11:00 and 17:00.phenomenon of “noon break in photosynthesis” was not obvious, mainly due to the limitation of stomata, and the maximum peak occurred around 9:00. In short, the water use efficiency of the three plants has spatial and temporal differences, and has certain survival advantages in strong light, high temperature and low humidity desert environment. The adapt ability to the habitat of the mining area is in order of,and.

light response curve; diurnal variation;;;

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.04.004

Q14

A

1008-8873(2019)04-021-08

2018-07-10;

2018-08-13基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31860176, 31460162); 甘肅省科技支撐計(jì)劃(144FKCA086)資助

王引弟(1992—), 女, 碩士研究生, 主要從事植物生理生態(tài)學(xué)的研究工作, 1721817399@qq.com

高天鵬(1964—), 男, 博士, 教授, 主要從事環(huán)境植物學(xué)教學(xué)與研究工作, E-mail: zkgtp@163.com)

王引弟, 巨天珍, 周玉霞, 等. 金川礦區(qū)本土植物光合生理生態(tài)日變化特征[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(4): 21-28.

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