郭鑫煒，劉世榮＊，王 暉，陳志成，聶秀青，張京磊,2，明安剛，陳 琳

(1.國(guó)家林業(yè)和草原局森林生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院森林生態(tài)環(huán)境與自然保護(hù)研究所，北京 100091；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院休閑農(nóng)業(yè)研究所，山東 濟(jì)南 250100；3.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 憑祥 532600)

大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和全球氣候變化模型表明降雨時(shí)空格局正在發(fā)生改變，由此引起的干旱頻度、強(qiáng)度以及持續(xù)時(shí)間的增加將會(huì)成為許多地區(qū)面臨的問題[1]，尤其是在亞熱帶地區(qū)[2-3]。干旱的增加將會(huì)對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的群落多樣性、生存以及生產(chǎn)力產(chǎn)生巨大影響[4]，進(jìn)而可能影響局域或全球的碳水平衡。

葉片對(duì)環(huán)境變化較為敏感且可塑性較大，其性狀特征與植物生存策略和利用資源的能力密切相關(guān)[5-6]。因此，加強(qiáng)葉片性狀的研究有助于更好地了解植物對(duì)干旱的響應(yīng)與適應(yīng)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從葉片形態(tài)、解剖以及生理等性狀探究了植物對(duì)干旱的響應(yīng)與適應(yīng)[7-11]。然而，這些研究大多數(shù)是短期的控制實(shí)驗(yàn)且缺乏對(duì)于葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理同步研究。因此，對(duì)于葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理對(duì)于相對(duì)長(zhǎng)期干旱脅迫的適應(yīng)以及二者之間關(guān)系的了解依然不足。

研究降雨減少對(duì)于葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理的影響有助于揭示樹木對(duì)于干旱的適應(yīng)機(jī)制[11]。不同樹種對(duì)于干旱的敏感性和響應(yīng)時(shí)間存在差異，其葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理對(duì)干旱的響應(yīng)和適應(yīng)可能存在物種特異性[11]。對(duì)不同水分脅迫條件下地中海2種觀賞灌木（馬纓丹（Lantana camaraL.）和女貞（Ligustrum lucidumW.T.））的研究發(fā)現(xiàn)：2種灌木葉片厚度對(duì)于水分脅迫響應(yīng)存在明顯差異并指出葉片光合能力與水分脅迫的強(qiáng)度有關(guān)[8]。Gratani等[12]發(fā)現(xiàn)，干旱條件下葉片厚度的增加可以減少蒸騰失水，維持細(xì)胞內(nèi)較高的水勢(shì)，從而保證正常的光合速率，提高植物的水分利用效率。然而，Binks等[13]和Rowland等[14]對(duì)模擬干旱條件下熱帶雨林樹種的研究證實(shí)，葉片解剖結(jié)構(gòu)對(duì)于干旱的響應(yīng)與物種的抗旱性有關(guān)，且發(fā)現(xiàn)由干旱引起的葉片解剖結(jié)構(gòu)改變未對(duì)光合性狀產(chǎn)生影響[13]。因此，到目前為止，葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理對(duì)降雨減少的響應(yīng)認(rèn)知仍然存在很大爭(zhēng)議，這使得理解樹木生長(zhǎng)對(duì)于氣候變化的響應(yīng)具有較大的不確定性。

馬尾松（Pinus massonianaLamb.）和紅錐（Castanopsis hystrixMiq.）是我國(guó)亞熱帶地區(qū)的典型造林樹種。馬尾松具有適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速、生產(chǎn)力高等特點(diǎn)[15]，紅錐材質(zhì)優(yōu)良，具有多種用途[16]。紅錐和馬尾松的葉片習(xí)性、木材解剖和水力學(xué)性狀存在明顯差異，導(dǎo)致2樹種擁有不同的生活史特征和環(huán)境需求[17-18]，這為探究具有不同生活史特征的物種對(duì)于干旱的響應(yīng)和適應(yīng)提供了絕佳的機(jī)會(huì)。前人研究已經(jīng)認(rèn)識(shí)到馬尾松和紅錐人工林生長(zhǎng)對(duì)于干旱的響應(yīng)存在差異，穿透雨減少后馬尾松徑向生長(zhǎng)未發(fā)生變化而紅錐徑向生長(zhǎng)出現(xiàn)顯著下降[19]。然而，馬尾松和紅錐葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理如何響應(yīng)干旱目前尚未可知。為了進(jìn)一步探究葉片解剖結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分和光合生理對(duì)于干旱的響應(yīng)，解析三者之間的關(guān)系，本研究在南亞熱帶選取馬尾松和紅錐人工純林設(shè)置穿透雨減少實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了2種樹木葉片解剖結(jié)構(gòu)、葉片養(yǎng)分（氮和磷）、氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，旨在探索以下科學(xué)問題：（1）馬尾松和紅錐葉片解剖、葉片養(yǎng)分以及光合生理如何響應(yīng)干旱？減雨處理后樹木是否能夠產(chǎn)生更耐旱的葉片？（2）葉片解剖和葉片養(yǎng)分是否能夠影響葉片的光合生理？

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)

研究地點(diǎn)位于廣西壯族自治區(qū)憑祥市中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心伏波實(shí)驗(yàn)場(chǎng)（22°10′N,106°50′ E），該地區(qū)位于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，屬濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)氣候，干濕季分明。年降水量1 241～1 695 mm，降雨主要集中在5—9月，年平均溫度21～22 ℃，相對(duì)濕度80%～84%，海拔550 m。主要的地貌類型以低山丘陵為主，土壤為紅壤，質(zhì)地為砂質(zhì)壤土。

馬尾松和紅錐人工林均是1983年皆伐杉木（Cunninghamia lanceolata(Lamb.) Hook.）林后種植，最初的土壤質(zhì)地和養(yǎng)分一致，林分密度均為2500株·hm-2，之后經(jīng)過多年間伐，馬尾松和紅錐人工林密度分別為275±45、334±92株·hm-2，平均胸徑分別為31.26±2.15、27.15±1.96 cm，平均樹高分別為18.8±1.30、19.84±2.96 m。馬尾松林下草本植物主要有弓果黍（Cyrtococcum patens（L.）A.Camus）、烏毛蕨（Blechnum orientaleL.）、藎草（Arthraxon hispidus（Trin.）Makino）和小花露籽草（Ottochloa nodosavar.micrantha（Balansa）Keng f.）等。紅錐林下草本主要有金毛狗（Cibotium barometz（L.）J.Sm.）、淡竹葉（Lophatherum gracileBrongn.）、鐵芒萁（Dicranopteris linearis（Burm.）Underw.）和扇葉鐵線蕨（Adiantum flabellulatumL.）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年9月在馬尾松和紅錐人工林中分別設(shè)置了6塊20 m×20 m樣地，樣地間距離＞20 m，實(shí)施了自然條件下降雨（對(duì)照）和部分穿透雨剔除（50%，TFE）2種不同的處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，2個(gè)樹種共12塊樣地。在穿透雨剔除樣地距離地面0.5～1.5 m處安裝了由不銹鋼架和PEP膜組成的穿透雨剔除裝置，鋪設(shè)的透明塑料薄膜面積為樣地面積的50%。截取的穿透雨通過導(dǎo)水槽及樣地周圍的排水溝排出樣地。為降低TFE裝置對(duì)樣地環(huán)境的影響，在對(duì)照樣地同樣的高度假架設(shè)了有不銹鋼架和3 mm孔徑白色尼龍網(wǎng)組成的裝置。經(jīng)測(cè)試，各樣地裝置下照度無顯著差異。定期對(duì)PEP膜、尼龍網(wǎng)以及導(dǎo)水槽上的凋落物清理并原位歸還到樣地。與此同時(shí)，在每個(gè)樣地都安裝HoBo土壤溫濕度記錄儀（Onset Computer Corp.，美國(guó)）對(duì)5 cm表層土壤和深層土壤（10、30、50、70、90 cm）的溫濕度進(jìn)行記錄，記錄間隔為1 h，每個(gè)樣地各安裝了3個(gè)記錄儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 光合特性測(cè)定 由于馬尾松和紅錐樹冠較高，難以原位測(cè)定，因此，本研究采用高枝剪和人為爬樹剪取離體枝的方法對(duì)光合生理參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。為避免枝條栓塞影響測(cè)定結(jié)果，所采集測(cè)定氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的枝條都接近1 m且均為冠層頂部的陽(yáng)生枝條，將獲取的離體枝條立即插入裝有水的水桶中，在水中用剪枝剪在距離切口10 cm處重新修剪。通過這樣的處理一定程度上避免離體枝條發(fā)生栓塞，確保一段時(shí)間內(nèi)離體枝條上葉片樣品的生理活性與樹體一致[20-21]。

氣體交換參數(shù)的測(cè)定：2019年8月中旬（濕季）和2020年1月中旬（干季）選擇無雨天氣于9：00—11：30時(shí)段，采用便攜式光合儀（LI-6400,Li-Cor,Lincoln Inc.,NE,USA）測(cè)定了馬尾松和紅錐當(dāng)年生枝條上完全伸展的健康葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等參數(shù)。設(shè)定的光量子通量密度為1500 μmol·m-2·s-1，CO2濃度設(shè)置為環(huán)境CO2濃度，環(huán)境溫度控制在25 ℃。在對(duì)照樣地和處理樣地分別隨機(jī)選取了3棵樹，每棵樹選取2～3個(gè)葉片，每個(gè)葉片測(cè)定3次重復(fù)。利用下列公式計(jì)算水分利用效率（WUE）：WUE=Pn/Tr。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)于2019年8月測(cè)定。具體方法是先將葉片暗適應(yīng)30 min用PAM-2500便攜式葉綠素?zé)晒鈨x（Heinz Walz GmbH，Effeltrich，Germany）測(cè)定最小初始熒光（Fo）、暗適應(yīng)下最大熒光（Fm）、光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、實(shí)際光化學(xué)效率（ΦPSII）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ和qN）和表觀電子傳遞速率（ETR）等熒光參數(shù)。

1.3.2 葉片解剖 2020年1月在紅錐和馬尾松的對(duì)照樣地和穿透雨減少樣地選取與測(cè)定氣體交換參數(shù)的葉片位置相近、發(fā)育一致的健康葉片各5片（馬尾松針葉各5簇），用FAA固定液保存，紅錐剪取葉片中部與葉邊緣之間1～2 cm2，馬尾松剪取中部5～6 mm片段，采用常規(guī)石蠟切片法制片。切片厚度為8～12 μm，用番紅-固綠染色，中性樹膠封片。對(duì)照樣地和處理樣地分別隨機(jī)選取了3片葉子的制片置于Nikon（NIS-Elements D）光學(xué)顯微鏡下觀察和拍照記錄，并用儀器自帶分析軟件測(cè)量了紅錐葉片上下表皮厚度、葉肉柵欄組織和海綿組織厚度、葉片厚度和馬尾松針葉的上下表皮厚度、葉肉厚度以及針葉厚度。

1.3.3 氣孔密度 采用指甲油印跡法。每個(gè)樣地在冠層樹木枝條上隨機(jī)選取3片健康完全開展的陽(yáng)生葉片，紅錐葉片避開主脈用無色指甲油均勻涂抹于葉片中部，馬尾松針葉用指甲油涂抹葉片中部腹面，干燥后剝下所形成的印痕干膜，制片后用Nikon光學(xué)顯微鏡觀察和拍照，利用自帶測(cè)量軟件獲取氣孔密度。

1.3.4 葉片氮和磷的測(cè)定 在測(cè)定光合特性指標(biāo)的枝條上，隨機(jī)選取一定量的健康成熟無病蟲害的葉片，放入信封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。將葉片清洗干凈后在600 w的微波爐中殺青90 s，然后再將其放到65 ℃的烘箱中烘干48 h。用高速粉碎機(jī)將烘干的葉片粉碎后過100目篩（0.147 mm）備用。葉片全氮（TN）和全磷（TP）分別采用凱氏定氮法和鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析處理之間、樹種之間以及季節(jié)之間各指標(biāo)的差異性，以p＜0.05為顯著性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析葉片解剖性狀、葉片養(yǎng)分和氣體交換參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。本研究中所有的數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（Mean±S.E.）的形式表示。用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溫濕度

土壤溫濕度存在明顯的季節(jié)差異，濕季（5—9月）的土壤溫濕度大于干季（10月—次年4月）的土壤溫濕度（p＜0.05）。穿透雨減少處理對(duì)馬尾松和紅錐表層（5 cm）土壤溫度無影響（p＞0.05），但降低了2樹種的表層（5 cm）和深層（10、30、50、70、90 cm）土壤濕度（p＜0.05；圖1），其中，穿透雨減少使50 cm土層的土壤濕度下降最大，馬尾松和紅錐分別下降了15.96%和16.76%。

圖1 對(duì)照樣地和減雨樣地馬尾松（a、c）和紅錐（b、d）土壤溫度和土壤濕度Fig.1 Soil temperature and soil moisture of Pinus massoniana (a,c) and Castanopsis hystrix (b,d)in the control and the rainfall-reduced plots

2.2 葉片解剖

由圖2得出，馬尾松和紅錐葉片解剖結(jié)構(gòu)明顯不同。馬尾松的葉片橫切面呈半圓形，葉肉不分化柵欄組織和海綿組織，細(xì)胞排列不規(guī)則但排列緊密，葉肉細(xì)胞間存在多個(gè)樹脂道。紅錐葉片葉肉存在明顯分化的柵欄組織和海綿組織，細(xì)胞排列規(guī)則但不緊密，海綿組織發(fā)達(dá)。穿透雨減少8 a后馬尾松針葉的上、下表皮厚度、內(nèi)皮層厚度、針葉厚度以及氣孔密度分別顯著增加了28.35%、29.94%、8.46%、8.13%和10.55%，但葉肉厚度未發(fā)生顯著改變。對(duì)于紅錐來說，穿透雨減少不僅明顯增加了上表皮厚度（24.43%），而且顯著的降低了海綿組織的厚度（23.90%）。穿透雨減少使紅錐葉片柵欄和海綿組織比值增加明顯，但未改變其葉片厚度和氣孔密度（表1）。

表1 馬尾松和紅錐葉片解剖結(jié)構(gòu)Table 1 Leaf anatomical structure of Pinus massoniana and Castanopsis hystrix

圖2 對(duì)照樣地和減雨樣地馬尾松（a,b）和紅錐（c,d）葉片解剖Fig.2 Leaf anatomical structure of Pinusmassoniana (a,b) and Castanopsis hystrix (c,d)in the control and the rainfall-reduced plots

2.3 氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)

由表2得出：馬尾松和紅錐的氣體交換參數(shù)存在季節(jié)差異和種間差異（p＜0.05）；濕季馬尾松和紅錐的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）顯著高于干季（p＜0.05）；與馬尾松對(duì)比，紅錐受到的氣孔限制（Ls）更大，水分利用效率（WUE）更高，尤其是在干季。穿透雨減少對(duì)馬尾松和紅錐氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)均無影響（p＞0.05；表2、3和圖3）。

圖3 對(duì)照樣地和減雨樣地馬尾松（a）和紅錐（b）葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fig.3 Chlorophyll fluorescence parameters of Pinus massoniana (a) and Castanopsis hystrix (b) in the control and the rainfall-reduced plots

表2 對(duì)照樣地和減雨樣地馬尾松和紅錐氣體交換參數(shù)Table 2 Gas exchange parameters of Pinus massoniana and Castanopsis hystrix in control and rainfall-reduced plots

2.4 葉片氮、磷含量及氮磷比

由圖4得出：葉片氮、磷含量和氮磷比存在明顯的種間差異。馬尾松的葉片氮含量以及氮磷比顯著低于紅錐的葉片氮含量和氮磷比，而馬尾松的葉片磷含量顯著高于紅錐的磷含量。穿透雨減少處理未對(duì)馬尾松和紅錐葉片N、P含量以及N:P產(chǎn)生影響（p＞0.05）。

圖4 對(duì)照樣地和減雨樣地馬尾松和紅錐葉片氮（a）、磷（b）含量及葉片N:P（c）Fig.4 Leaf nitrogen content (a),phosphorus content (b) and leaf N:P (c) of Pinus massoniana and Castanopsis hystrix in control and the rainfall-reduced plots

2.5 葉片功能性狀之間的相關(guān)關(guān)系

由圖5、6得出：馬尾松和紅錐的葉片解剖結(jié)構(gòu)之間、葉片氮和磷之間以及氣體交換參數(shù)之間自身存在明顯地相關(guān)關(guān)系（p＜0.05），但兩樹種的葉片解剖結(jié)構(gòu)、葉片養(yǎng)分與氣體交換參數(shù)三種葉片功能性狀之間未發(fā)現(xiàn)相關(guān)關(guān)系（p＞0.05）。

圖5 馬尾松葉片功能性狀之間的相關(guān)性Fig.5 The correlation between leaf functional traits of Pinus massoniana

3 討論

3.1 穿透雨減少對(duì)葉片解剖的影響

穿透雨減少后馬尾松和紅錐葉片均表現(xiàn)出一定的干旱適應(yīng)特征，但物種間差異明顯。馬尾松針葉的上、下表皮厚度和氣孔密度在穿透雨減少后顯著增加，而紅錐在穿透雨減少后僅葉片的上表皮厚度出現(xiàn)明顯增加。較厚的表皮能夠使干旱條件下植物葉片維持較高的水勢(shì)；氣孔密度的增加有助于提高植物對(duì)于蒸騰控制[22-23]，維持正常的生理代謝，從而有助于提高植物的抗旱性。Binks等[13]在對(duì)降雨減少條件下的熱帶雨林樹種研究中也發(fā)現(xiàn)，降雨減少后葉片下表皮厚度增加明顯，并提出下表皮的增加能夠提高樹種的抗旱性。然而，黃娟等[24]和吳麗君等[25]對(duì)干旱脅迫下銀中楊和赤皮青岡研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫使2樹種葉片變薄，下上表皮厚度均出現(xiàn)顯著下降，還認(rèn)為干旱脅迫造成的葉片水分虧缺導(dǎo)致了葉片細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂受阻，從而導(dǎo)致葉片生長(zhǎng)受限。本研究中，馬尾松針葉厚度在穿透雨減少后增加明顯，而紅錐葉片厚度無顯著變化。減雨后馬尾松更厚的葉片往往能夠使其擁有更高的水分儲(chǔ)存能力，從而提高了馬尾松的干旱適應(yīng)能力[26]。紅錐葉片在減雨后海綿組織厚度出現(xiàn)明顯下降，海綿組織的減少促使葉肉細(xì)胞之間變得更為緊密，細(xì)胞間隙減小，該特征有助于CO2從氣孔下室到光合作用位點(diǎn)的傳導(dǎo)，抵消因葉肉結(jié)構(gòu)變化和氣孔關(guān)閉導(dǎo)致的CO2傳導(dǎo)率的降低[27]，能夠維持正常的光合生理。另外，由于海綿組織所占比例減少使得葉片細(xì)胞之間更為緊密，提高了葉片的密度，能夠減少葉片由于失水造成的物理?yè)p傷，有助于提高植物的水分利用效率，增強(qiáng)了植物干旱環(huán)境下的生存能力[28]。顯然，樹木葉片解剖對(duì)于干旱響應(yīng)是復(fù)雜的，這可能歸因于樹種自身屬性和干旱強(qiáng)度的差異[29]。為了探究樹種對(duì)于干旱的響應(yīng)和適應(yīng)，加強(qiáng)葉片解剖結(jié)構(gòu)的研究是非常必要。

表3 對(duì)照樣地和減雨樣地馬尾松和紅錐葉綠素?zé)晒鈪?shù)Table 3 Chlorophyll fluorescence parameters of Pinus massoniana and Castanopsis hystrix in control and rainfall-reduced plots

3.2 穿透雨減少對(duì)光合生理的影響

植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過程中為適應(yīng)環(huán)境變化，不僅在葉片形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出可塑性，同時(shí)植物的生理也發(fā)生著改變。以往的研究中發(fā)現(xiàn)，輕微和中度的水分脅迫會(huì)通過減少大氣到葉綠體羧化位點(diǎn)之間CO2的擴(kuò)散來限制光合作用[30]。然而，在本研究中發(fā)現(xiàn)，穿透雨減少后馬尾松和紅錐葉片的光合參數(shù)（Pn、Gs、Tr、Ls）以及葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm、ΦPSII、ETR）均未發(fā)生變化（p＞0.05）。Fv/Fm是表征光合單元結(jié)構(gòu)健康狀況的指標(biāo)，穿透雨減少后未發(fā)生顯著的改變說明穿透雨減少引起的水分脅迫并未對(duì)馬尾松和紅錐葉片的光合系統(tǒng)造成損傷，或經(jīng)過8 a的穿透雨減少后2樹種已近乎完全地適應(yīng)了新的干旱環(huán)境，從而能夠維持2樹種正常的光合能力。以往的研究表明，干旱脅迫對(duì)光合作用的影響主要受葉片水勢(shì)控制，輕微的水分脅迫不會(huì)影響植物的光合生理，只有當(dāng)葉片水勢(shì)下降到一定閾值后，光合生理才會(huì)受到影響[31-32]。在亞熱帶和熱帶開展的類似研究中也發(fā)現(xiàn)，葉片的光合作用速率在降雨減少后依然能夠保持穩(wěn)定，并認(rèn)為是葉片解剖、水分關(guān)系以及光合特性之間緊密的相互協(xié)調(diào)的結(jié)果[13-14,33]。此外，通過對(duì)干旱條件下全球C3和C4植物氣體交換參數(shù)的整合分析，證明了Gs對(duì)于干旱敏感性要高于Pn和Tr，并且發(fā)現(xiàn)Gs決定著光合作用速率和蒸騰速率[34-35]。以上研究結(jié)論可以用于解釋本研究中處理間馬尾松和紅錐的Pn和Tr無差異的原因，可能是Gs在穿透雨減少后未發(fā)生改變。盡管馬尾松和紅錐葉片的光合生理在處理間無顯著差異，但季節(jié)變化明顯。與濕季相比，干季紅錐的氣孔限制和水分利用效率明顯更高，說明紅錐更傾向于通過調(diào)節(jié)氣孔（Ls）來提高植物的水分利用效率（WUE），采取的保守型水分利用策略來適應(yīng)干旱[36-37]。馬尾松葉片氣孔限制也存在明顯季節(jié)差異，但水分利用效率（WUE）在濕季和干季之間幾乎未發(fā)生改變，說明干旱條件下馬尾松可能采取的是揮霍型水分利用策略[36-37]。本研究結(jié)果證明樹種間光合生理對(duì)于干旱的差異響應(yīng)除了與干旱脅迫強(qiáng)度有關(guān)外，也可能與物種所采取的水分利用策略有關(guān)。

3.3 葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理之間的關(guān)系

圖6 紅錐葉片功能性狀之間的相關(guān)性Fig.6 The correlation between leaf functional traitsof Castanopsis hystrix

結(jié)構(gòu)是葉片功能的基礎(chǔ)，葉片結(jié)構(gòu)的變化往往影響著植物的光合、呼吸以及蒸騰等生理過程。季子敬等[38]對(duì)興安落葉松針葉的研究中發(fā)現(xiàn)，葉片的最大光合速率和水分利用效率與葉片厚度、內(nèi)皮層厚度以及傳輸組織厚度存在顯著的正線性關(guān)系。在本研究中未發(fā)現(xiàn)馬尾松和紅錐解剖性狀與氣體交換參數(shù)之間存在顯著關(guān)系。產(chǎn)生這種結(jié)果的主要原因可能是葉片生長(zhǎng)和光合生理對(duì)于干旱的響應(yīng)敏感性差異，造成了葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理之間解耦。以往的研究證實(shí)植物光合作用受到干旱脅迫影響之前植物的生長(zhǎng)就已經(jīng)停止[39]，換言之，干旱條件下植物的光合生理和生長(zhǎng)可能不同步[40]。通過對(duì)熱帶森林葉片的解剖和光合生理研究證明了改變的葉片解剖結(jié)構(gòu)未對(duì)植物的光合能力產(chǎn)生顯著影響[13-14]。對(duì)不同土壤條件下，莧菜（Amaranthussp.）葉片的生長(zhǎng)、氣孔導(dǎo)度以及蒸騰對(duì)土壤干旱的響應(yīng)研究中同樣證實(shí)了葉片生長(zhǎng)的土壤水分閾值要高于氣孔導(dǎo)度和蒸騰的土壤水分閾值[31]。在5種多年生木本植物的日蒸騰速率對(duì)于土壤干旱的響應(yīng)研究中，也證實(shí)了只有土壤水分下降到一定值時(shí)植物的蒸騰速率才會(huì)出現(xiàn)明顯下降[41]。最近研究也發(fā)現(xiàn)，植物光合能力不能完全通過葉片的解剖性狀來解釋[13-14]，從而推斷出葉片解剖性狀在調(diào)控光合作用過程中作用可能不如葉片的生物化學(xué)性狀重要[42]。本研究中，葉片的氮含量以及葉片胞間CO2濃度在穿透雨減少后未發(fā)生顯著改變?cè)谝欢ǔ潭壬现С至诉@一觀點(diǎn)。穿透雨減少后，胞間CO2濃度未發(fā)生顯著改變說明光合作用未受到生物化學(xué)限制[43]；同樣葉片氮含量未發(fā)生顯著改變也表明了Rubisco含量或活性在處理間可能未發(fā)生顯著變化[13,44]，穩(wěn)定的Rubisco含量或活性保證了葉片的光合能力穩(wěn)定。因此，葉片解剖結(jié)構(gòu)和光合生理之間關(guān)系是復(fù)雜多維的受多種因素影響，為了進(jìn)一步加深干旱條件下葉片光合生理的調(diào)控機(jī)制的理解，在今后的研究中需對(duì)葉片解剖結(jié)構(gòu)和葉片生理化學(xué)性狀進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

馬尾松和紅錐葉片解剖結(jié)構(gòu)對(duì)穿透雨的減少表現(xiàn)出了一定的適應(yīng)性，但物種間差異顯著。穿透雨減少顯著地改變了馬尾松的針葉解剖結(jié)構(gòu)，而對(duì)紅錐葉片解剖結(jié)構(gòu)影響有限。馬尾松和紅錐葉片光合生理在穿透雨減少后未發(fā)生改變，但存在明顯的季節(jié)差異。馬尾松和紅錐氣孔限制（Ls）和水分利用效率（WUE）的季節(jié)差異說明了紅錐傾向于采用保守型水分利用策略，而馬尾松采取揮霍型水分利用策略。馬尾松針葉解剖結(jié)構(gòu)在穿透雨減少表現(xiàn)出更明顯的旱生葉片特征，這表明馬尾松對(duì)于干旱脅迫的適應(yīng)是通過調(diào)節(jié)針葉的解剖結(jié)構(gòu)形成更具耐旱的針葉，而紅錐傾向于調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度來適應(yīng)干旱。另外，本研究中，葉片的光合生理與葉片解剖結(jié)構(gòu)之間無相關(guān)性，說明了樹木的光合生理除了受葉片解剖結(jié)構(gòu)影響外也受其它因素影響（如Rubisco含量或活性等）。