宁夏干旱风沙区适生灌木光合固碳功能分析

张萍 宋丽华

摘 要 以宁夏干旱风沙区8种常见灌木为试验材料，在相同栽培条件下对其光合特性（净光合速率、蒸腾速率、气孔导度以及细胞间二氧化碳浓度等）进行测定，同时换算其光合固碳能力。结果表明：除紫穗槐外其他灌木存在“光合午休”的现象；相同条件下不同灌木的单位叶面积固碳量有较大差异，其中四翅滨藜、沙木蓼、花棒、柠条及华北驼绒藜的固碳量较大，在干旱风沙区栽植可实现良好的固碳效益。

关键词 灌木；干旱风沙区；光合特性；固碳功能

中图分类号：S154 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）36-0-03

植物光合作用既是生态系统物质循环和能量流动的基础，也是植物固碳的最主要方式。采用单位叶面积的光合效率换算光合固碳能力是目前常用的固碳研究方法之一[1]。本研究选择的8种灌木均为宁夏干旱风沙区常见的灌木种类，国内对于这些灌木的研究多集中在栽植技术[2]、生理生态[3]、人工繁殖[4]等方面，有关其光合特性及光合固碳潜力的研究相对较少。本研究从净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、细胞间二氧化碳浓度及光合固碳潜力等方面，分析8种灌木幼苗（一年生枝条）在相同生长环境下光合效率的差异，以期通过分析供试灌木间光合固碳潜力的差别，为宁夏干旱风沙区栽植灌木的品种筛选提供理论依据。

1 材料与方法

本研究选用的灌木为风沙干旱区常用的固沙灌木树种，各灌木树种生态习性及分布范围等信息见表1。试验地点选择在盐池县哈巴湖自然保护区高沙窝林业站，供试苗木采用盆栽种植，柠条、花棒、杨柴、梭梭、红柳、紫穗槐、四翅滨藜、华北驼绒藜选择一年生裸根苗，沙木蓼选择一年生枝条制穗（长30 cm）直接扦插；于2014年4月21日在规格为35 cm×40 cm的花盆内，将每种灌木定植10盆，每盆1株，之后统一进行浇水、施肥、除草等管理。

测量仪器选用便携式光合仪（TPS-2）进行不离体的光合特性测量，测定参数包括净光合速率、蒸腾速率、气孔导度以及细胞间CO2浓度。于2015年9月选择晴朗、无风的天气，从08：00-18：00，每隔2 h测量一次，从每个树种的10个盆栽中随机选取3个，再从每株植物的枝条上选取3个大小相似、生长健壮且长在阳面的叶片，每片叶取3～6个瞬时测量值。为确保结果的可比性，所有树种在1 d之内完成测定。

灌木光合固碳的当日的净同化量计算公式为：

P=∑[（Pi+1+Pi）/2×（t i+1-ti）×3600/1000] （1）

式（1）中，P为测定日的同化总量（mmol·m-2·s-1）；Pi为初测点的瞬时光合作用速率；Pi+1为下一测点的瞬时光合作用速率（?mol·m-2·s-1）；ti为初测点的瞬时时间；ti+1为下一测点的时间；j为测试次数。

测定日的同化总量换算为固定CO2量的计算公式为：

WCO2=p×44/1000 （2）

式（2）中，44为二氧化碳的摩尔质量；WCO2为单位面积的叶片固定CO2的质量（g·m-2·d-1）。

2 结果与分析

2.1 光合日动态

如图1所示，沙木蓼、红柳、华北驼绒藜和紫穗槐的气孔导度在测定期间始终保持下降趋势，18：00降至最低；柠条、四翅滨藜及花棒气孔导度呈双峰型，花棒峰值出现在12：00和16：00，四翅滨藜峰值出现在10：00和16：00；柠条上午08：00气孔导度最大，随后呈先降后升趋势，12：00出现第2个峰值；杨柴气孔导度在整个测试期间变化较小，呈先降后升的变化趋势。

如图2所示，花棒和四翅滨藜的蒸腾速率呈双峰曲线，分别在12：00和10：00达到峰值；其他几种测试灌木蒸腾速率呈单峰曲线，其中沙木蓼、柠条、紫穗槐和杨柴于12：00达到最高，华北驼绒藜蒸腾速率于10：00达到峰值。

如图3所示，8种灌木的胞间二氧化碳浓度总体呈先降后升的趋势，其中柠条呈现出明显的双峰曲线。除杨柴外，其他灌木在16：00细胞间二氧化碳浓度达到最低，杨柴自08：00起细胞间二氧化碳浓度不断降低，14：00降至最低，随后回升。

2.2 单位叶面积的净光合速率

如图4所示，8种灌木净光合速率曲线在测定期间均呈现明显双峰型，四翅滨藜在10：00达到最高，沙木蓼、红柳、柠条、华北驼绒藜及花棒在12：00达到最高；由于14：00气温达到最高，植物气孔关闭，灌木叶片净光合速率急剧下降（除紫穗槐），随后气温降低，植物气孔张开，在16：00出现光合速率的第二个峰值，18：00光合速率降至最低。

2.3 碳同化潛力

由表2可知，光合固碳能力最大的为四翅滨藜、沙木蓼和花棒，其单位叶面积的日固碳量在5～8 g·m-2·d-1，其次为柠条、华北驼绒藜、紫穗槐，单位叶面积的日固碳量在2～4 g·m-2·d-1，红柳和杨柴的光合固碳能力较弱，其单位叶面积的日固碳量小于1 g·m-2·d-1。

3 结论

本研究中除紫穗槐外其他灌木均存在“光合午休”的现象，虽然是由于气孔限制因素造成的“光合午休”现象[5]，但这属于一种自我保护行为，表明其对于中午的高温干旱有着较好的适应性。从光合固碳能力的角度考量，本研究认为，在干旱风沙区栽植四翅滨藜、沙木蓼、花棒、柠条及华北驼绒藜可获得较好的固碳效益。

参考文献

[1]林平，李吉跃，陈崇.银杏光合生理生态特性研究[J].北京林业大学学报，2008，30（6）：22-29.

[2]何建龙，蒋齐，王占军.宁夏干旱风沙区人工柠条灌木林种群生物量动态分析[J].宁夏农林科技，2014（12）：14-16.

[3]宋丽华，李莉，景艺，等.几种灌木在宁夏盐池干旱风沙区的生长适应性评价[J].中国水土保持，2015（5）：72-74.

[4]陈西宁，苏銮勇，陈卫宁，等.宁夏吴忠地区花灌木育苗经济效益分析研究—以1～3年生榆叶梅苗圃繁育为例[J].宁夏农林科技，2013（3）：26-28.

[5]许大全.光合作用的“午睡”现象[J].植物生理学通讯，1997，33（6）：466-467.

（责任编辑：刘昀）