干旱胁迫对科尔沁沙地3种乔木光响应特性的影响

迟琳琳

干旱胁迫对科尔沁沙地3种乔木光响应特性的影响

迟琳琳

（辽宁省固沙造林研究所，辽宁阜新123000）

以科尔沁沙地糖槭、元宝枫和桃叶卫矛为材料，研究轻度、中度和重度干旱胁迫下3种乔木的光响应特性，结果表明：3种乔木的光响应曲线均随着干旱胁迫的加剧呈下降趋势，干旱胁迫对糖槭的光能利用率影响最大，对桃叶卫矛的影响最小；随着干旱胁迫程度的加剧，3种乔木的最大净光合速率、光饱和点、表观量子效率、暗呼吸速率逐渐降低，元宝枫和桃叶卫矛的光补偿点呈先增后降趋势；在干旱胁迫后期，桃叶卫矛和元宝枫对光环境具有更好的适应性，更适合在半干旱沙地进行造林。

干旱胁迫；乔木；光响应曲线；科尔沁沙地

不同植物对光有不同的适应机制，研究植物对光的响应有助于阐明光合产物与环境的关系［1］。植物叶片光合作用对光的响应曲线是研究光合作用特性的主要内容之一，在沙地植物的抗旱性研究中也具有重要的作用［2，3］。科尔沁沙地因夏季光照充足，降水量少，严重影响植物的生长，近年来学者对科尔沁沙地植物的抗旱性虽多有研究，但多以沙地耐旱造林灌木为主，对乔木的研究相对较少。糖槭（Acer saccharumMarsh.）、元宝枫（Acer truncatum Bunge）和桃叶卫矛（Euonymus maackii Rupr.）是科尔沁沙地常见的造林乔木，本试验人工模拟野外干旱条件，利用人工光源设定模拟不同辐射强度，研究不同干旱胁迫下3种乔木光合作用对光强变化的响应，阐明3种乔木光合作用对土壤干旱的响应规律，以期为科尔沁沙地在人工植被建设中的树种选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在地处辽宁彰武县章古台镇的辽宁省固沙造林研究所人工干旱气候室进行。试验材料为生长健壮的糖槭、元宝枫和桃叶卫矛2年生实生苗各30盆。采用盆栽控水法，分别对3种乔木进行干旱胁迫处理。试验设4个土壤水分梯度，即：对照CK（田间持水量），轻度干旱T1（田间持水量的55%），中度干旱T2（田间持水量的35%），重度干旱T3（田间持水量的25%）。

1.2 光合特性的测定

用Li－6400便携式光合仪，于9：00—11：30测定各乔木顶端新叶下方的叶片，测定时使用开放气路，设定CO2浓度为375μmol·mol－1、叶室温度26℃，相对湿度为40%～60%，光合有效辐射（PAR）梯度为2000，1500，1000，800，500，300，200，100，60，30，0μmol·m－2·s－1，改变PAR后稳定180s，测定不同光强所对应的叶片净光合速率（Pn），重复3次。

1.3 计算与处理

应用Photosynthesis Work Bench软件绘制光响应曲线，用SPSS软件进行模型拟合并计算最大净光合速率（Pnmax）、光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）、表观量子效率（AQY）和暗呼吸速率（Rd）。用SPSS软件进行数据处理，Excel软件制图。绘制光合速率对光合有效辐射的光响应曲线，采用非直线双曲线模型进行模拟［4］：

式中，Pn为净光合速率（μmol·m－2·s－1），PAR为光合有效辐射（μmol·m·s－1），Pnmax为一定CO2浓度下最大净光合速率（μmol·m－2·s－1），φ为光响应曲线的初始斜率，即表观量子效率（AQY，μmol·μmol－1），k为光响应曲线的曲角，Rd为暗呼吸速率（μmol··m－2·s－1）。

2 结果与分析

2.1 不同程度干旱胁迫下3种乔木的光响应曲线

在不同程度干旱胁迫下，3种乔木的净光合速率（Pn）均随光合有效辐射（PAR）的增强而逐渐增大。当PAR＜200μmol·m–2·s–1时，3种乔木的Pn升幅较大，当PAR＞200μmol·m–2·s–1时，Pn升幅趋于平稳。不同程度干旱胁迫下Pn－PAR曲线的高低变幅3种乔木有较大差异，说明不同程度干旱胁迫对它们光能利用率的影响存在差异。

由图1可知，轻度干旱胁迫对3种乔木的影响不大，各乔木间差异不显著；中度干旱胁迫开始，3种乔木受到的影响均开始增大，糖槭和元宝枫受到的影响较桃叶卫矛更大；在重度干旱胁迫下，糖槭受到的影响最大，桃叶卫矛受到的影响最小，说明桃叶卫矛具有更稳定的光能利用率。

图1 不同程度干旱胁迫糖槭（A）、元宝枫（B）和桃叶卫矛（C）的光合－光强响应曲线

表13种乔木在不同程度干旱胁迫下Pn－PAR响应曲线的特征参数

2.2 不同程度干旱胁迫下3种乔木木的光响应特征参数

2.2.1 最大净光合速率 叶片的最大净光合速率（Pnmax）反映了植物的最大光合能力。由表1可知：3种乔木的Pnmax均随干旱胁迫程度的加剧逐渐降低。轻度干旱胁迫下，糖槭和桃叶卫矛的Pnmax与对照差异不显著（P＞0.05），从中度干旱胁迫开始，与CK均有显著差异（P＜0.05）；元宝枫从轻度干旱胁迫开始，与CK的Pnmax存在显著差异，中度和重度干旱胁迫时的Pnmax分别较CK下降了38%和51%，说明轻度干旱胁迫就对元宝枫光合潜力的发挥产生了影响；干旱胁迫对3种乔木的光合速率均产生了影响，对糖槭和桃叶卫矛的影响小于元宝枫，表明随着土壤含水量的下降，3种乔木干物质的积累发生了不同程度的变化，生物量不同程度的降低。2.2.2 光饱和点和光补偿点 光饱和点（LSP）是植物利用强光能力大小的指标［5，6］。光补偿点（LCP）是植物利用弱光能力大小的指标，该值越小说明利用弱光的能力越强［7］。随着干旱胁迫的加剧，糖槭的LCP逐渐降低，元宝枫和桃叶卫矛的LCP则有先升后降的趋势，说明不同程度的干旱胁迫对3种乔木利用弱光的能力均产生了影响，糖槭利用弱光的能力随着胁迫程度的加剧而降低，而适度的干旱胁迫反而激发了元宝枫和桃叶卫矛利用弱光的能力。3种乔木的LSP均随干旱胁迫程度的加剧而降低，糖槭和元宝枫在中度干旱胁迫时LSP与CK差异显著，桃叶卫矛在轻度干旱胁迫时即与CK存在显著差异，说明干旱胁迫降低了3种乔木对强光的利用能力，光抑制增强。干旱胁迫使糖槭利用弱光和强光的能力均显著下降，对光能的利用范围变窄。元宝枫和桃叶卫矛在轻度和中度干旱胁迫时，光合机构进行了适当的调整，使其对光的适应能力更宽。

2.2.3 表观量子效率 表观量子效率（AQY），是反映植物在弱光下吸收、转换和利用光能能力的指标，AQY越高，说明叶片光能转化效率越高。桃叶卫矛的AQY在不同程度干旱胁迫下虽然均较CK有所下降，但是各处理之间的差异并不具显著性，说明干旱胁迫下桃叶卫矛对弱光的利用能力未受到显著的影响。糖槭和元宝枫的AQY随着干旱胁迫的加剧呈不断降低趋势，中度干旱胁迫开始，二者的AQY即与CK存在显著差异，重度干旱胁迫时，糖槭和元宝枫的AQY分别较CK下降了31.15%和44.07%，说明中度以上干旱胁迫就可严重影响二者在弱光区吸收、转换和利用光能的能力。

2.2.4 暗呼吸速率 暗呼吸速率（Rd）主要反映植物在无光照条件下的呼吸速率，与叶片的生理活性有关［8］。3种乔木的Rd均随着干旱胁迫的加剧而降低，从轻度干旱胁迫开始，3者的Rd与CK存在显著性差异，且不同处理之间的差异也存显著性。糖槭、元宝枫和桃叶卫矛在中度和重度干旱胁迫下的Rd分别较CK下降了46.19%、48.84%、40.85%和73.33%、68.60%、71.95%，说明不同程度的干旱胁迫尤其是中度以上的干旱胁迫使3种乔木的生理活性显著降低，叶片呼吸作用减弱，对光合产物的消耗减少，这也是3种乔木抵御干旱胁迫产生的自我保护机制。

从本试验看，糖槭对土壤含水率较为敏感，而桃叶卫矛则表现出对长期干旱的适应性，元宝枫介于前两者之间。

3 结论

3.13种乔木的光响应曲线的变化趋势基本一致，但变化幅度差异较大，对糖槭的光能利用率影响最大，对桃叶卫矛的影响最小。

3.2 随着干旱胁迫程度的增加，3种乔木的最大净光合速率、光饱和点、表观量子效率、暗呼吸速率逐渐降低，元宝枫和桃叶卫矛的光补偿点呈先增后降趋势。

3.3 在中度和重度干旱胁迫下，桃叶卫矛和元宝枫受到的影响小于糖槭，对光环境具有更好的适应性，更适合在科尔沁沙地南缘进行造林。

［1］张力文，钟国成，张利，等.3种鼠尾草属植物光合作用－光响应特性研究［J］.草业学报，2012，21（2）：70－76

［2］代微然，任健，毕玉芬.干旱对假俭草光响应曲线的影响［J］.2010，19（3）：251－254

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［5］张淑勇，周泽福，夏江宝，等.不同土壤水分条件下小叶扶芳藤叶片光合作用对光的响应［J］.西北植物学报，2007，27（12）：2514－2521

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Effects of Drought Stress on Light Response Characteristics of Three Kinds of Tree Species in Horqin Sandy Land

Chi Linlin
（Liaoning Provincial Dune－Fixation and Afforestation Institute，Fuxin123000，China）

The light response characteristics of three kinds of trees under mild，moderate and severe drought stress were studied by using Acer saccharum，Acer truncatum ＆Euonymus maackii as the materials in Horqin sandy land.Result shows that the light response curves of the three trees decrease with the increase of the drought stress；the effect of drought stress on the utilization of light energy of Acer saccharumis the highest；the effect on drought resistance is the least.With the increase of drought stress，the maximum net photosynthetic rate，light saturation point，apparent quantum respiration rate and dark respiration rate gradually decreased；the light compensation point of Acer truncatum ＆Phyllostachys spicatumincrease first and then decrease.At the later stage of drought stress，Euonymus maackii ＆Acer truncatum，which are optimal adaptable to light environment，are suitable for afforestation in sandland.

drought stress；tree；light response curve；Horqin sandy land

O43

A

10.13601／j.issn.1005－5215.2017.07.003

2017－03－20

辽宁省农业领域青年科技创新人才培养计划项目（2014012）

迟琳琳（1982－），女，内蒙古赤峰人，硕士，工程师，现从事生态修复方面研究.