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空气CO2浓度倍增对典型草原植物光合生态特性的影响(二) 精选

已有 8099 次阅读 2013-10-15 12:36 |个人分类:植物光合生理生态|系统分类:论文交流| CO2浓度倍增, 光合生态特性, 草原植物

 

摘要:当空气CO2浓度倍增时,羊草和大针茅的光饱和光合速率、光饱和点光能利用效率均有所增高,但上升幅度有所不同;光补偿点未见明显变化。两种植物的光饱和光合速率,在土壤干旱条件下受CO2浓度倍增的影响程度更大。两种植物比较,当空气CO2浓度倍增时,其光饱和点、弱光下的光能利用率和光合的光辐射系数的升高幅度,在土壤水分充足条件下,以大针茅为大;在土壤干旱条件下,以羊草较高。

 

(二)测定条件下空气CO2浓度倍增对羊草和大针茅光-光合特性的影响

 

1.材料与方法

研究地点在内蒙古锡林郭勒草原,中科院内蒙古草原生态系统定位站。研究材料羊草和大针茅来自天然草原,盆栽,生长良好。测定之前,将土壤水分控制在二个水平:水分充足和水分亏缺,其土层0-500px的土壤储水量分别为49mm和20mm左右。每年植物生长盛期7-8月在光合生态实验室进行测定。方法为红外线CO2分析仪(GXH-201型)和同化室联用法。气路为开放系统,同化室为气封式叶室;采用人工光源,在大气CO2浓度(340±10μmol·mol-1)和CO2浓度倍增(680±10μmol·mol-1)条件下,分别测定其光-光合速率。叶室内温度和湿度控制在适宜范围之内。[1]测定部位为营养枝的最上充分展开叶,重复5次。由于大针茅叶子卷曲成针状,其面积不易测准,所以,光合速率单位统一用μmol·kg-1(叶干重)·s-1表示。

用光合的光辐射系数定量表示光辐射对光合速率的影响程度。[1]用光辐射每升高1μmol·m-2·s-1,光合速率μmol·m-2·s-1的增加量表示。该系数用实测数据拟合出的双曲线方程式计算得出。

2.研究结果

2.1.空气CO2浓度倍增对羊草和大针茅光合速率的影响

由图1可见,当大气CO2浓度倍增时,羊草光合速率明显增高。当土壤水分充足时,CO2浓度在大气和倍增条件下,其光饱和光合速率分别为202.6和291.2μmol·kg-1·s-1,升高43.8%;当土壤水分亏缺时,分别为107.6和157.9μmol·kg-1·s-1,升高52.4%。即在土壤干旱条件下,羊草光合速率受CO2浓度倍增的影响程度更大。

 

图1.空CO2浓度倍增对羊草光合速率的影响

 

如图2所示,当大气CO2浓度倍增时,大针茅光合速率亦明显增高。当土壤水分充足时,CO2浓度在大气和倍增条件下,光饱和光合速率分别为148.3和193.1μmol·kg-1·s-1,升高30.2%;当土壤水分亏缺时,分别为106.9和150.8μmol·kg-1·s-1,升高41.1%。也是在土壤干旱条件下受CO2浓度倍增的影响程度更大。

两种植物比较,无论土壤水分充足还是干旱,广旱生植物羊草的光饱和光合速率受CO2浓度倍增的影响程度均大于大针茅。

图2.空CO2浓度倍增对大针茅光合速率的影响

 

2.2.CO2浓度倍增对羊草和大针茅光饱和点和光补偿点的影响

表1的数据表明,当空气CO2浓度倍增时,羊草的光饱和点有所升高。在土壤水分充足和干旱条件下,光饱和点分别升高16.3%和26.2%,即在土壤干旱条件下受CO2浓度倍增的影响程度增大。大针茅在大气CO2浓度倍增时,光饱和点亦有所升高。在土壤水分充足和干旱条件下,光饱和点分别升高17.5%和8.4%,即在土壤干旱条件下受CO2浓度倍增的影响程度减小。

两种植物比较,当空气CO2浓度倍增时,其光饱和点的升高幅度,在土壤水分充足条件下相近,在土壤干旱条件下以羊草为高。

当空气CO2浓度倍增时,羊草的光补偿点未见变化;而大针茅在土壤水分充足条件下未见变化,在土壤干旱条件下,虽升高10.2%,但差异并不显著。

 

表1.空气CO2浓度倍增对羊草和大针茅光饱和点和光补偿点的影响

 

 

土壤水分

空气CO2

浓度

羊草

大针茅

光饱

和点

光补

偿点

光饱

和点

光补

偿点

μmol·mol-1

μmol·m-2·s-1

水分充足

340

680

1250

1450

12

12

1245

1460

15

15

水分亏缺

340

680

665

840

20

20

695

750

21

23

 

2.3.空气CO2浓度倍增对羊草和大针茅光合的光辐射系数的影响

图3的曲线表明,当土壤水分充足时,羊草在不同光辐射下,CO2浓度倍增后,其光辐射系数均有所升高,在100、700和1200μmol·m-2·s-1时依次升高16.3%、55.1%和70.0%。在土壤水分亏缺时,在100μmol·m-2·s-1时升高41.6%,在700μmol·m-2·s-1降低12.2%。

从图4可见,当土壤水分充足时,CO2浓度倍增后,在100μmol·m-2·s-1下,大针茅光辐射系数升高41.4%,在700和1200μmol·m-2·s-1下,反而分别降低6.8%和17.8%。在土壤水分亏缺时,在100和700μmol·m-2·s-1时升高39.4%和2.3%。

上述表明,两种植物在土壤水分亏缺条件下,当CO2浓度倍增时,随着光辐射增强,对光合速率的影响程度逐渐减小;当土壤水分充足时,随着光辐射增强,对羊草光合速率的影响程度逐渐增加,但对大针茅光合速率的影响程度逐渐降低,以至于在强光下反而低于大气CO2下的光辐射系数。

 

3.空气CO2浓度倍增对羊草光合的光辐射系数的影响

 

4.空气CO2浓度倍增对大针茅光合的光辐射系数的影响

 

2.4.空气CO2浓度倍增对羊草和大针茅光能利用效率的影响

图5为CO2浓度倍增对羊草光能利用效率的影响。当CO2浓度倍增时,在土壤水分充足条件下,在100和700μmol·m-2·s-1光辐射下分别升高10.2%和27.3%;在土壤水分亏缺条件下,在100和700μmol·m-2·s-1下分别升高57.3%和23.9%。

图6为CO2浓度倍增对大针茅光能利用效率的影响。当CO2浓度倍增时,在土壤水分充足条件下,在100和700μmol·m-2·s-1光辐射下分别升高53.4%和24.5%;在土壤水分亏缺条件下,在100和700μmol·m-2·s-1下分别升高46.4%和25.5%。

这表明,在弱光(100μmol·m-2·s-1下,当土壤由湿变干时,CO2浓度倍增后羊草光能利用效率的升高幅度明显增大,而大针茅则略有减小。

两种植物比较,强光(700μmol·m-2·s-1)下,当空气CO2浓度倍增后,两种植物光能利用效率的升高幅度相近。弱光(100μmol·m-2·s-1)下,当空气CO2浓度倍增后,土壤水分充足时,光能利用率的上升幅度大针茅高于羊草;土壤干旱时,羊草高于大针茅。

 

5.空气CO2浓度倍增对羊草光合的光能利用效率的影响

 

6.空气CO2浓度倍增对大针茅光合的光能利用效率的影响

 

3.结语

3.1.当空气CO2浓度倍增时,羊草和大针茅的光饱和光合速率、光饱和点光能利用效率均有所增高,但上升幅度有所不同;光补偿点未见明显变化。两种植物的光饱和光合速率,在土壤干旱条件下受CO2浓度倍增的影响程度更大。

3.2.两种植物比较,当空气CO2浓度倍增时,其光饱和点、弱光下的光能利用率和光合的光辐射系数的升高幅度,在土壤水分充足条件下,以大针茅为大;在土壤干旱条件下,以羊草较高。

(测定者:杜占池、杨宗贵)

 

参考文献

[1]杜占池,杨宗贵.羊草光合生态特性的研究[J].植物学报,1983,25(4):370-379.

 

 



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