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羊草光合生理生态特性研究(1)

已有 4429 次阅读 2018-9-25 08:37 |个人分类:植物光合生理生态|系统分类:论文交流| 羊草, 光合生理生态

 

题记:,本文写于1998年,是我国首篇草原植物光合生理生态研究的专论,原本为姜恕先生主编的专著《羊草草原生态系统及其持续发展》的第四章。这本专著,是中科院内蒙古草原生态系统定位研究站1997年年会决定编纂的该站系列著作之一,但由于我所不知道的原因,没有付印出版。现经修改,以博文发布,供同行参阅。需要说明的是:(1)由于原绘制的附图无从寻找,所以文中附图,有的系重新绘制,有的来源于本人发表的有关论文,因此不够规范。(2)在“羊草光合特性与生态因子的关系”一节,补充了“空气CO2浓度倍增对羊草光合作用的光温生态特性的影响”。

 

羊草光合生理生态特性研究

 

 目录

前言

第一节:羊草的光合能力

第二节:羊草不同龄期叶片的光-光合特性

第三节:羊草光合特性与生态因子的关系

第四节:羊草呼吸速率与生态因子的关系

第五节:羊草光合作用日进程特征

第六节:羊草光合特性的季节动态

第七节:刈割对羊草光合特性的影响

 

  

前言

 

羊草草原是欧亚草原的地带性植被类型。在我国,主要分布在东北、内蒙古东部等地区。作为建群种的羊草,不仅是重要的野生牧草资源,而且已广为栽培,在该地区畜牧业发展中起着举足轻重的作用。

羊草光合生理生态特性是指其光合和呼吸作用与光照、大气温度、湿度、CO2浓度、土壤水分和营养元素等生态因子之间的关系。这项研究,能够分别测定光合、暗呼吸和光呼吸及其与生态因子的定量关系,这是采用“植物生长分析法”所无法做到的。因此,这项研究,对于评价羊草的光合生产能力,分析其物质生产过程,建立相关生长或产量模型以及提高初级生产力,均是不可缺少的。同时,在草原生态和牧草资源研究中亦有重要意义,是羊草草原生产、利用和管理的基础性工作。

研究地区位于内蒙古锡林河中游,海拔高度约1200m,属于温带草原区典型草原栗钙土地带,半干旱草原气候。[18]

  测定装置采用红外线CO2分析仪和同化室联用法。该测定系统,除测定光合速率与CO2浓度的关系时采用封闭系统外,其余光合测定和暗呼吸测定均为开放系统。其中,光呼吸速率用零气法(即向同化室内通入不含CO2的气体)测定。[6]

  根据研究内容的需要,测定工作分别在实验室控制条件下或野外自然条件下进行。CO2定量装置,实验室为GXH-201型红外线光合作用仪(北京分析仪器厂),野外为ASSA-1610型植物同化分析仪(日本,HORIBA)。光照、空气温度和湿度分别用照度计、半导体温度计和数字湿度计测定。

  研究材料移自羊草草原,土壤保持原状,盆栽。生长期间土壤水分良好,植株健壮。除特殊实验外,测

定部位通常为功能叶片,即营养枝的最上展开叶;测定时期为生长盛期。土壤水分含量,通常以0-20cm土层的同体积的土壤水分重量与土壤干重百分比表示。

鉴于有些草原植物叶片卷曲成针状或呈细碎簇生状,叶面积难以测准,而叶鲜重受环境影响较大,所以为便于与其他植物进行比较,本文通常以叶干重为单位表示光合速率,仅在研究需要时以叶面积为单位。

 

 

1.羊草的光合作用能力[12]

 

植物的光合能力,因叶龄和生长发育状况而异。但通常用生长盛期、健壮植株的功能叶片、在适宜生境下测定的净光合速率(以下简称为“光合速率”),表示该种植物的光合能力。在该地区,生长盛期为6月底至8月初。羊草群落中,通常营养枝占绝对优势,达95%以上;[1] 营养枝的功能叶片为最上充分展开叶。

多年来,对羊草营养枝功能叶片光合速率进行了大量测定。依据所得数值,进行了分析统计。结果如表1所示,以叶干重作单位表示的光合速率平均值为34.1mgCO2·g-1dw·h-1,最大和最小测值分别为51.2和18.7 mgCO2·g-1dw·h-1,变异系数为22.6%。 其光合速率的出现频数如图1所示,呈常态分布。其中,光合速率为30-35mgCO2·g-1dw·h-1者,所占比例最大,达23.0%;其次为25-30和35-40 mgCO2·g-1dw·h-1者,分别占21.5%和18.0%;小于20 mgCO2·g-1dw·h-1和大于50 CO2·g-1dw·h-1者,仅各占2.0%和3.0%。

从图1和表1还可看出,以叶面积和叶鲜重为单位表示的光合速率,其量值的频度分布虽亦呈常态分布,但绝对值有明显不同,平均值分别为29.7 和13.8 mgCO2·g-1fw·h-1;最大出现频数分别为25-30 1和12-14 mgCO2·g-1fw·h-1,各占27.6%和25.9%。

 

表1.羊草营养枝功能叶片的净光合速率统计表

净光合速率单位

样本数

算数平均

标准差

最大值

最小值

极差

变异系数

mgCO2·g-1dw·h-1

200

34.1

7.71

51.2

18.7

32.5

22.6

mgCO2·dm-2·h-1

192

29.7

6.57

51.0

15.4

35.6

22.1

mgCO2·g-1fw·h-1

143

13.8

2.91

21.9

8.0

13.9

21.1

表注:gdw、dm2和gfw依次表示叶片的干重、面积和鲜重。

 2018.09.25 羊草光合生理生态特性研究(1)附图1.PNG


图1.羊草营养枝功能叶片净光合速率频数分布图

图例:(A)、(B)、(C)分别表示以叶干重、

叶鲜重和叶面积作单位的净光合速率

 

生殖枝的功能叶片为旗叶,其光合速率高于营养枝,在最适条件下平均可达42.7 mgCO2·g-1dw·h-1。叶片之外的其他器官,同样具有光合作用能力,只是光合速率较低。在最适条件下,叶鞘、茎和穗的光合速率分别为16.0、13.3和5.9 mgCO2·g-1dw·h-1。(图2)

羊草的暗呼吸速率,亦是生殖枝旗叶最高,为6.0 mg CO2·g-1dw·h-1。其他器官依次为:叶鞘5.2 CO2·g-1dw·h-1,穗4.3 mgCO2·g-1dw·h-1,营养枝功能叶片3.8 mgCO2·g-1dw·h-1,茎1.9 CO2·g-1dw·h-1。(图2)2018.09.25 羊草光合生理生态特性研究(1)附图2.PNG 

2018.09.25 羊草光合生理生态特性研究(1)附图2.PNG

图2.羊草各地上器官的净光合速率和暗呼吸速率

图例:Ⅰ营养枝功能叶片,Ⅱ生殖枝旗叶,Ⅲ叶鞘,Ⅳ茎,Ⅴ穗

 

总光合速率是净光合速率与明呼吸速率(包括光下的暗呼吸和光呼吸)之和。由于明呼吸速率随温度和光强而变化,所以此处取羊草光合最适温度26℃及光饱和光强下的明呼吸速率为代表。在该条件下,营养枝功能叶片的明呼吸速率为12.4 mgCO2·g-1dw·h-1,总光合速率为46.5 mgCO2·g-1dw·h-1。由上可知,明呼吸和暗呼吸每小时CO2的消耗量分别占总光合的26.7%和8.2%。

上述实验材料,均来自羊草、丛生禾草群落,系典型的旱生型羊草。进一步的研究表明,不同生态类型羊草叶片的光合速率有一定差异。7月下旬测定表明,典型旱生型和中旱生型羊草(羊草、杂类草群落)的净光合速率分别为36.3和44.4 mgCO2·g-1dw·h-1,后者比前者高出22.3%。[15] 此外,羊草叶片的光合能力还随叶龄、生态条件、季节和刈割利用而变化,下面分别予以详述。

 
 




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