西鄂爾多斯國家自然保護(hù)區(qū)中烏海四合木核心區(qū)不同物種的光響應(yīng)特性差異分析報告

西鄂爾多斯國家自然保護(hù)區(qū)中烏海四合木核心區(qū)不同物種的光響應(yīng)特性差異前言研究地點與方法結(jié)果分析討論韓富任SX140994前言光合作用是生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的重要生理過程，植物的光合作用對外界環(huán)境的變化是非常

敏感的，外界環(huán)境的變化會通過影響植物光合作用的過程進(jìn)而對生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡造成影響，甚至?xí)斐扇虻臍夂蜃兓3]光、溫、水、熱等環(huán)境因子與光合作用的進(jìn)行密切相關(guān)，而這些因子中，光是光合作用的主導(dǎo)因子，是綠色植物進(jìn)行光合作用的前提條件，光量子通量密度與植物凈光合速率之間的關(guān)系則可以用植物光合作用的光響應(yīng)曲線進(jìn)行描述。[4]我們對每種綠色植物均可作出光合作用對光的響應(yīng)曲線，[5]光響應(yīng)曲線的方法在植物生理研究中的應(yīng)用是廣泛的。[6]從曲線上可以計算并判斷植物的光補償點（LCP），光飽和點（

LSP），初始量子效率（α），暗呼吸速率（Rd）及最大光合速率（Pmax），[7]而這些參數(shù)正是研究各種尺度的植物生理生態(tài)學(xué)過程的基礎(chǔ)，也是研究植物光合作用等生理生態(tài)過程對全球氣候變化響應(yīng)的重要依據(jù)。目前國內(nèi)外對光響應(yīng)曲線主要是用直角雙曲線與非直角雙曲線兩種方法進(jìn)行擬合，并得出相應(yīng)的生理參數(shù)。[8-10]本文以西鄂爾多斯國家自然保護(hù)區(qū)中烏海四合木核心區(qū)中的四合木（Tetraena

mongolicaMaxim）、霸王（Sarcocephalus

xanthoxylon）、沙冬青（Ammopiptanthus

mongolicus）、紅砂（Reaumuria

Linn）四種孑遺植物的成年植株為研究對象，采用直角雙曲線與非直角雙曲線兩種方法對其光響應(yīng)曲線進(jìn)行研究，比較兩種方法擬合結(jié)果的差異，為該地區(qū)植被生理生態(tài)過程模擬及荒漠生態(tài)系統(tǒng)與孑遺植物的保護(hù)等相關(guān)研究提供參考。2.研究地點與方法2.1研究地區(qū)概況西鄂爾多斯國家級自然保護(hù)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克旗西部和烏海市境內(nèi)，地理坐標(biāo)為106°40′—107°44′，北緯39°13′—40°11′?？偯娣e為682.64萬畝。主要保護(hù)對象為四合木、半日花等古老殘遺瀕危植物和荒漠生態(tài)系統(tǒng)，屬荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)。我們研究的區(qū)域為西鄂爾多斯國家自然保護(hù)區(qū)中烏海四合木核心區(qū)，是為保護(hù)四合木群落而設(shè)置的，面積0.49萬公頃。它是保護(hù)區(qū)內(nèi)四合木群落長勢最好，成片面積最大的區(qū)域。位于桌子山與崗德格爾山之間的臺地上。西鄂爾多斯屬于溫帶四季分明的強大陸性、弱季風(fēng)性、干旱半干旱氣候區(qū)。年平均降水量不足

155

mm，而蒸發(fā)量3400～3500

mm，是年降水量的20倍以上，濕潤系數(shù)小于0.13。[11]2.2研究方法2.2.1實驗設(shè)計選擇標(biāo)準(zhǔn)地中健康成年的四合木、沙冬青、霸王、紅砂植株，使用Li-6400便攜式氣體分析系統(tǒng)對各樹種葉片的光響應(yīng)曲線進(jìn)行測量，測量的時間為9:00

am—12:00

pm。為保持其它環(huán)境因子穩(wěn)定且適宜，觀測過程中，將葉溫設(shè)置為30℃，大氣中CO2

濃度為390μmol·m-2·s-1左右，用LI-6400的人工光源(LI-6400-02B紅藍(lán)光源)，并手動設(shè)置光強(2000，1500，1200，1000，800，600，400，200，100，50，30，0μmol·m-2·s-1)，3次重復(fù)。2.2.2數(shù)據(jù)分析?利用R(3.2.2)軟件，將式（1）與式（3）通過迭代法分別對每一組光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，得出相應(yīng)的α、Pmax、Rd以及Lcp

（光補償點，即光合作用過程中吸收的CO2和光呼吸過程中釋放的CO2等量時的光照強度，在光響應(yīng)曲線中Pn

=0時的I值，單位:μmol·m-2·s-1

)，最后對每種樹的各個參數(shù)值求平均。3.結(jié)果分析3.1不同樹種參數(shù)的比較2233423341113111214242424334213421用直角雙曲線與非直角雙曲線擬合得到的各樹種參數(shù)α、Rd

和Pmax的大小順序是相同的:α值的順序為紅砂＞霸王＞四合木＞沙冬青；Rd值的順序為紅砂＞四合木＞霸王＞沙冬青；

Pmax的大小順序為紅砂＞沙冬青＞霸王＞四合木。但是兩種方法得到的Lcp的值有差異，直角雙曲線得到的Lcp的順序為四合木＞沙冬青＞紅砂＞霸王；

非直角雙曲線得到的Lcp的順序為四合木＞紅砂＞沙冬青＞霸王。在該實驗條件下，紅砂的光合作用對光的響應(yīng)更敏感，沙冬青對光的敏感性相對較弱。紅砂的光合能力更強，四合木的較弱，沙冬青的暗呼吸較弱。3.2兩種擬合結(jié)果的比較從圖1中能夠發(fā)現(xiàn)，不同樹種，由直角雙曲線與非直角雙曲線擬合的結(jié)果的差異一致。當(dāng)光強較弱的情況下，直角雙曲線的初始斜率比非直角雙曲線的大。由于非

直角雙曲線考慮了曲線的凸度，而直角雙曲線不考慮曲線的彎度，因此指教雙曲線

的初始較大，才能使曲線的擬合更符合實測點。[9]因此，非直角雙曲線的拐點比直角雙曲線的更加明顯，在強光下趨于平緩，光飽和點明顯，而直角雙曲線在強光下仍

有上升的趨勢。結(jié)合表1可以看出，4個樹種由直角雙曲線擬合得出的α、Rd

和Pmax

的值均大于非直角雙曲線的擬合結(jié)果，而擬合得出的Lcp的值則是非直角雙曲線擬合的結(jié)果大于直角雙曲線擬合的結(jié)果。4.討論用直角雙曲線與非直角雙曲線擬合的方法對西鄂爾多斯國家自然保護(hù)區(qū)中烏海四合木核心區(qū)中的4種孑遺植物：四合木（Tetraena

mongolica

Maxim）、沙冬青（Ammopiptanthusmongolicus）、紅砂（Reaumuria

Linn）、霸王（Sarcocephalus

xanthoxylon）葉片光合作用的光響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合。實驗結(jié)果表明：（1）用兩種曲線擬合出的參數(shù)α、Rd

和Pmax的大小順序是相同的，但直角雙曲線擬合的參數(shù)α、Rd

和Pmax均大于非直角雙曲線擬合的結(jié)果。由兩種方法得出的4個樹種Lcp的值大小順序不同。（2）自然條件下一般植物的表觀量子效率范圍為0.03~0.05，[15]植物最大初始量子效率理論上在0.08～0.125之間,且在強光下光響應(yīng)曲線趨于平緩[9]，本文用直角雙曲線擬合的結(jié)果與上述結(jié)論接近，直角雙曲線擬合值在0.03~0.1之間；而非直角雙曲線與上述結(jié)論稍有偏差擬合值在0.02~0.05之間。這可能是測量的樹種不同引起的差異。從這點上看，直角雙曲線擬合得出的值比非直角雙曲線擬合得出的值符合以上的結(jié)論。直角雙曲線法參數(shù)比較少，擬合時也比較簡單，被廣泛采用應(yīng)用。但非直角雙曲線法考慮了曲線的凸度，因此，非直角雙曲線的拐點比直角雙曲線的更加明顯，在強光下趨于平緩，光飽和點明顯。為此，研究植物光合作用的光響應(yīng)時，在選擇光響應(yīng)曲線擬合方法上，應(yīng)根據(jù)實驗要求與實際情況，并注意兩種方法的差異。[16]（3）本研究的結(jié)果是在西鄂爾多斯國家自然保護(hù)區(qū)中烏海四合木核心區(qū)測定的（7月下旬），測定時葉溫控制在30±4℃，空氣中的相對濕度為20%左右，大氣中的CO2濃度為390μmol·m-2·s-1左右，結(jié)果得出紅砂具有更高的光響應(yīng)敏感性，也具有較高的光合能力，四合木具有較弱的光合能力，沙冬青的暗呼吸較弱。參考文獻(xiàn)洪大力.提高林分光能利用的途徑[J].中國林業(yè),2007,

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