全 文 ：第 10卷 第 4期
2 0 0 2年 1 2月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．10 No．4
Dec．， 2002
高 CO2浓度下羊草对土壤干旱胁迫的响应
高素华 郭建平 周广胜
(中国气象科学研究院 北京 100081)(中国科学院植物研究所 北京 100093)
摘 要 在高 c()2浓度下羊草对土壤干旱胁迫响应的人工模拟试验分析表明，C02浓度升高对羊草具有“施肥”效
应，羊草生物量增加20％以上，光合速率提高 50％左右，气孔阻力增大，蒸腾速率下降，水分利用效率提高，土壤干
旱胁迫对羊草的影响为负效应，与此相反，高CO：浓度下发生土壤干旱胁迫一定程度抑制了C02的施肥效应0
关键词 羊草 干旱胁迫 c02浓度倍增
Response of Aneurolepidium chinense on soil drought stress under high C02．GAO Su‘Hua，GUO Jian—Ping(Chinese
Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081)，ZHOU Guang-Sheng(Institute of Botany，Chinese Academy of Sci-
ences，Beijing 100093)，CJEA，2002，10(4)：31～33
Abstract The‘applying fertilizer”effects of C02 enrichment on Aneurolepidium chinense are analyzed by using artificial
simulation experiment．The results show that when the biomass is increased by above 20％ ．the photosynthesis rate is in-
creased by about 50％ ，at the same time，stoma resistance enhanced，transpiration rate decreased and water use efficient
heightened．The impacts of soil drought stress on Aneurolepidium chinense are negative，it is just opposite compared with
C02 enrichment．The soil drought stress restrains the“applying fertilizer”effect on some degree under high CO 2 concen—
tration．
Key words Aneurolepidium chinense，Drought stress，CO 2 concentration
C02浓度升高以及土壤干旱胁迫对羊草影响方面的研究目前尚未见报道。为此，人工模拟试验研究了
高 C02浓度条件下发生土壤干旱胁迫时羊草对 C02浓度升高和土壤干旱胁迫的响应，为监测与预测东北样
带生态群落的改变和羊草草原的利用提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验在黑龙江省农业科学院人工气候室内进行，室内温度、湿度和 日照均 自动控制，人工气候室结构和
性能参见文献[8]，C02浓度采用 日本 Fushi公司生产的 ZSD C02分析仪监测，并自动控制在一定的误差范
围内(约20t,mol／moL)，光合作用速率、气孔阻力和蒸腾速率等利用美国 Licor公司生产的 Li一6200光合作用
系统测定。试验材料分别取 自位于松嫩平原的长岭草原站和内蒙古自治区半干旱草原锡林浩特草原站羊草
群落(以下分别简称长岭羊草和锡林浩特羊草)，2000年 5月 11日将 2个草原站带土羊草移植到黑龙江省
农业科学院作物栽培研究所采用盆栽，盆直径 33cm，高 26cm，6月初移植于人工气候室内开始试验，10月中
旬试验结束。试验设计 C02浓度为650～700t~mol／moL，以室外大气 C02浓度约为 350t~mol／moL为对照，土
壤湿度分别为田间持水量的30％～45％、田间持水量的 45％～60％，以田间持水量的 60％～80％为对照
(以下分别简称土壤湿度 30％～45％、45％～60％、60％～80％)。试验分别在 7月 17日、8月 15日、9月 14
日、10月 16日取样观测羊草株高、绿叶数、黄叶数、茎数、叶干物质量、茎干物质量、根干物质量、根冠比、叶
绿素含量等，并用Li一6200光合作用系统测定叶片光合作用速率 、蒸腾速率 、气孔阻力等，每次测定3～6个
重复，取平均值进行分析。
2 结果与分析
2．1 羊草对 CO2浓度升高的响应
羊草生物量随 C02浓度的升高而增加(见表 1)，当C02浓度升高 1倍时长岭羊草总生物量比对照增加
*国家重点基础研究发展(973)规划项目(G1999043407)资助
收稿 日期：2002·03—06 改回日期 ：2002—04-08
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32 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
40．9％，根增加35．1％，茎和叶分别增~I／27．5％和57．7％，根冠比增加13．8％，叶生物量增加最为明显，对
表1 COz浓度升高对羊草生物量的影响(09-14。土壤湿度60％～8o％) 牧业 生产 十分 有
Tab．1 Impacts of C05 enrichment on biomass of Aneurolepidium
chinensis under 60％～80％ soil water capacity(Sept．14)
利。锡林 浩特羊草
比长岭羊草对 CO，
浓度的升高更为敏
感，锡林浩特羊草
生物 量 除 叶 外 ，其
他增加幅度均大于
长岭 羊 草 ，且 根 的
增加最为明显 ，增
加了近 1倍 ，根冠比的增加比长岭羊草大 1倍，说明 C02浓度的升高对同一植物不同品种的影响程度存在
较大差异。CO 浓度升高减少了黄叶率，延长了功能叶进行光合作用的时间，为生物量的增加创造了条件。
据 7月 17日对长岭羊草的测定表明，CO 浓度为 700~mol／moL时黄叶率为 5．6％，对照为9．1％；9月 14日
CO 浓度为700~mol／moL时黄叶率为 10．1％，对照为 25．2％。CO 浓度对羊草株高的影响十分明显(见表
2)，高 CO 浓度下株高增加十分明显，7月 17日高达 76．4％，8月 31日为 43．5％。2000年 9月 13日测定
的光合作用速率结果见图 1，图 1表明5个时次均以高 C02浓度处理的 ，
羊草光合作用速率明显高于对照，CO 浓度的升高使光合作用速率提
高，有利于干物质的积累。C02浓度升高使气孔阻力增加，蒸腾速率下
降，水分利用效率提高，长岭羊草在不同 CO 浓度下气孔阻力变化见表 兰
3，从 10月 17日6个时次平均值来看，700~mol／moL CO 浓度时的气孔 5
阻力比对照增加 98．2％，而蒸腾速率减少了30．2％(见表 3)。 采
表 2 COz浓度对长 岭羊草株高 的影响 (土壤 湿度 6O％～8O％ J 9：00 II：00 13：00 l 5：00 16：30
Tab．2 Impacts of CO2 concentration on plant height of A P“r0lepidi“m 时 间
竺!!：!!：! 二! 竺：：竺：! 图1 COz浓度与锡林浩特羊草光合作
：睁／．． ． 一1
株高／ H gh 用速率 的关 系(J-壤湿度 60％ ～80％)
mol moL -T- !度 · I ，订】正罕 H 天 承 ～ 壤 腰 慢 J ‘
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日期 (月 日)Da
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te(month-day) Fig．1 Effec【s。f COsconcentratlon c。ncent 。n。n
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700 86·88 88 01 89·20 90·13 91·14 94·93 96·57
ch P戚 in xi1inhaote under 60％ ～
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表 3 COz浓度升高对长岭羊草气孔阻力与蒸腾速率的影响(1O-l7。土壤湿度 60％～8O％)
Tab．3 Impacts of o concentration on stomatal resistance and transpiration rate of
Aneurolepidium chinensis in Changling under 60％ ～80％ soil water capacity
2．2 羊草对土壤干旱胁迫的响应
随土壤干旱胁迫程度的加大羊草生物量减少也随之加大(见表4)，土壤湿度分别为 30％～45％、45％～
60％时锡林浩特羊草总生物量比对照分别减少 43．6％、15．6％，根分别减少 40．5％、28．3％，茎分别减少
38．5％、6．8％，叶分别减少 50．0％和 l1．3％；而长岭羊草总生物量分别减少 37．1％和 15．2％，根冠比分别
增加 34．6％和 15．3％，表现了植物为适应生境的自我调节功能。土壤干旱胁迫使羊草光合作用速率降低，
土壤湿度 60％～80％时锡林浩特羊草平均光合速率为 12．67mg／dm h，土壤湿度为 45％～60％时为
8．06rag／din h。发生土壤干旱胁迫时羊草叶片气孔阻力增大，气孔开张度变小，蒸腾速率下降(见图 2)，土壤
湿度由60％～80％降至 45％-60％时，气孔阻力增加 86．5％，蒸腾速率下降88．7％：土壤湿度降至 30％-45％
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第 4期 高素华等 ：高 C02浓度下羊草对土壤干旱胁迫的响应 33
时，气孔阻力增大 8倍，蒸腾速
率下降 77．7％。
高 Co，浓度下羊草对土壤
干旱胁迫的响应，相同土壤湿度
下高 COz浓度均比低 COz浓度
的羊草生物量大(见表 5)，3种
土壤湿 度总生物量 分别增 加
23．20％、15．40％和 37．77％；
根 、茎 、叶呈相 同趋势 ，根冠 比明
表 4 不同土壤湿度下羊草生物量的变化(10·16。C02浓度为 350pmol／moL)
Tab．4 Biomass changes of Aneurdepidium chinensis in diferent soil moisture under 350~mol／moL C02
显提高，且高 Co2浓度下各土壤湿度
间根冠比的变化大于低 Co2浓度下的
变化，故高 Co2浓度下发生土壤干旱
胁迫后通过提高羊草根冠比来减少干
旱的危害，增强自身抗逆性 ，高 CO：浓
度下羊草对土壤干旱胁迫更敏感，土
壤湿度 30％～46％比土壤湿度 60％～
80％时总生物量下降52．7％，而低 C02
浓度时仅下降47．1％，发生土壤干旱胁
迫时抑制了 C02的施肥效应。锡林浩
特羊草在C02浓度700tLmol／moL和
30～45 45-60 60-80
土壤湿度 ，％
手
量
E
瓣
篷 樵 ：_
． ．
30—45 45-60 60-80
土壤湿度，％
图2 不同土壤湿度对长岭羊草气孔阻力(a)和蒸腾速率(b)的影响
Fig．2 Impacts of soil moisture on stomatal resistance and transpira—
tion of Aneurolepidium chinensis in Changling
表 5 高 c()2浓度下土壤干旱胁迫对长岭羊草生物量的影响(09·l4)
Tab．5 Impacts of soil drought stress on biomas of Aneurole1)idium chinensis under doubled C02 content
土壤湿度 60％～80％时其光合
速率为 12．67rag／din ·h、而 C02
浓 度 为 350~mol／moL 时 为
8．07rag／din ·h；土壤湿度 降至
45％ ～ 60％、CO， 浓 度 为
700~mol／moL时 其光合速率 为
10．04mg／dm2·h，而 C02浓度为
350tar~l／moL时为 6．same．／dm2·h。
在3种土壤湿度(30％～45％、
45％-60％、60％-80％)下 o32浓度为700tar~1]moL时，羊草蒸腾速率分别为0．302mg／dm ·h、0．432rag／din ·h
和0．602mg／dm ·h；C02浓度为 350~mol／moL时，羊草蒸腾速率分别为0．62mg／dm h、1．20rag／din ·h和
1．54mg／dm h。
3 小 结
本试验初步得出羊草对 C02浓度升高的响应表现积极 ，其生物量均增加 20％以上，光合作用速率平均
提高50％以上，高 C02浓度下气孔阻力增大，蒸腾速率减少，水分利用效率提高；土壤干旱胁迫降低了羊草
生物量，且随干旱胁迫的加重其降低幅度增加，干旱胁迫使光合作用速率下降，叶片气孔阻力增加，蒸腾速率
下降，羊草生物量减少；羊草对高 C02浓度下发生土壤干旱胁迫的响应表现较复杂，干旱胁迫造成羊草生物
量的减少，即使高 CO：浓度下也表现生物量减少，其减少幅度小于低 Co2浓度时，而光合速率、蒸腾速率的
变化趋势与生物量的变化趋势相一致，干旱胁迫限制了COz的施肥效应，干旱胁迫程度越重 ，其抑制作用越
明显。
参 考 文 献
1 高素华 ．郭建平 ．张 国民等 ．低温对 玉米幼 苗生理反应 的影响 应 用气象学 报 ，1999。10(2)：238～242
∞ 如 加 m 0
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