全 文 ：第 12卷 第 4期
2 0 0 4年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
v01．12 NO．4
0ct．． 2004
红壤丘陵区双季稻表观光合量子效率的研究
刘允芬 于贵瑞 王利军 李家永 宋 霞
(中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101)
摘 要 研究结果表明红壤丘陵区双季稻光一光合速率响应曲线符合非直角双曲线函数，水稻旗叶、倒 2叶和倒 3
叶表观初始光能利用效率平均值(±标准差)分别为 0．0536(±0．023)、0．0511(±0．023)和0．0488(±0．025)，即由
旗叶向下递减；水稻光合作用最适温度为27～30*(3。
关键词 水稻 光合作用 表观初始光能利用效率
Apparent quantum yield of photosynthesis of double cropping rice in red earth hily region of China．LIU Yun—Fen．YU
Gui—Rui，WANG Li—Jun，LI Jia—Yong，SONG Xia(Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research，
ChineseAcademy ofSciences，Beijing 100101)，CJEA，2004，12(4)：49～52
Abstract The photosynthesis rate．-light response curve of double cropping rice in the red earth hily region is a non—-rect—-
angular hyperbola function．The average values and standard deviations of the apparent initial quantum yield of flag leaf，
second leaf and third leaf from the top are 0．0536±0．023，0．0511±0．023，0．0488±0．025，respectively．That is，
they descend gradualy from the flag leaf tO the lower leaves．The optimal temperature of photosyn thesis of rice in this area
iS from 27℃ tO 30℃ ．
Key words Rice，Photosynthesis，Apparent initial quantum yield of light
光合作用在生态系统产量形成的生理生态学模拟研究、C平衡及全球气候变化影响研究中均有重要作
用。本研究探讨了红壤丘陵区双季稻表观初始光能利用效率(a)，为建立冠层光合作用模拟模型、稻田生态
系统 C循环和水循环模型提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
试验在江西省泰和县中国科学院千烟洲试验站综合试验场水稻田进行，该站地处北纬 26。44 48 ，东经
115。04 13 ，为典型缓坡红壤丘陵区，属典型亚热带季风气候，年均气温 18．6℃，≥10℃年活动积温 6015℃，
年降水量 1488．8mm，年蒸发量 1110．3mm，年日照时数 1785h，年太阳总辐射量4349MJ／m ，年无霜期 323d。
综合试验场内设水稻、绿肥等不同作物长期定位观测点，场内装有 MAOS—I小气候自动观测系统可观测地
面气象和太阳辐射共 12类要素，大田试验选择一距 田边 lm且长势均匀处作为观测用地，不同施肥处理试
验选择最佳施无机肥、有机肥和未施肥 3个不同施肥小区作为观测用地。用美国 LICOR公司生产的 LI一
6400光合作用系统测定双季稻分蘖～收获期不同天气其净光合速率、呼吸速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间
C0 浓度、大气 Co 浓度和温湿度、叶面温度及光合有效辐射强度等，并直接测定光合速率对光合有效辐射
的响应曲线，进而得到表观初始光能利用效率(a)、光补偿点、光饱和点以及最大光合速率(P一 )等，方法为
选择长势基本一致的 3株标记水稻上数第 2、4(或 3)全展叶(旗叶全展后增加旗叶)中部测定，每片叶均在一
系列光合有效辐射 2000～0~mol／m2·S(以每 100t~mol／m ·S间隔设定)、温度(20～40℃内以每 5℃间隔设定)
以及环境 CO2浓度下进行。取每组光合有效辐射下所测相同叶位 3片叶平均值代表该时段净光合速率值，
对其进行光响应曲线特征分析。
2 结果与分析
光-光合速率响应模型。植物光合速率对光的响应曲线(以下简称光响应曲线)一般都符合直角双曲线
* 国家 自然科学基金项 目(30070159)、中国科学院“百人计划 区域尺度生态系统管理的基础生态学过程研究”和中国科学院知识创新工
程项 目(KZCX2·407)共同资助
收稿日期：2003·07·O1 改回日期 ：2003·08·2O
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方程，其函数通常可用 Michaelis—Menten模型表达⋯：
～R ㈩
式中，P 为净光合速率( mol 。^／m2·s)，J为入射到叶片上的光合有效光量子通量密度(tzmol ⋯ m ·s)，a
为表观初始光能利用效率(F肌Ol【’O^·m～·sI1／F肌O ～·m～·sI1)，P 为表观最大光合速率(tzmol 。√m ·s)，
R 为表观暗呼吸速率(／~mol n／m ·s)。在生化反应基础上，光合作用与光强的关系可进一步表达为非直角
双曲线方程n ’ ：
0P 一P(口 十P )十口 一 =0 (2)
式中，P为总光合作用速率(tzmol O．／m ·s)， 为反映光响应曲线弯曲程度的凸度，当 为 0时式(2)即为直
角双曲线方程式(1)，当 达最大值 1时光合曲线在光饱和点以前为一上升直线 ，光饱和点以后为光合恒定
的直线n ，式(2)可理解为：
P 口 十P⋯ 一、／(口 十P ) 一4 (口 )
净光合速率与总光合速率的关系表示为：
P = P — Rd
表 1 模拟光响应 曲线部分参数值
Tab．1 The related parameters of simulated light—response curve
(3)
(4)
表 2 不同温度水稻表观初始光能利用效率及其光合特征参数
Tab．2 The apparent initial quantum yield of rice and the rdated photosynthetic characteristic parameters under diferent temperatures
根据观测资料分别用直角双曲线和非直角双曲线方程拟合光合作用对光强的响应 ，分析计算结果表明
第 4期 刘允芬等：红壤丘陵区双季稻表观光合量子效率的研究 51
田间条件下用直角双曲线方程拟合
得到的表观初始光能利用效率值 (a)
偏高，且在高光强下曲线仍保持上升
趋势，未表现出光饱和现象。而非直
角双曲线方程引入了反映光合曲线弯
曲程度的参数 ，使表观初始光能利
用效率值正常，在高光强下光合作用
趋于光饱和，可较好地模拟红壤丘陵
区双季稻的光响应曲线。光合作用光
响应曲线使用 SPSS软件进行模拟计
算，拟合 曲线相 关指数 R 的均值
(+标准差)为0．9876(~0．0064)，置信
度达0．001。光合作用光响应 曲线部
分模拟结果见表 1。
水稻表观初始光能利用效率。由
图 1和表 1可知红壤丘陵区水稻旗叶
表观初始光能利用率一般明显高于其
以下部位叶片，且旗叶表观最大光合
速率也最高。表 2表明水稻表观初始
光能利用效率值<27℃时随温度升高
而上升，27～30℃达最高值，而后迅速
下降，表明我国亚热带红壤丘陵区水
稻光合作用最适宜温度为 27～30℃，
<25℃或>32℃时叶片表观初始光能
利用效率明显下降。对不同施肥试验
旗叶和倒 2叶、倒 2叶表观初始光能
利用效率值进行 F检验表明，单纯大
量施用无机肥与仅施有机肥以及未施
肥试验间无显著性差异，甚至高温时
段反而引起表观初始光能利用效率值
降低。据实测资料，由非直角双曲线
方程拟合确定出红壤丘陵区水稻旗
叶、倒 2叶和倒 3叶表观初始光能利
用效 率平 均 值 (±标 准差 )分别 为
0．0536(±0．023)、0．0511(±0．023)和
0．0488(+0．025)，即由旗 叶 向下逐 步
递减。
3 小 结
非直角双曲线方程可较好地模拟
红壤丘陵区双季稻的光响应曲线，所
得水稻表观初始光能利用效率值约为
一
20
15
百
呈10
簧s
dⅡ
蓑。
一 5
光合有效辐射， tool·in-2oS 光合有效辐射， tool·In-
光合有效辐射，ixtool。m s一’ 光合有效辐射，Ixtool·m- ·邑_
图 1 水稻不同叶位叶片光-光合速率响应 曲线
Fig．1 The photosynthesis rate-light response curve of different rice leaves
0．05并由旗叶向下逐步递减，水稻光合作用最适宜温度为27～30*(2。据测定平原地区光合作用每同化 1个
c 分子最低量子需要量为8～12，即最大光合量子效率为0．083～0．125tmaolc02。rn～’sI1 n1oIphotons~m～·s-1，
而 自然条件下表观初始光能利用效率值(a)远小于理论值的上 。本研究根据实测数据并模拟计算所得
表观初始光能利用效率平均值与文献报道的 C3植物生长 良好叶片表观初始光能利用效率取值范围(约
I- b．10目 瓣制 蠹
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0．055)接近 。本研究对双季稻叶片呼吸速率计算中发现，32～35*(3条件下双季稻叶片呼吸速率、表观初
始光能利用效率及表观最大光合速率值均低于27～30℃时的值，且其比值十分接近(1．3～1．5)，表明高温可
降低整个植株的生理机能。
参 考 文 献
Thornley J．H．M．著．植物生理的数学模型．北京 ：科学出版社。1983．109～112
陆佩玲，罗 毅，刘建栋等．华北地区冬小麦光合作用的光响应曲线的特征参数．应用气象学报，2000，11(2)：236～241
罗 毅，于 强，欧阳竹等．SPAC系统中的水热 CO2通量与光合作用的综合模型(I)模型建立．水利学报，2001(2)：90-97
刘允芬，张宪洲，周允华等．西藏高原田间冬小麦的表观光合量子效率．生态学报，2000，20(1)：35-38
余叔文．植物生理学和分子生物学．北京：科学出版社，1992．236～243
许大全．光合作用效率．植物生理学通讯，1988(5)：1～7
Long S．P．，Humphfi~ S．，Falkowski P．G．Photoinhibition of photosynthesis in nature
． Ann．Rev．Plant．Physiol Mo1．Bio1．1994．
45：633～662
江 苏 省 昆 山 市 积 极 实 施 生 态 市 建 设
江苏省昆山市继建成国家环保模范城市和国家生态示范区之后 ，目前又确立了创建国家生态市的新 目标 ，即用3～5年时
间使全市经济、社会和环境各项指标达到国家生态市的标准，力争率先进入全国首批生态市行列。昆山市积极把发展生态经
济作为创建生态市的“重中之重”来抓，建立以循环经济为核心的生态经济体系，在第一产业上重点发展生态农业，改变传统
种植方式，开展标准化生产 ，加快建设无公害农产品、绿 色产品和有机食品生产基地 。围绕水产、畜禽、特色等生态养殖和清
洁生产，加快建设生态养殖工程。利用田园景观、自然生态及环境资源，建设高科技农业和都市观光生态农业。在第二产业
上发展以低消耗、无污染和循环型为特征的生态工业，大力推进电子信息、生物工程和新医药、新材料、新能源、环保产业的发
展，引进并形成新技术产业群体优势。推广清洁生产和资源综合利用技术，采用先进技 术、先进装备和管理模式，使资源、能
源最大限度地有效利用，全面推进企业 ISO14000环境管理体系认证 ，实现工业的可持续发展。在今后 3～5年内建成 1～2个
生态工业园区，企业通过 ISO14000环境管理体 系认证拟突破 100家。在第三产业上重点发展生态旅游产业，高标准建成周
庄、锦溪、千灯、淀 山湖、阳澄湖和亭林园等生态景区，实施绿色消费、绿色市场和绿色通道为主要 内容的“三绿工程”。昆山市
重点建设资源合理利用和有效供给的体系，以有效保护全市水资源、土地 资源和生物资源，全面禁止开采地 下水。加大污水处
理力度，使城镇生活污水集中处理率达 70％以上，工业污水处理率达 100％。严格执行土地利用总体规划，合理保护和优先安
排生态用地 ，建立政府调控与市场机制相结合的资源优化配置新机制。在生物、湿地和风景保护区建设 中制定保护规划与工
作措施，有计划地进行生态型开发，继续推行退塘还湖、退窑还湖和退渔还湖，严禁擅 自围湖造 田和填埋河道。并通过截污、
治污和雨污分流，换水、清淤、疏通等整治工程，完善城市排水系统，实现农村河道全面治理。加大对工业污染源头控制和 日
常监督管理力度，做好工业尾水出路科研调查，改善水环境整体质量。全面推进城 乡生态环境建设，构筑城 乡一体化现代森
林生态体系，优化人居环境，3～5年内全市新增绿地面积 5148万 m2，全市森林覆盖率将达 18％以上 ，城镇人均公共绿地面积
达 12m2以上 。
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