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西南石漠化地区2种岩生优势树种的光合生理



全 文 :周文龙,赵卫权,苏维词,等. 西南石漠化地区 2 种岩生优势树种的光合生理[J]. 江苏农业科学,2016,44(6):477 - 480.
doi:10. 15889 / j. issn. 1002 - 1302. 2016. 06. 139
西南石漠化地区 2 种岩生优势树种的光合生理
周文龙,赵卫权,苏维词,张 凡,袁 俊,易武英,谢元贵
(贵州省山地资源研究所,贵州贵阳 550001)
摘要:利用光合仪测定了贵州石漠化治理区岩生优势种青冈、火棘的光合生理生态特性,并比较它们的净光合作
用速率、蒸腾速率等生理生态指标的日变化特征。结果表明:青冈具有低光合速率、低蒸腾速率的特点,火棘具有高光
合速率、高蒸腾速率的特点;青冈在石灰岩喀斯特石漠化区表现出的净光合速率曲线较为平缓,未出现明显的光合
“午休”现象,火棘光合“午休”现象则相对明显;青冈净光合速率主要受气孔性限制因素的影响,火棘净光合速率主要
受非气孔性限制因素的影响。相关分析表明,在相关环境因子相关性显著的情况下,环境因子对青冈的各项光合生理
特性影响的显著性不明显,而火棘各项光合生理参数则受环境影响较大;植物自身的生理因子、环境生态因子相互作
用,共同影响青冈、火棘的光合生理机能。
关键词:贵州省;石漠化地区;岩生优势树种;青冈;火棘;光合生理
中图分类号:S718. 3 文献标志码:A 文章编号:1002 - 1302(2016)06 - 0477 - 03
收稿日期:2015 - 05 - 19
基金项目:贵州省科学技术基金(编号:黔科合 J字[2012]2216 号);
贵州省软科学项目(编号:黔科合 R 字[2014]2026 号);贵州省社
会发展攻关(编号:黔科合 SY字[2012]3008 号);贵州省社会发展
攻关项目(编号:黔科合 SY字[2014]3060 号);贵州省科技创新人
才团队建设项目(编号:黔科合人才团队[2014]4014 号)。
作者简介:周文龙(1984—),男,湖北鄂州人,硕士,助理研究员,研究
方向为喀斯特环境资源与 3S 技术应用。E - mail:karstpro @
hotmail. com。
以贵州省为中心的西南喀斯特地区面积达 55 万 km2,是
世界上喀斯特分布面积最大、发育最强的区域[1]。峰丛洼地
是西南喀斯特山区主要的地貌形态,峰丛洼地区内碳酸盐岩
成片分布[2],是受石漠化威胁最严重的一类岩溶地貌[3]。喀
斯特植被的恢复与重建是峰丛洼地生态恢复、石漠化防治的
核心内容之一[4]。青冈(Cyclobalanopsis glauca)、火棘(Pyra-
cantha fortuneana)是喀斯特原始顶极植被群落受到破坏后的
主要遗留物种,同时也是石漠化地区植被恢复的主要树种,具
有很强的水土保持能力。光合作用决定了植物能量吸收、有
机物积累的数量,也是其他生理过程、生命活动的基础,并与
植物生长、发育、存活密切相关,是植物生产力的最主要因
素[5 - 6]。叶片光合特性与植物所处的环境密切相关,其对不
同的生境条件会表现出不同的适应特性与适应机制[7 - 10]。
目前对喀斯特山区的青冈光合生理研究多集中在广西白云岩
喀斯特石漠化地区[11 - 15],而对贵州石灰岩喀斯特石漠化的青
冈光合生理研究则很少,关于火棘在喀斯特地区光合生理的
研究更鲜有报道[16 - 17]。为了进一步了解青冈、火棘在贵州喀
斯特石漠化地区的光合生理表现,本研究探讨青冈、火棘的叶
片净光合速率等主要光合生理指标,以期为喀斯特石漠化环
境恢复、植被演替研究提供一定的理论依据。
1 材料与方法
1. 1 试验材料与研究区自然概况
试验材料为示范区朝营核心小流域内“大山”山顶退耕
地边缘自然生长的青冈和火棘。
本试验在毕节撒拉溪国家“十二五”石漠化综合治理示
范区进行,位于贵州省毕节市七星关区撒拉溪镇境内(105°
0201″ ~ 105°0809″E,27°1136″ ~ 27°1651″N),属于乌江上
游段六冲河流域,平均海拔约 1 800 m,属亚热带季风湿润气
候,年均气温 12 ℃,无霜期 245 d,年均日照时间为 1 360 h,
年均降水量 984. 4 mm,80%以上的降水集中在 6—9 月。研
究区属于典型的亚热带喀斯特高原山地(峰丛洼地)轻 -中
度喀斯特石漠化类型,主要土壤类型为黄壤,原始植被以青
冈、火棘、杜鹃(Rhododendron simsii)等藤刺灌丛为主,局部山
坡、居民地四周零星分布有云南松(Pinus yunnanensis)[18]。
1. 2 试验方法
2014 年 4 月下旬,在晴天、自然条件下进行光合试验,在
8:00—18:00 时段内,取中间时段每隔 2 h 测定 1 次,共测 6
次,青冈、火棘各随机选取 3 株,每株选取叶位相同的 3 张中
上部成熟向阳叶片进行试验,取平均值计算。
光合测定仪器使用英国 ADC Bioscientific 公司生产的
Lcpro +便携式光合测定仪,使用红蓝光源叶室测定叶片瞬时
光合速率等指标。主要测定、统计指标包括:净光合速率
[Pn,μmol /(m
2·s),以 CO2 计]、蒸腾速率[Tr,mmol /(m

s),以 H2O 计]、CO2 气孔导度[Gs,mol /(m
2· s),以 H2O
计]、细胞间 CO2 浓度(Ci,μmol /mol)、叶室温度(Tch,℃)、叶
片温度(Tleaf,℃)、光合有效辐射[PAR,μmol /(m
2·s)]等。
水分利用效率 WUE(μmol /mmol)的计算公式:
WUE = Pn /Tr。
采用 SPSS 20. 0 进行数据分析,用 Excel 2007 进行数据
统计与制图。
2 结果与分析
2. 1 光合有效辐射等环境因子的日变化特征
在 08:00—18:00 期间,PAR 的变化范围为 481. 25 ~
—774—江苏农业科学 2016 年第 44 卷第 6 期
2 049. 08 μmol /(m2·s),最高值出现在 14:00 左右,最低值
出现在 18:00,受地形影响,08:00 山顶太阳光合辐射较强。
08:00—18:00 期间,Tch的变化范围为 22. 75 ~ 41. 75 ℃,
08:00 左右 Tch最低,最高值出现在 14:00 左右,18:00 下降至
26. 30 ℃(图 1);与 Tch相比,由于叶片受太阳光合辐射影响,
Tleaf要高出 Tch 2. 05 ~ 0. 50 ℃。此外,大气压强日变化为 8. 14
万 ~ 8. 17 万 Pa,受中午上升气流影响,中午大气压强要高于
早、晚大气压强(大气压强数据仅说明,未在图表中体现)。
表 1 青冈和火棘的 Pn、Tr、WUE、Gs、Ci 的日均值
物种
Pn
[μmol /(m2·s)]
Tr
[mmol /(m2·s)]
WUE
(μmol /mmol)
Gs
[mol /(m2·s)]
Ci
(μmol /mol)
青冈 3. 77 ± 1. 33 3. 05 ± 1. 86 1. 59 ± 0. 76 0. 13 ± 0. 20 254. 42 ± 50. 55
火棘 7. 52 ± 4. 13 5. 21 ± 0. 85 1. 42 ± 0. 68 0. 20 ± 0. 14 282. 31 ± 48. 08
2. 2 净光合速率的日变化特征
由图 2 可见:青冈、火棘的净光合速率日变化曲线存在较
大差异,青冈净光合速率的日均值仅为火棘的 50%左右(表
1);从峰型上看,火棘为典型的“双峰”型日变化曲线,青冈的
日变化曲线呈现逐渐下降的趋势,下降期间(14:00—16:00)
也存在 1 个不明显的上升阶段。青冈净光合速率曲线日变化
幅度较为平缓,变化差异远小于火棘,在 08:00—14:00 净光
合速率一直呈下降趋势,在 14:00 出现不明显的光合谷值;在
14:00—16:00 略有上升,光合“午休”现象不明显。火棘的净
光合速率从 8:00 开始快速增长,在 10:00 达到第 1 个峰值
(次峰值),12:00 出现光合谷值,在 14:00 形成第 2 个峰值
(最大值),光合“午休”现象持续时间较短。
2. 3 蒸腾速率的日变化特征
由图 3 可见:青冈、火棘的蒸腾速率日变化差异较大,青
冈日变化幅度要高于火棘,火棘则相对平缓。青冈在 08:00
出现次峰值,在 10:00 出现蒸腾谷值,在 14:00 出现最大值,
此后曲线陡然下降。火棘的蒸腾速率日变曲线相对青冈而言
变化较为平缓,分别在 10:00、14:00 出现了 2 个峰值,在
12:00 出现了不明显的谷值。整体而言,青冈的蒸腾速率除
在 08:00 外均低于火棘,且除 14:00 之外,均明显低于火棘的
蒸腾速率。
2. 4 水分利用效率的日变化特征
水分利用效率的高低是植物适应环境能力强弱的重要指
标[20]。由图 4 可以看出:青冈、火棘的水分利用效率日变化
曲线变化趋势较为接近,青冈水分利用效率曲线较火棘有所
平移滞后;青冈水分利用效率在 10:00(次峰值)、16:00(最高
值)出现 2 个峰值,在 14:00 出现了 1 个非常明显的谷值,在
10:00—16:00 之间变化差异较大,14:00、16:00 之间的水分
利用效率差异较大;火棘水分利用效率在14:00(最大值)出
现峰值,12:00 出现谷值,在 14:00 之后又逐渐下降。
2. 5 气孔导度的日变化特征
由图 5 可以看出:从日变化特征上看,青冈的气孔导度曲
线呈“L”形,火棘呈“U”形,且在 14:00 之前二者变化幅度较
为接近,之后差异渐大;青冈、火棘的气孔导度日均值分别为
(0. 13 ± 0. 20)、(0. 20 ± 0. 14)mol /(m2·s),火棘气孔导度
日均值略高于青冈。
2. 6 胞间 CO2 浓度的日变化特征
由图 6 可以看出:青冈、火棘的胞间 CO2 浓度曲线变化
较为接近,在 10:00 前青冈的胞间 CO2 浓度高于火棘,之后
则相反;青冈胞间 CO2 浓度最高值出现在 8:00,最低值出现
在 16:00,火棘最高值出现在 18:00,最低值出现在 10:00。
2. 7 环境因子与光合特征参数间的相关性
由表 2 可知,青冈的 Pn 与 PAR、Tch、Tleaf、Tr、Ci、Gs 等各
因子相关性均不显著,部分环境因子之间呈显著或极显著相
关;火棘的 Pn 与 PAR、Tch、Tleaf、Tr、Ci、Gs 等各因子的相关性
均不显著,部分环境因子之间呈显著或极显著相关。例如,火
棘的环境参数 PAR 与 Gs 显著相关,与 Tr 极显著相关,Tch、
Tleaf与 Gs、Tr 呈极显著相关,Gs 与 Tr 呈极显著相关。
—874— 江苏农业科学 2016 年第 44 卷第 6 期
表 2 环境因子与光合特征参数间的相关系数
物种 参数 Pn PAR Tch Tleaf Ci Gs Tr
青冈 Pn 1. 000 - 0. 050 - 0. 467 - 0. 445 0. 473 0. 774 0. 281
PAR 1. 000 0. 817* 0. 840* - 0. 333 - 0. 360 0. 416
Tch 1. 000 0. 999** - 0. 262 - 0. 530 0. 497
Tleaf 1. 000 - 0. 272 - 0. 527 0. 495
Ci 1. 000 0. 797 0. 628
Gs 1. 000 0. 452
Tr 1. 000
火棘 Pn 1. 000 0. 597 0. 463 0. 477 0. 519 - 0. 265 0. 557
PAR 1. 000 0. 923** 0. 935** 0. 212 - 0. 840* 0. 920**
Tch 1. 000 0. 999** 0. 378 - 0. 936** 0. 957**
Tleaf 1. 000 0. 366 - 0. 934** 0. 960**
Ci 1. 000 - 0. 196 0. 273
Gs 1. 000 - 0. 855**
Tr 1. 000
注:“* ”表示在 0. 05 水平显著相关;“**”表示在 0. 01 水平显著相关。
3 结论与讨论
研究青冈、火棘的光合生理特点及变化规律对于研究岩
石树种在石漠化地区的水土保持效益以及栽培技术措施十分
必要。研究结果表明:火棘净光合速率日变化呈“双峰”型曲
线,正午存在明显的光合“午休”现象;青冈在本试验中未表
现明显的光合“午休”现象,与广西白云岩喀斯特区域日变化
曲线存在一定差异[11 - 13,15],但广西同一地区的不同研究也存
在一定差异[14]。上述研究表明,在不同区域、不同类型喀斯
特地区的青冈净光合速率日变化特征表现存在差异。
从试验结果可知,在一定范围内,青冈叶片内细胞间 CO2
浓度越高,其供给光合所需的原料越多,净光合速率越高,光合
速率会超过呼吸速率;气孔性限制因素是由于气孔导度降低阻
止了光合原料 CO2 的供应;非气孔性限制因素是由于植物叶
片细胞光合能力的下降使叶肉细胞利用 CO2 的能力降低,从
而造成细胞间 CO2 含量升高。对青冈、火棘的研究表明,青冈
净光合速率主要受气孔性限制因素的影响,火棘净光合速率主
要受非气孔性限制因素的影响。对于非气孔性限制光合速率
的情况,在晴天中午可以采取一定的遮光降温措施,或适时灌
溉,尤其是喷灌,有利于降低火棘温度、增加空气相对湿度,减
少水分蒸腾[19 -20],是提高火棘叶片光合水平的重要措施。
相关分析表明,在相关环境因子相关性显著的情况下,环
境因子对青冈的各项光合生理特性影响的显著性不明显;而
火棘各项光合生理参数则受环境影响较大。植物自身的生理
因子与环境生态因子相互作用,共同影响青冈、火棘的光合生
理功能。喀斯特的特殊地域环境、生态因子限制了石漠化地
区的植被恢复。本研究仅针对贵州喀斯特石漠化治理区最主
要的岩石植被群落优势种进行观测,关于其他石漠化区中岩
石物种的光合生理特征仍然需要进一步研究。在喀斯特环
境,特别是受损的喀斯特环境中,植被会产生特殊的适应机
理,因此对石漠化治理中的植被群落的人工诱导演替恢复,不
仅要从植被群落内部生理机制出发,还要结合外界生态环境
的变化特点,因地制宜地选取适宜物种和群落组建模式。
参考文献:
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王志春. 秸秆预处理后集中还田对农作物及土壤的影响[J]. 江苏农业科学,2016,44(6):480 - 482.
doi:10. 15889 / j. issn. 1002 - 1302. 2016. 06. 140
秸秆预处理后集中还田对农作物及土壤的影响
王志春
(江苏省盐城市新洋农业试验站,江苏盐城 224049)
摘要:大量的秸秆在经过预处理后还田,研究其对作物生长及产量构成因素的影响,检测土壤中氮磷钾及有机质
含量的变化。研究显示,大量的秸秆在经过预处理后还田,不仅可以完全替代化肥实现作物高产,还能显著增加土壤
氮磷钾及有机质的含量,改良土壤,实现农业的可持续发展。究其原因,除了秸秆分解释放出大量营养物质可供给作
物生长需求外,大量分解秸秆的微生物活动,还能固定、利用环境中的矿质元素,最终转化为作物可利用的形式。大量
微生物的次生代谢产物也有利于作物的生长。
关键词:秸秆还田;预处理;菌种;土壤养分
中图分类号:S216. 2 文献标志码:A 文章编号:1002 - 1302(2016)06 - 0480 - 03
收稿日期:2016 - 01 - 15
基金项目:江苏省农业三新工程(编号:SXGC[2016]178)。
作者简介:王志春(1972—),男,江苏盐城人,副研究员,主要从事资
源环境研究。E - mail:wzcyzh@ 126. com。
利用农作物秸秆还田培肥土壤在我国有着悠久的历史,
近年来科研工作者在利用秸秆还田培养土壤肥力等方面也进
行了许多的研究[1 - 4]。秸秆还田不仅提高了土壤腐殖质的含
量,而且提高了土壤腐殖质的品质[5]。无论采用机械化直接
还田技术还是覆盖技术,都可达到蓄水保墒、增加肥力、提高
农作物经济产量的良好效益,可以有效防止因焚烧秸秆所造
成的大气污染和资源浪费,同时还可减少劳动力和能源的投
入,提高劳动生产率,达到高产、高效、低耗和可持续发展的
目的[6]。
一般的秸秆还田,容易发生土壤微生物(即秸秆腐化的
微生物)与作物争夺养分的矛盾,特别是幼苗期,甚至出现黄
苗、死苗等现象,导致减产。所以一般每 667 m2 秸秆粉碎翻
压还田在 300 kg以下,最多不超过 500 kg,否则,会影响秸秆
在土壤中的分解速度及作物产量[7]。
在秸秆直接还田时,一般还需要增施一些速效氮肥,这样
不仅操作复杂、技术性强,还会增加秸秆还田的成本。单位面
积大量秸秆还田,利用秸秆完全替代化肥的研究报道还很少。
为此,我们研究了大量秸秆在经过预处理后集中还田,不使用
任何化肥情况下对农作物及土壤的影响,旨在为秸秆资源充
分利用和农业可持续发展提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 试验设计
1. 1. 1 供试土壤 试验地位于江苏省盐城市东郊新洋农业试
验站内,是江苏沿海地区典型的壤性盐潮土,土壤肥力中等。
1. 1. 2 试验作物 试验作物为小麦,品种为半冬性小麦新品
种淮麦 33。
1. 1. 3 试验设计 本试验于 2013—2014 年进行,设置秸秆
—084— 江苏农业科学 2016 年第 44 卷第 6 期