全 文 ：B U L I
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E T I N O F BO T AN IC A I
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R E S E A RC H
第 16 卷 第 3期
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199 6年
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7 月
1 9 9 6
星星草光合蒸腾特性的季节变化
阎秀峰 孙国荣 肖 玮
S E A S O N A L C H A N G E S O F P H O T O S Y N T H E T I C
A N D T R A N S P I R A T I O N C H A R A C T E R S O F
P U C C I N E L L I A T E N U I F L O R A
Y a n X i u 一 f e ng S u n G uo 一 or n g X iao we i
〔摘 要〕 对松嫩碱化草地上人工种植生长一至三年的星星草和 自然生长的
天然星星草的光合蒸腾特性 的季节变化进行了 .m1 定 。 星星草光合速率的季节变化
呈单峰曲线 , 抽德期光合速率最大 。 星星草的蒸腾速率则随生育期进程逐渐减小 ,
但单位面积草地上星星草群体蒸腾速率的季节变化为单峰曲线 , 一年生 、 二年生和
三年生星星草的最大值在开花期 , 而 天然星星草 xl 在抽德期 。 星星草水分利用效
率的季节变化也是单峰曲线 , 峰值均在抽德期 。
关键词 星星草 ;生长年份 ;光合蒸腾特性 ; 季节变化
光合作用是植物生长发育的基础 , 而蒸腾作用与植物的水分利 用有直接关系 。 牧草的
光合蒸腾特性对于其地上生物量的形成至关重要 。 因此 , 对于我国北方的主要牧草特别是
羊草和大针茅在这方面有很多研究工作〔 ,一 。`〕 。
星星草 (尸。 c i n el l ia et n u价。 ar )是一种野生的禾本科牧草 , 具有较强的盐碱耐性及抗旱
性 、抗寒性 , 其营养价值仅次于东北的优良牧草羊草 ( A en “ or leP id iu m hc i en n se ) 。 近年来经
筛选驯化并通过人工种植用于治理碱斑 、改 良碱化草地 , 效果 良好 , 已有一定面积 的推广 。
几年来 , 我们在松嫩盐碱草地对人工种植在碱斑土壤上生长不 同年份的星星草以及天然星
星草地中星星草的生长状况及光合生理生态特性进行了较为系统的研究 。 前面分别报导了
星星草种群地上生物量 的季节动态 、 星星草的光合蒸腾 日变化 以及与羊草比较研究的结
果 〔“ 一 `3〕 , 本文介绍人工种植生长不同年份星星草以及天然生长星 星草光合蒸腾特性的季
节变化 。
阎秀峰 : 哈尔滨 , 东北林业大学森林植物生态学开放研究实验室 (O pe n R~ 二 h l一bo
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N陆n he as t Fb r es t叮 U n ive rs i t y . 陇 r b in 1 5 00 40 ) 。
孙国荣 、 肖玮 : 哈尔滨 , 哈尔滨师范大学生物系 ( eD aP rt ~
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黑龙江省自然科学基金资助项目 。
19 9 5 年 s 月收稿 。
3 期 阎秀峰等 :星星草光合蒸腾特性的季节变化
1
.研究对象及研究方法
该项研究的测定工作在肇州县草原试验场上进行 , 该场位于黑龙江省肇州县西北部 , 属
松嫩平原西部 , 其自然概况详见前文 lt `〕。 测定的星星草分别是人工种植在碱斑地上一年 、
二年 、 三年并成片生长良好的星星草 (以下分别称一年生 、 二年生 、三年生星 星草 )和盐碱草
地上自然生长的星星草 (简称天然星星草 ) 。 松嫩盐碱草地上的星星草一般在 4 月初返青 ,
到 7 月初生殖枝便衰老枯死 ,从返青到生殖枝枯死只有 9 0 天左右 。 测定当年星星草于 4 月
10 日返青 。 从返青开始 , 我们分别在星星草的分莫期 ( 5 月 16 日 ) 、拔节期 ( 5 月 2 7 日 ) 、 孕
穗期 ( 6 月 9 日 ) 、抽穗期 ( 6 月 2 0 日 ) 、 开花期 ( 6 月 2 7 日 )和完熟期 ( 7 月 6 日 )进行 T 测定 。
这些生育时期对应的从返青日算起的生育天数分别为 36 、 47 、 60 、 71 、 78 和 87 天 。
光合蒸腾特性的测定工作利用自行组装的野外光合蒸腾测定系统完成 , 具体配置及测
定方法详见前文 〔` ’〕 。 每个生育期均连续测定 3 天 , 每天在 10 : 0 0一 12 : o 时进行测定 , 各测
3 个样本 , 每个样本重复 3 次。
2
. 结果 、 分析及讨论
2
.
1 星星草光合速率的季节变化
通过仪器测定计算的光合速率是被测定星星草的净光合速率 , 即总光合速率与呼吸速
率的差值 , 亦称表观光合速率 。 为叙述方便 , 本文中均简称为光合速率 。 通常植物的光合速
率用单位面积叶片在单位时间内同化 COZ 的量表示 。 由于星星草的叶片细小 , 叶面积不易
测定 , 另外 , 我们测定的部位也不仅仅是星星草的叶片 , 而是包括茎甚至穗在 内的整个地上
部分 , 因此采用单位重量 (鲜重或干重 )星星草地上部分在单位时间内同化 C 0 2 的量来表示
光合速率 。 这样 , 很容易通过地上生物量的测定将测定结果换算为单位面积草地上星星草
群体的光合速率 。
星星草光合速率的季节变化如图 1 所示 。 每小图中标号 1 的曲线代表以单位鲜重表示
的光合速率 , 标号 2 的曲线代表以单位干重表示的光合速率 , 标号 3 的曲线则代表 以单位面
积草地表示的群体光合速率 。 图中的测定点依次对应于星星草的六个生育时期 , 即分萦期 、
拔节期 、孕穗期 、抽穗期 、开花期和完熟期 。
由图 1 可以看出 , 用不同单位形式表示的光合速率的季节变化规律是比较相似的 , 而
且 , 不同生长年份的星星草以及天然星星草的表现也较一致 。 除天然星星草以单位干重表
示的光合速率外 , 其它曲线的峰值均在抽穗期 。 根据我们对星星草地上部分生产力结构的
研究结果 (待发表 ) , 相对于其它生育期 , 星星草在抽穗期的叶生物量较大 。 叶片是植物进行
光合作用的主要器官 , 其光合能力要 比其它器官 (如茎 )强很多 , 星星草在抽穗期的高光合速
率可能与此有一定关系 。 不过 , 抽穗期和孕穗期的叶生物量是比较相近的 , 而且从叶生物量
占整个地上生物量的比例看 , 抽穗期要小于孕穗期 , 更小于拔节期和分萦期 , 这又说明 , 星星
草在抽穗期的光合能力强于其它生育时期 (因为测定结果是整个地上部分的光合速率 ) 。 上
述结果表明 , 抽穗期对于星星草地上生物量的形成和物质生产是极为重要的时期 。
比较不同生长年份星星草的光合速率可以发现 , 从单位鲜重或干重星星草的光合速率
植 物 研 究 6 1卷
2 0一年生星星草
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二年生星星草
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图 1 星星草光合速率的季节变化
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看 , 一年生星星草最高 , 其次是二年生和三年生的星星草 , 天然星星草的光合速率最低 。 这
表明一年生星星草的光合能力是最强的 。 但从单位面积草地上星星草群体的光合速率看 ,
则是三年生星星草最高 , 其次是二年生的和一年生的星星草 , 天然星星草与一年生星星草相
近 , 仍为最低 。 由上可见 , 尽管一年生星星草的光合能力最强 , 但其群体的光合速率却较低 。
一年生星星草的地上生物量在测定的星星草中是最小的 〔’ 4〕 , 这与其较低的群体光合速率有
一定的对应关系 。
2
.
2 星星草蒸腾速率的季节变化
星星草蒸腾速率的季节变化见图 2 , 图中各曲线标号所代表的单位含义与光合速率相
同 , 只不过这里是蒸发的水量 。 与光合速率不同的是 , 不同单位表示的蒸腾速率的季节变化
是有区别的 , 以单位重量 (鲜重及干重 )表示的蒸腾速率随生育时期的变化是一致的 , 即随生
育时期的增加蒸腾速率减少 , 生长不同年份的星星草以及天然星星草均是如此 。 这种变化
趋势与星星草地上部分的含水量随生育时期的逐渐减少是有一定关系的 (表 1 ) 。 当然 , 植
物的蒸腾作用除与自身的水分供应状况有关外 , 还与外界环境如光照 、 温度 、 湿度有密切关
3 期 阎秀峰等 : 星星草光合蒸腾特性的季节变化
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图 2 星星草蒸腾速率的季节变化
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系 , 有关星星草蒸腾速率季节变化与环境因子的关系间题将另文讨论 。
表 1 星星草地上部分的相对含水量 《占鲜重 % )
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一年生星星草 7 5 . 9 3 7 4 . 3 7 7 2 . 4 1 7 1 . 3 9 68 . 6 1 66 5 7
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二年生星星草 7 5 . 14 7 2 . 8 3 7 0 . 4 3 6 8 . 89 6 6 . 63 6 3 . 9 1
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三年生星星草 7 2 . 4 8 69 . 4 7 6 8 . 4 1 65 . 3 7 6 2 . 1 3 5 9 . 94
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天然星星草 7 0 . 03 6 7 . 98 66 . 8 7 63 . 2 1 60 7 7 59 . 95
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单位面积草地上星星草群体蒸腾速率的季节变化与上述以单位重量表示的蒸腾速率的
季节变化不同 , 在星星草的整个生育时期呈单峰曲线 (图 2 ) 。 而且 , 峰值出现的生育时期也
植 物 研 究 1 6 卷
不完全相同 , 一年生 、 二年生和三年生星星草的峰值是在开花期 , 而天然星星草则在抽穗期 。
可见星星草通过蒸腾对水分消耗最大的生育时期是在抽穗期至开花期 , 这一时期星星草对
土壤中水分的需求量也将是最大的 。
不同生长年份星星草的蒸腾作用也是有差异的。 从单位重量星星草的蒸腾速率衡量 ,
一年生的星星草明显高于其它生长年份的星星草 , 其次是天然星星草 , 而后是二年生和三年
生的星星草 , 而后三者相差不多 。 如果从单位面积草地上星星草群体的蒸腾速率看 , 则以三
年生星星草最大 , 其次是二年生星星草 , 而后是天然星星草 , 而一年生星星草则最小 。
2
.
3 星星草水分利用效率的季节变化
本文所说的水分利用效率不是指通常农学上所用的水分利用效率 , 而是从生理学角度
考虑的水分利用效率 , 是指植物每蒸腾一定量的水分所同化的 C OZ 的量 , 即光合速率与蒸
腾速率的比值 , 以 mmo lC q mo l
一 `H ZO 表示 。 计算的结果如图 3 所示 , 水分利用效率的变化
在整个生育期中亦呈单峰曲线 , 峰值均在抽穗期。 可见 , 抽穗期不仅是星星草需水量较大的
时期 , 同时也是水分利用效率最高的时期 。 这均表明抽穗期在星星草生长发育过程中的重
_ 一年生星星草 o en 一 y ea r 二年生星星草 T w 。 一 ye ar
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_ 三年生星星草 T h r e e 一 y e a r 天然星星草 N a r u r a l g or w t h
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图 3 星星草水分利用效率的季节变化
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松嫩盐碱草地处于半干旱地区 , 水分供应对于植物生长已是制约 因素 。 而土壤的严重
盐碱化更为植物吸收水分增添了困难 。 因此 , 植物具有较高的水分利用效率 , 或者说能在保
持较低的蒸腾作用情况下 , 利用有限的水分进行较高程度的光合作用 , 对于植物生长发育是
极为重要的 。 由图 3 看 , 从全生育期衡量 , 三年生星星草水分利用效率最高 , 其次是二年生
的星星草 , 而后是一年生星星草 , 天然星星草的水分利用效率最低 。
A B S T R A C T
W e m e a s u r e d t h e s e a so n a l e h a n g e s o f p h o t os y n t h e t i e a n d t r a n s p iar t i o n e h a r a e t e sr o f P u e
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参 考 文 献
〔1〕 戚秋慧等 , 19 8 3 : 内蒙古羊草草原群落光合速率日变化及其与环境条件之间相互关系的初步研究 . 生态学报 3( 4) :
3 3 4 一 3 4 1 0
〔2〕 戚秋慧等 , 1 98 : 内蒙古乌兰察布盟四子王旗羊草草原群落光合速率的比较研究 , 草原生态系统研究 (第二集 ) . 75 一
8 1
。
〔3〕 杜占池等 , 19 8 3 : 羊草光合生态特性的研究 . 植物学报 2 5( 4) : 372 一 3 7 90
〔4 〕 杜占池等 , 19 8 8 : 羊草和大针茅光合生态特性的 比较研究 . 草原生态系统研究 (第二集 ) . 52 一 6 60
〔5〕 杜占池等 , 19 8 8 : 土壤干早条件下羊草和大针茅光合作用午间降低的内因探讨 , 草原生态系统研究 (第二集 ) , 科学出
版社 , 8 2 一 9 1 。
6[ 〕 杜占池等 , 1 9 8 8 : 羊草不同叶龄叶片光 一光合特性的初步研究 . 植物学报 3 0 ( 2) : 19 6 一 2 06 。
7[ 〕 杜占池等 , 19 8 8 :十种草原植物光合速率与光照的关系 . 生态学报 8( 4) : 31 9 一 3 2 30
〔8〕 姜恕等 , 19 84 : 内蒙古锡林郭勒盟地区大针茅群落光合速率日变化的比较研究 . 植物学报 26 (6) : 翻4 一 6 5 2 。
〔9] 宋炳姐等 , 1 9 8 5 : 锡林河流域羊草草原的植物蒸腾特点及其群落水分利用的初步研究 . 草原生态系统研究 (第一集 ) ,
科学出版社 , 8 3 一 92 。
〔10 ) 杨宗贵等 , 1 9 8 : 羊草和大针茅等草原植物的光合速率与水分关系的研究 , 草原生态系统研究 (第二集 ) , 科学出版
社 , 6 7 一科 。
( 11〕 阎秀峰等 , 19 94 : 羊草和星星草光合燕腾 日变化的比较研究 , 植物研究 14 ( 3) : 2 8 7 一 2 91 。
〔12 〕 阎秀峰等 , 19 95 : 人工种植星星草的光合燕腾日变化 . 植物研究 1 5( 2) : 2 52 一 2 5 50
〔13 ) 肖玮等 , 1 9 95 : 松嫩盐碱草地星星草种群地上生物 t 的季节动态 . 哈尔滨师范大学 ( 自然科学学报 ) 1 1 ( 1 ) : 81 一 8 30