全 文 ：林业科学研究　2006, 19 (4) : 463～466
Forest Research
　　文章编号 : 100121498 (2006) 0420463204
环境因子对毛乌素沙地紫穗槐光合、蒸腾速率的影响
张友焱 1, 2 , 刘致远 3 , 周泽福 2 , 党宏忠 2 , 李 卫 2
(1. 北京林业大学 ,北京 100083; 2. 中国林业科学研究院林业研究所 ,国家林业局林木培育重点实验室 ,北京 100091;
3. 山西省吕梁山森林经营局车鸣峪林场 ,山西 吕梁 033400)
摘要 :用 L i26400便携式光合仪 ,于 2004年 6—9月测定了毛乌素沙地紫穗槐的光合速率与蒸腾速率 ,研究了光合速
率和蒸腾速率日变化特征及环境因子对其的影响 ,结果表明 :光合速率日变化在 6、7月呈双峰型 ,峰值分别出现在
8: 00和 18: 00时 ,在 8、9月呈单峰型 ,最大值出现在 12: 00时 ;蒸腾速率日变化在 6、7月呈双峰型 , 6月峰值分别出
现在 10: 00和 18: 00时 , 7月峰值分别出现在 10: 00和 16: 00时 ,低谷都出现在 14: 00时 ,在 8、9月呈单峰型 ,峰值出
现在 12: 00时 ; 8月是光合速率和蒸腾速率最大的月份 ,分别为 15. 48μmol·m - 2 ·s- 1、5187 mmol·m - 2 ·s- 1。在
土壤含水量和光强适宜的情况下 ,空气湿度对紫穗槐光合速率和蒸腾速率的影响大于温度 ;在 6—9月 ,紫穗槐的水
分利用效率呈现波动 ,表明其光合速率、蒸腾速率受环境影响较大。
关键词 :毛乌素沙地 ;紫穗槐 ;水分利用效率 ;光合速率 ;蒸腾速率
中图分类号 : Q945. 11 文献标识码 : A
收稿日期 : 2005204207
基金项目 : 国家“863”农业节水专项 (2002AA2Z4271)部分内容
作者简介 : 张友焱 (1975—) ,男 ,湖南岳阳人 ,助理研究员 ,北京林业大学博士生 1
The Influence of Env ironm en t Factors on Photosyn thetic and Tran sp ira tion
Ra te of Am orpha fru ticosa in M aowusu Sandland
ZHANG You2yan1, 2 , L IU Zhi2yuan3 , ZHOU Ze2fu2 , DANG Hong2zhong2 , L I W ei2
(11Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;
21Research Institute of Forestry, CAF; Key Laboratory of Tree B reeding and Cultivation, State Forestry Adm inistration, Beijing　100091, China;
31Forest Bureau of Lvliang, Lvliang　033400, Shanxi, China)
Abstract: The L i26400 portable photosynthesis system was used for the dynam ic research of photosynthesis and transp iration
of Am orpha fruticosa in Maowusu sandland, and the environmental factors were recorded at the same time. This paper ana2
lyzed the diurnal change of photosynthesis and transp iration of Am orpha fruticosa and the effect of environmental factors.
The results indicated that the photosynthetic rate disp layed two2peak pattern in June and July and the peaks were at 8: 00
and 18: 00, and it disp layed one2peak pattern in August and Sep tember and the peak was at 12: 00. The transp iration rate
disp layed two2peak pattern in June and July and the peaks were at 10: 00 and 18: 00 in June and at 10: 00 and 16: 00 in Ju2
ly, and it disp layed one2peak pattern in August and Sep tember and the peak was at 12: 00. The highest photosynthetic and
transp iration rates were in August and they are 15. 48μmol·m 22 ·s– 1 and 5. 87 mmol·m22 ·s– 1. Under the favorable
conditions of soil moisture and light, the photosynthetic and transp iration rates were affected by air hum idity obviously. In
different months, the water use efficiency of Am orpha fru ticosa was fluctuated, and this indicated that photosynthesis and
transp iration were affected by environmental factors.
Key words:Maowusu sandland; Am orpha fruticosa; water use efficiency; photosynthetic rate; transp iration rate
植物的光合作用是生态系统生产力形成的基
础 ,也是物质循环的重要环节 ,而蒸腾作用是植物水
分运移的动力 ,因此研究植物的光合、蒸腾特性是了
解植物生理特性的重要途径。紫穗槐 (Am orpha fru2
林 　业 　科 　学 　研 　究 第 19卷
ticosa L. )是豆科 (Legum inosae)紫穗槐属 (Am orpha
L. )的一种多年生落叶丛生小灌木 ,其萌蘖能力强、
耐沙压、生长迅速 ,近些年将其作为毛乌素沙地植被
建设中的重要造林树种。许多学者对紫穗槐做了大
量的研究 , 主要集中在树种的栽培 [ 1, 2 ]、防护效
益 [ 3～6 ]、抗性研究及营养化学成分的提取 [ 7～12 ]等方
面 ,对其耗水性方面也有少量研究 ,主要是针对苗
木 [ 13, 14 ] ,而对其光合和蒸腾特性的研究较少 ,缺乏
各季节的动态研究。本文通过测定毛乌素沙地紫穗
槐 6—9月的光合速率与蒸腾速率 ,研究紫穗槐光合
速率与蒸腾速率日变化特征及环境因子对其的影
响 ,全面掌握其生长特性 ,特别是水分生理特征 ,为
制定合理栽培措施提供参考 ,为该地确定适宜的造
林树种提供依据。
1 研究区概况
试验地选在内蒙古乌审旗 ( 38°57′N , 109°17′
E) ,该地区位于毛乌素沙地腹地 ,属北温带极端大
陆性季风气候 ,其特点是干旱少雨 ,风大沙多 ,多年
平均降水量 347. 5 mm ,年平均蒸发量 2 591. 9 mm;
年平均气温 21. 8～22. 6 ℃,年日照时数 2 886 h左
右 ,无霜期 120～135 d。土壤类型以沙土为主 ,乔木
树种以合作杨 ( Popu lus ×X iaozhuan ica W. Y. H su et
L iang cv.‘Opera’)、旱柳 (Sa lix m atsudana Koidz. )、
榆树 (U lm us pum ila L inn)为主 ; 灌木树种以沙柳
(S a lix psamm oph ila C. W ang et Ch. Y. Yang)、柠条
(Ca ragana korsh insk ii Kom. )、羊柴 ( Hedysarum leave
Maxim)、油蒿 (A rtem isia ordosica Krasch. )为主 ;草本
植物主要有沙打旺 (A straga lus adsu rgens Pall. )、苜
蓿 (M ed icago sa tiva L. )等。
2 材料和方法
测定的紫穗槐为平茬后 3年生 ,生长在沙丘底
部 ,呈簇状 ,株高 1. 5 m,地径 1 cm 左右。试验于
2004年 6—9月进行 ,从紫穗槐顶端往下选取舒展
的第 4片复叶的中间部位小叶片 ,测定其光合速率
和蒸腾速率 ,并同步测定环境因子。
2. 1 光合速率、蒸腾速率日变化的测定
于 6—9月 4个不同生长时期的晴天 ,从 6: 00 -
18: 00时 ,用 L i26400便携式光合仪 (美国 )测定单叶
片的光合速率、蒸腾速率 ,同步记录空气温度、湿度
等环境因子。每 2 h测 1次 ,每次测定相同叶位上
正常生长的 3片叶 ,然后取其平均值。每个月测定 3
d,从中选取 1 d有代表性的数据。
2. 2 土壤含水量的测定
用土钻取样烘干的方法。在测定当日取土 ,呈
三角形布置 3个重复 ,土层深度 100 cm,每隔 10 cm
取 1土样 ,每层土壤含水量取 3个数的平均值。
2. 3 水分利用效率
紫穗槐水分利用效率为净光合速率与蒸腾速率
的比值。
3 结果与分析
3. 1 光合速率、蒸腾速率日变化
从图 1看出 ,紫穗槐的光合速率在 6、7月日变化
呈双峰型 ,峰值出现在 8: 00和 18: 00时 ,第 1峰值大
于第 2峰值 ,这与当地的气候有关 :在 8: 00和 18: 00
时 ,光强已达到光饱和点 (紫穗槐的光饱和点为 1 200
μmol·m - 2 ·s- 1 ) ,而此时空气温度和湿度有利于光
合作用 ; 8、9月的光合速率日变化呈单峰型 ,最大值出
现在 12: 00时。从表 1可看出 :光合速率 6到 8月逐
渐增大 ,在 8月达最大 , 9月又变小 ,这与生长季有关 ,
9月紫穗槐处于生长末期 ,光合作用减弱。
图 1　紫穗槐 6—9月光合速率的日变化
表 1 光合速率、蒸腾速率及水分利用效率各月变化
项 目 6月 7月 8月 9月
平均净光合速率 / (μmol·m - 2 ·s– 1 ) 9. 02 10. 44 15. 48 7. 04
平均蒸腾速率 / (mmol·m - 2 ·s– 1 ) 2. 64 4. 37 5. 87 2. 73
水分利用效率 / (μmol·mmol– 1 ) 3. 57 2. 72 3. 61 3. 71
　　蒸腾速率的日变化趋势与光合速率的基本一
致 ,在 6、7月日变化呈双峰型 (图 2) ,在 6月峰值出
现在 10: 00和 18: 00时 , 7月峰值出现在 10: 00和
16: 00时 ,低谷都出现在 14: 00时。7月蒸腾速率的
峰值与光合速率的相比 ,其第 1峰值推后 ,而第 2峰
值提前 ,这与空气温、湿度对光合作用和蒸腾作用的
影响有关。在 8、9月蒸腾速率的日变化呈单峰型 ,
峰值分别出现在 14: 00和 12: 00时 ,这与李雪华 [ 15 ]
测定的基本一致 ,但峰值出现的时间不同 ,有所推
迟 ,这可能与不在同一地区测定有关。蒸腾速率的
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第 4期 张友焱等 :环境因子对毛乌素沙地紫穗槐光合、蒸腾速率的影响
月变化同光合速率的趋同 ,最大值也出现在 8月。
图 2　紫穗槐 6—9月蒸腾速率的日变化
3. 2 环境因子的变化
3. 2. 1 土壤含水量、光强的变化 　紫穗槐根系主
要集中在地表下 1 m的土壤中 [ 5 ] ,这一土层的水分
变化严重影响紫穗槐的生长。从图 3看出 , 6—9月
土壤含水量基本上均随土壤深度的加深而增加 ; 6、8
月的土壤含水量变化基本相似 ; 7月的土壤含水量
变化较大 ,在 50 cm 处明显降低 ,然后再升高。从
100 cm深土层土壤含水量的平均值来看 , 9月最大 ,
平均含水量为 2317% ,其次为 6、8月 , 7月最小 ,平
均含水量为 1517%。
图 3　6—9月土壤含水量随土层深度的变化
光是影响植物生理功能的重要环境因子 [ 16 ]。
从图 4可以看出 ,各月光强 8: 00—16: 00时的值较
大 ,维持在紫穗槐的光饱和点以上 ,在 12: 00时达最
大。6、7、8月的光强基本相同 , 9月最小。
图 4　6—9月光强的日变化
3. 2. 2 空气温、湿度日变化 从图 5可以看出 ,除
9月最高气温出现在 12: 00时外 ,其它各月空气温
度从早上逐步升高 ,在 14: 00时达最大 ,然后下降 , 4
个月的气温从大到小依次为 7、8、6、9月 ;空气湿度
的日变化与空气温度的相反 ,除 9月最低湿度出现
在 12: 00时外 ,其它各月随空气温度的升高空气湿
度逐渐减小 ,在 14: 00时达最小 , 4个月的湿度由大
到小依次为 8、7、6、9月 ,其中 , 7月空气湿度的变化
大于其它各月 (图 6)。
图 5　6—9月空气温度的日变化
图 6　6—9月空气湿度的日变化
313　环境因子对光合速率和蒸腾速率的影响
从图 1～3可以看出 ,光合速率、蒸腾速率的日
变化不同于土壤含水量的变化 , 7月土壤含水量最
低 ,但光合速率和蒸腾速率在 6—9月居中 , 6、8月
的土壤含水量变化基本一致 ,但光合速率和蒸腾速
率差别较大 ,说明这 4个月的土壤含水量对光合速
率、蒸腾速率的影响不大 ,从而可以认为 100 cm深
的土壤平均含水量在 15. 7% ～23. 7%时对光合速
率、蒸腾速率的影响较小。只有当土壤含水量低于
某一值时 ,土壤含水量才对光合速率产生较大的影
响 ,这有待进一步研究。从图 4 可知 , 6—9 月
8: 00—16: 00时光强大于紫穗槐的光饱和点 (图 4) ,
因而 ,此时光强的变化对其光合速率的影响不大。
从图 1、2、5、6看出 : 6—8月光合速率和蒸腾速
率并不随气温的升高、湿度的降低一直上升 ,而 9月
的这种趋势明显 ,这是因为光合、蒸腾作用存在适宜
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林 　业 　科 　学 　研 　究 第 19卷
的空气温、湿度范围 ,高温、低湿将抑制光合速率和
蒸腾速率 ,在 9月 ,因季节的变化 ,空气温、湿度的抑
制作用减弱。在其它条件适宜的情况下 ,温度适宜
时其光合速率较大 ,由 9月份的光合速率与温、湿度
的变化可知 ,适宜的空气温度在 20 ℃以上 ,由其它
月份温度的变化影响也证明了这一点。在 6、7月的
6: 00和 8: 00时 ,空气温度和湿度的变化趋于一致 ,
光合速率的变化也趋于一致 ,而 10: 00时 7月的空
气湿度下降大于 6月 ,使得 7月光合速率下降大于 6
月 ,从而可知空气湿度对光合、蒸腾速率的影响大于
空气温度 ,这一点也可从图 2、5、6看出 , 8月份的温
度居中 ,但光合速率、蒸腾速率最大。适宜的温度是
光合的重要因子 ,但在适宜的温度下 ,湿度的影响将
起主导作用 ,这说明紫穗槐是一种喜湿的植物种。
3. 4 水分利用效率变化
水分利用效率 (WUE)是光合速率与蒸腾速率
的比值 ,它表示植物对环境资源的利用水平。从图
7看出 ,除 6月份外 ,紫穗槐的水分利用效率日变化
呈双峰型 ,峰值出现在 8: 00和 18: 00时。8: 00时是
一天中水分利用效率最大的时段 ,这表明紫穗槐一
天中 8: 00时前和 16: 00时后对水分的利用水平高。
由于 8: 00时光强已达到光饱和点 ,空气温度和湿度
适宜 ,此时紫穗槐光合速率高、蒸腾速率低 ,提高了
其水分利用效率 ,而后随着空气温度的升高和空气
湿度的降低 ,水分利用效率降低 ,空气温度和湿度的
定量影响有待进一步的研究。
图 7　紫穗槐 6—9月水分利用效率日变化
从图 7还看出 ,紫穗槐水分利用效率一天中波
动较大 ,季节的变化也不稳定 ,说明其受环境因子的
影响较大。测定的 4 d中 ,紫穗槐最大日平均水分
利用效率为 3. 71μmol·mmol– 1 ,比李雪华 [ 15 ]所测
的高 ,这可能与不在同一地区测定有关 ,也进一步表
明环境因子对紫穗槐水分利用效率的影响较大。经
同步测定 :油蒿和羊柴的日平均最大水分利用效率
分别为 3. 05、2. 87μmol·mmol– 1 ,与此相比 ,紫穗槐
水分利用效率较高 ,这对植物的生长是非常有利的。
作为引进灌木 ,紫穗槐生长在沙丘底部 ,其水分利用
效率高于部分当地乡土树种 ,表明其适宜在沙丘底
部栽植。
4 结论
(1)在 6、7月紫穗槐光合速率和蒸腾速率的日
变化均呈双峰型 , 8、9月均呈单峰型。8月的光合速
率和蒸腾速率最大。
(2)在土壤含水量和光强适宜的情况下 ,空气
湿度对紫穗槐光合、蒸腾速率的影响大于空气温度
的 ,紫穗槐光合作用适宜的空气温度在 20 ℃以上。
(3)一天中 8: 00时前和 16: 00时后紫穗槐的水
分利用效率高 ,水分利用效率呈现波动 ,表明其受环
境因子的影响较大 ;紫穗槐具有较高的水分利用效
率 ,适宜在沙丘底部栽植。
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