全 文 ：文章编号:1000-694X(2001)03-0227-05
脆弱生态带典型区域几种锦鸡儿属
优势灌木的光合特征
收稿日期:2000-12-15;改回日期:2001-02-13
基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G2000048704);中科院寒区旱区环境与工程研究所知识创新工程项目(CACX210031)资助
作者简介:周海燕(1963—),女(汉族),内蒙古赤峰市人 ,理学硕士 ,副研究员 ,主要从事干旱区植物生理生态研究。
周海燕1 , 张景光1 , 龙利群1 , 赵 亮2
(1.中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所沙坡头沙漠试验研究站 , 甘肃 兰州 730000;2.兰州大学 干旱农业生态国家
重点实验室 , 甘肃兰州 730000)
摘 要:小叶锦鸡儿在原产地科尔沁沙地光合速率可达 12.21 μmol·m-2·s-1 , 引种至腾格里沙漠后降低了 11.63
倍 ,光合日变化曲线由“凹谷”型变为“单峰”型;毛乌素沙地中间锦鸡儿的光合速率在引种前为 4.5 μmol·m-2·s-1 ,
引种后降低了 3 倍 ,光合日变化曲线由“双峰”型变为“单峰”型;在相同的环境条件下 ,柠条和中间锦鸡儿光合等特
性相似 ,以小叶锦鸡儿光合速率最低 , 引种前后降幅最大 , 说明其对引种地的适应性不及中间锦鸡儿。
关键词:脆弱生态带;小叶锦鸡儿;中间锦鸡儿;柠条;光合特征
中图分类号:Q945.11 文献标识码:A
科尔沁沙地 、毛乌素沙地和腾格里沙漠东南缘
均为我国北方干旱 、半干旱脆弱生态带的典型区域 ,
分别属于半干旱干草原 、干旱荒漠化草原和草原化
荒漠气候区[ 1 ～ 3] ;虽然 3区的建群优势灌木种类不
同 ,但又有其相似性 ,如豆科锦鸡儿属不同种类灌木
———小叶锦鸡儿 、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿(柠条)
则分别是各区主要的建群种之一。以往我们曾在原
产地对上述 3 种灌木的光合特征分别作过研
究[ 4 ～ 6] ,发现其光合日变化特征不同 ,并推测主要
是因为地理位置的不同所致;那么它们在相同的地
理位置相同的小环境条件下其光合特性又将如何变
化呢 ?为此 ,我们对 1976年引种于沙坡头苗圃的 3
种灌木进行了光合及相关因子的研究 ,并与原产地
进行对比 ,旨在找出其共性与差别 ,为今后更深入探
讨锦鸡儿属灌木对沙漠环境的适应机制提供有用参
考。不同地区间的测定是在不同年份进行的 ,尽管
测定的季节一致 ,测得的小环境因子相似 ,但是否具
可比性值得商讨 ,本文仅作为一种尝试 。
1 自然概况与研究方法
1.1 自然概况
试验区分别位于①科尔沁沙地南部 120°55′E 、
42°23′N ,年降雨量366 mm ,且主要集中在6 ～ 8月份 ,
年蒸发量1 935 mm ,年平均温度 6.4℃,属半干旱干
草原地带。 ②毛乌素沙地东北部 109°51′E 、39°02′N ,
年降雨量 350 mm ,主要集中在 7 ～ 9月份 ,年蒸发量
2 150 mm ,年平均温度 6.2℃,属干旱荒漠化草原地
带。③腾格里沙漠东南缘 104°51′E 、37°27′N ,年降雨
量181 mm ,主要集中在 6 ～ 8 月份 ,年蒸发量3 000
mm ,年平均温度 9.6℃,属草原化荒漠地带 。
1.2 材料与方法
测定的植物种为科尔沁沙地的建群灌木小叶锦
鸡儿(Caragana m icrophyl la)、毛乌素沙地的建群灌
木中间锦鸡儿(C .intermedia)、腾格里沙漠的建群
灌木柠条(C.korshinski i)。原产地的测定地点选
择在无灌溉条件的流动—半流沙地 ,其中柠条选择
在防护林体系内的裸沙地;引种区的测定地点选择
在腾格里沙漠东南缘有灌溉条件的引种圃内。
测定选择在晴天无风日进行 。测定枝选择在树
冠中部向阳方向 ,每种灌木选择 3株长势良好的作
为测定株 ,每次测定 3 ～ 6个重复 。
光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、
光合有效辐射(PAR)、空气相对湿度(RH)、气温
(CT)、大气 CO2浓度(Ca)用美国 CI 301PS 光合
测定系统测定;植物小枝水势(ψw)用兰州大学 ZLZ
-4型压力室测定;土壤含水量用烘干称重法 。
2 实验结果与分析
2.1 沙区小环境因子的变化特征
3区的测定时间均为植物生长旺季的 8 月 5日
第 21卷 第 3期
2001年 9月
中 国 沙 漠
JOURNAL OF DESERT RESEARCH
Vol.21 No.3
S ep.2001
至8月 20日 ,就植物进行光合时的小环境条件看
(图 1),毛乌素沙地的 CT 适中 , RH 较大 , PAR 、Ca
和土壤水分(土壤含水量 3.49%)条件稍好 ,利于光
合;但在科尔沁沙地早 6:00 PAR 即达1 000 μmol·
m-2·s-1 ,且 RH(73%)、CT(25℃)、土壤含水量
(4.2%)均为最适 ,为沙区植物提供了最佳的光合条
件 ,其余时间则和引种圃相似;腾格里沙漠的流沙区
与引种圃相比 ,由于流沙区土壤含水量(2.75%)高
于引种圃(1.92%)且气流不畅 ,使 CT 较高 , RH 较
低 ,不利于光合。
2.2 小叶锦鸡儿引种前后光合等特征的变化
由于原产地较好的土壤水分条件 ,使植株 ψw
(图 2-d)在早晚可恢复到-1.68和 -1.55 MPa ,结
合早晚最适的光合作用小环境条件 ,我们看到此时
叶片 Gs(图 2-c)达到了 217.6 mmol·m-2·s-1和
图 1 沙区小环境因子日变化
PAR -光合有效辐射;RH-相对湿度;CT-气温;Ca-大气CO 2 浓度
Fig.1 Diurnal v ariations of environmental factors on the sandy dune
图 2 小叶锦鸡儿引种前后光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和水势(ψw)的日变化
Fig.2 Diurnal variations of pho tosynthetic rate(Pn), transpiration rate(E), stomatal conductance(Gs)
and leaf water potential(ψw)of C.microphylla
228 中 国 沙 漠 21卷
173.7mmol·m-2·s-1 , Pn(图 2-a)相应升至 17.87
μmol·m-2·s-1和 4.18 μmol·m-2·s-1 ,是日间的
12和 2.8 倍 , E(图 2-b)亦呈现相同的变化趋势 。
引种至腾格里后 ,尽管早晨温度 、湿度适宜 ,但由于
没有一定的光照条件 ,同时由于土壤含水量低 ,植物
小枝水势无法恢复到较高水平 ,气孔导度低 ,光合和
蒸腾没有出现早晚剧增的现象 。除早晚外的其余时
间里两地灌木的 Pn 、E 、Gs 、ψw 变化曲线相似 ,值
相近 , Pn 在原产地为 1.49 μmol·m-2·s-1 ,引种地
为 1.05 μmol·m -2·s-1 ,但若按整日计 ,则原产地的
Pn 值为引种地的 11.63倍 。
2.3 中间锦鸡儿引种前后光合等特征的变化
仅就灌木光合作用而言 ,毛乌素沙地的光 、温 、
湿条件无疑是 3 区内的最佳组合 ,它使中间锦鸡儿
植株体内水分状况最好 , ψw 最高(图 3-d),日间 Gs
(图 3-c)最大 ,相应的 Pn(图 3-a)和 E(图 3-b)值最
高 。引种至腾格里后 ,上述各特征值均大幅度降低 ,
其中 Pn 降低了 3倍 ,光合日变化曲线由原产地的
“双峰”型变为“单峰”型 ,说明在水分条件好 ,小气候
条件相对适宜的毛乌素沙地 , Pn 、E 、Gs 、ψw 只在午
后 13:00降至最低 ,但很快便得到恢复。
图 3 中间锦鸡儿引种前后光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和水势(ψw)的日变化
Fig.3 Diurnal varia tions of photosynthetic rate(Pn), transpiration rate(E),
stomatal conductance(Gs)and leaf w ater potential(ψw)of C.intermedia
图 4 沙地和引种圃内柠条光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和水势(ψw)的日变化
Fig.4 Diurnal variations of photosynthetic rate(Pn), transpiration rate(E), stomatal
conductance(Gs)and leaf w ater potential(ψw)of C.korshinskii
229 3期 周海燕等:脆弱生态带典型区域几种锦鸡儿属优势灌木的光合特征
2.4 引种圃和流沙区柠条光合等特征的变化
腾格里沙漠流沙地的土壤含水量高于引种圃 ,
灌木小枝水势(图 4-d)相应提高;同时由于相对稍
好的温湿条件 ,使流沙地柠条 Gs(图 4-c)高 ,其 Pn
(图 4-a)日均值亦高(流沙地为 1.99 μmol·m-2·
s
-1 ,引种圃为 1.20 μmol·m -2·s-1),但 E 值却稍
低。两者 Pn 和E 的日变化曲线均呈“单峰”型 。
2.5 3种锦鸡儿属灌木光合等特征的比较
再将 3种灌木放在同样的环境条件下(引种圃
内)进行光合蒸腾等特性的比较(图 5),可以看到 ,3
种灌木 Pn 、E 、Gs 均为低缓的“单峰”型 , 说明土
壤 、气候条件恶劣时 ,植株 Pn仅在上午 9:00有一小
的峰值 ,在午后和傍晚都无法恢复 , Pn 整日低下。由
图中还可看到 ,引种圃内中间锦鸡儿的 Pn 、E 、Gs和
图 5 引种圃内 3 种灌木光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和水势(ψw)的日变化
Fig.5 Diurnal variations of pho tosynthetic rate(Pn), transpiration rate(E), stomatal conductance(Gs)
and leaf water po tential(ψw)of C.microphy lla , C.intermedia and C.korshinski
ψw 在 3种灌木中居最高 ,小叶锦鸡儿最低 ,而柠条
则是在低的水势下保证高的光合蒸腾 ,说明它们对
恶劣环境的适应能力和适应方式不同。
3 小结
(1)就降雨 、蒸发 、气温等大的环境条件而言 ,
科尔沁沙地与毛乌素沙地相近并优于腾格里沙漠;
但由于各地降雨 、气温 、光照等存在年际间 、季节间
和日间的不同变化 ,使各地小的环境因子又有别于
大的气候条件;同时地理位置的不同还可造成光 、
温 、湿的不同组合;植株自身随之进行相应的调节 ,
光合作用和蒸腾作用等生理过程亦呈现相应的变
化。从我们的测定结果可见:毛乌素沙地和科尔沁
沙地在测定日的土壤含水量相近;整日间毛乌素沙
地的温 、湿状况利于光合 ,但早晚光合有效辐射低又
不利于光合;科尔沁沙地在早晚的温 、湿 、光状况均
利于光合 ,而午间的高温 、低湿状况又和腾格里沙漠
相近;腾格里沙漠的高温 、低湿和低的土壤含水量等
环境条件则在 3 区中最为严酷 ,尤其在引种圃内。
由上述环境条件的变化特征我们看到 3地植物的光
合作用呈现“凹谷型” 、“双峰型”和“单峰型” ,植物的
蒸腾作用 、气孔导度和水势等亦呈现不同的调节和
变化。
(2)从小叶锦鸡儿和中间锦鸡儿在引种前后光
合速率日变化特征来看 ,引种前两种灌木均有各自
的光合作用方式 ,但在同一环境条件下两种灌木的
光合日变化特征则相似 ,光合值亦相近 ,这说明两种
灌木在原产地所表现出的光合特征并不具遗传性。
(3)在相同的地理位置和环境条件下 ,小叶锦
鸡儿的光合速率最低 ,引种后的降幅最大 ,说明小叶
锦鸡儿虽然在腾格里沙漠引种成功 ,但却是以光合
生长的大幅度降低为代价的 。中间锦鸡儿引种后光
合速率虽有下降 ,但和本地种柠条相近 ,说明较适合
此地生长。
230 中 国 沙 漠 21卷
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Photosynthesis of Several Dominant Shrubs of
Genus Caragna L.in Ecotone
ZHOU Hai-yan1 , ZHANG Jing-guang 1, LONG Li-qun1 , ZHAO Liang2
(Shap tou Desert Research &E xper imen t S tat ion , Cold a nd Arid RegionsE nvironmen tal a nd Engineering Research Inst itute , CAS ,
Lanzhou 730000 , Ch ina ;2.S tate Key Lab of Ar id Agroecology of Lanzhou U niversity , Lanzhou 730000 , China )
Abstract:The photosynthesis rate of Caragana m icrophy lla decreases by 11.63 times af ter i t have been intro-
duced to Tengger desert from its original area Horqin Sandy Land , where it is 11.21 μmol·m-2.s-1 , and its
photosynthesis diurnal curve changes f rom concave fashion to single-peak.The photosynthet ic rate of C.inter-
media is 4.5 μmol·m-2·s-1 when it grows in M u Us sandy land , but decreases by three time after being intro-
duced , and its photosynthesis diurnal curve changes from tw o-peak to single-peak.In the same environment con-
di tion , the photosynthesis features of C.korshinskii and C .intermedia are similar.The pho tosynthetic rate of
C .microphyl la is the low est and decreases most after being int roduced , which show s that it s adaptabili ty to in-
troduced area is less than C .intermedia.
Key words:Ecotone;Caragana microphyl la;C .Intermedia;C .Korshinskii ;photosynthesis
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