阴晴天条件下高CO2浓度对杂交稻光合作用影响的FACE研究

光和二氧化碳(CO₂)是绿色植物光合作用的两个基本条件.为了明确不同光照条件下,高CO₂浓度对不同杂交水稻光合特性的影响,2017年利用稻田大型FACE平台,以‘Y两优900’和‘甬优538’为供试材料,设置环境CO₂和高CO₂浓度(增200 μmol·mol^-1)两个水平,分别在拔节期和灌浆期同时测定阴、晴天气条件下顶部全展叶光合特性参数.结果表明: 高CO₂浓度使不同天气情况下两品种叶片的净同化率(P_n)均呈增加趋势,其中晴天条件下的增幅(31%)大于阴天(25%),拔节期的增幅(37%)大于灌浆期(21%),CO₂与天气、CO₂与生育期均存在显著的互作效应.叶片水分利用效率(WUE)对高CO₂浓度的响应趋势与P_n一致.高CO₂浓度环境下叶片气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)均呈下降趋势,晴天条件下的降幅略大于阴天.与晴天相比,阴天条件下叶片P_n、g_s、T_r、WUE和L_s平均分别下降41%、18%、41%、26%和27%,差异均达显著或极显著水平.相关分析表明,晴天P_n、g_s、T_r均与阴天时的参数呈极显著正相关关系.表明阴天使水稻生育中、后期叶片光合参数及其对高CO₂浓度的响应均大幅降低,且两品种表现一致.评估未来水稻产量潜力需要考虑天气条件.     

不同天气水稻光合日变化对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

人类活动导致大气二氧化碳浓度(CO_2)升高、全球气候变暖和光合有效辐射(PAR)降低,影响着绿色作物的光合作用。为了明确高CO_2浓度、高温和低PAR对水稻光合日变化特征的影响,利用中国稻田开放空气CO_2浓度升高系统(free air CO_2enrichment,FACE),以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol/mol)、环境温度和增高温度(增1—2℃)交互的4个处理,从9:00到17:00每隔1h测定了阴天和晴天水稻的光合作用,研究了不同天气对水稻光合日变化对大气CO_2浓度和温度升高的响应。观察到不同天气条件下水稻光合日变化的不同特征,晴天Pn为双峰曲线,发生了光合"午休",阴天未发生。结果表明,高CO_2浓度显著提高了水稻Pn,温度升高有降低水稻Pn趋势,CO_2浓度增加200μmol/mol对水稻光合作用的促进效应远大于增温1—2℃对其的抑制效应。高CO_2浓度显著增加了水稻胞间CO_2浓度(Ci),降低了水稻蒸腾速率(Tr),平均降幅为10.8%—22.0%。高温有降低Ci的趋势,增加了Tr,平均增幅达5.0%—13.5%。晴天比阴天增加了水稻Tr,平均增幅为9.8%—31.2%。CO_2浓度和温度同时升高显著降低了水稻气孔导度(Gs)。这些结果说明CO_2浓度、温度和PAR对水稻水分利用率(WUE)产生综合影响。阴天PAR比晴天平均低53.3%,阴天水稻Pn比晴天显著低,平均降幅达37.1%—72.0%。与对照比较,高CO_2浓度处理,较高PAR(晴天)条件下水稻Pn的增幅(38.6%—58.4%)显著大于较低PAR(阴天)条件下水稻Pn的增幅(21.6%—38.8%),这一现象值得关注和深入探讨。研究结果表明,评估气候变化对水稻生产的影响,需同时考虑未来大气CO_2浓度和温度升高以及PAR下降的因素及其相互作用。     

紫花苜蓿和菊苣比叶面积和光合特性对不同用量保水剂的响应

为研究紫花苜蓿(Medicago sativa)和菊苣(Cichorium intybus)叶片生长和光合生理对不同用量保水剂的适应能力和生理响应机制,以不施保水剂作为对照(CK),测定了施用不同用量保水剂(15 kg · hm~(-2),30 kg · hm~(-2))条件下大田种植的紫花苜蓿(Medicago sativa)和菊苣(Cichorium intybus)的比叶面积和光合特性.结果表明,保水剂对紫花苜蓿的比叶面积无显著影响(P>0.05),但对菊苣的比叶面积具有显著影响(P<0.05).对紫花苜蓿而言,保水剂施用量为15 kg · hm~(-2)时,其P_n、g_s和WUE均显著高于对照(P<0.01),但施用量为30 kg · hm~(-2)处理时,其P_n、和g_s均显著低于对照处理(P<0.01),但是却维持较高的WUE;对菊苣而言,施用保水剂降低了其P_n和T_r(P<0.01),但WUE与对照无显著差异(P>0.05),这表明紫花苜蓿和菊苣采取两种不同的生理适应策略来适应变化了的水分环境条件.紫花苜蓿P_n与g_s、P_n与T_r的相关性均以保水剂施用量为30 kg · hm~(-2)处理最紧密(P<0.01),而P_n与WUE的相关性则以对照最为紧密,依次为15 kg · hm~(-2)处理和30 kg · hm~(-2)处理;菊苣P_n与g_s、Tr和WUE的相关性强弱均表现为15 kg · hm~(-2)处理<30 kg · hm~(-2)处理<对照,表明保水剂影响叶片气体交换参数之间的关系.研究表明,不同植物叶片参数和光合特性对保水剂的响应并不具有一致性,植物可以根据环境条件的变化调节其形态和生理过程,以维持其正常生长.     

增施CO_2对温室番茄结果期叶片光合特性的影响

针对日光温室冬春季生产CO_2匮缺严重的现象,以不增施CO_2[(400±25)μmol·mol~(-1)(C0)]为对照,研究增施不同浓度CO_2[(600±25)μmol·mol~(-1)(C_1)、(800±25)μmol·mol~(-1)(C_2)、(1000±25)μmol·mol~(-1)(C_3)]对番茄‘兴海12号’结果期光合色素、净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、胞间CO_2浓度(C_i)以及水分利用率(WUE)等光合特性的影响,旨在明确北方地区日光温室番茄结果期适宜的CO_2浓度,为番茄的生产实践提供理论依据。结果表明:增施不同浓度CO_2后,番茄结果期叶片光合色素含量均明显增加;P_n、C_i和WUE显著提高;G_s和T_r显著下降;且CO_2浓度为(1000±25)μmol·mol~(-1)时效果最佳。增施(1000±25)μmol·mol~(-1)CO_2能有效改善番茄结果期叶片光系统、增强其光合作用,有利于番茄的生长发育。     

黄土丘陵区土壤水分对黄刺玫叶片光响应特征参数的影响

在半干旱黄土丘陵区,以3年生黄刺玫(Rosa xanthina L.)植株为材料采用盆栽控水试验,利用CIRAS-2型便携式光合作用测定系统在8个土壤水分含量下测定了黄刺玫叶片的光响应过程。探讨了黄刺玫光合生理参数与土壤水分的定量关系及土壤水分效应等级划分问题。结果表明:黄刺玫的净光合速率(P_n)、光合量子效率(Φ)、水分利用效率(WUE)、胞间CO_2浓度(C_i)和蒸腾速率(T_r)对土壤水分都具有明显阈值响应特征。土壤相对含水量(RWC)在36.2%—81.2%范围内,黄刺玫在强光下的P_n和WUE水平较高,光合作用不会发生明显的光抑制。RWC为66.5%左右时,Φ与P_n达到最高水平,表现出较强的光能利用潜力;RWC为81.2%为时,T_r达最大值,RWC为44.5%时,WUE为最大值。依据黄刺玫叶片P_n、C_i、T_r和WUE与土壤水分的定量关系确定RWC在低于36.2%时为"低产低效"等级,在36.2%—44.5%之间为"低产高效"等级,44.5%—66.5%为"高产高效"等级,66.5%—81.2%为"高产中效"等级,在高于81.2%时为"低产低效"等级。     

自由空气中CO_2浓度和温度增高对粳稻叶片光合作用日变化的影响

利用中国稻田开放式空气CO_2浓度增高系统(free air CO_2enrichment,FACE),以常规粳稻"武运粳23"为试验材料,设置两个CO_2浓度(环境和高CO_2浓度)和两个气温水平(环境温度和高温),测定水稻移栽后61、75、92、109和118 d不同时刻(09:00、11:00、13:00、15:00和17:00)叶片的光合作用,研究增高的CO_2浓度和温度及其互作对大田生长水稻光合作用日变化的影响。结果表明:大气CO_2浓度增高200μmol·mol-1使移栽后61 d各时刻净光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)均大幅增加(约40%),但随生育进程推移增幅明显变小,至灌浆末期接近对照水平;高CO_2浓度使移栽后75、92和109 d不同时刻气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)多呈一致的下降趋势,最高降幅分别为14%和5%;高CO_2浓度对水稻生长前期叶片胞间与周围空气CO_2浓度之比(Ci/Ca)和气孔限制值(Ls)多无显著影响,但使最后3个测定时期Ci/Ca明显增加(4%~8%),Ls因此大幅下降(10%~27%);大田生长期平均增温1℃使水稻生长前期各时刻叶片Pn、Gs、Tr和WUE多呈增加趋势,但至生长末期多呈相反趋势;大气CO_2浓度和温度增高对移栽后61 d叶片Pn有微弱的正向互作,但对其他时期以及对其他光合参数多无交互作用。综上所述,大气CO_2浓度增高200μmol·mol-1对常规粳稻"武运粳23"光合参数的影响明显大于增温1℃;两种生长温度下CO_2熏蒸水稻均表现出明显的光合适应现象。     

关键生育阶段持续干旱对东北春玉米光合特性的影响

采用持续无补水方式对东北春玉米"丹玉39"拔节至成熟阶段进行干旱胁迫处理,对干旱及复水过程中玉米光合特性进行动态观测,研究净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)等光合作用中主要变量以及表观量子效率(AQY)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)等光合参数对干旱过程的响应特征。结果表明:P_n、T_r、G_s和C_i随干旱持续均呈减小趋势,对干旱的响应在抽雄期比拔节期更为明显,T_r比P_n更快,C_i在弱光条件下比强光更敏感;各变量对干旱后复水的响应差异较大,恢复能力随干旱时间的延长而下降,在抽雄期弱于拔节期;经历短期干旱复水后P_n会超过正常植株;T_r对复水的响应滞后于P_n,恢复能力弱于P_n;C_i对干旱后复水的恢复在强光下更为敏感;各光合参数中,随干旱加重,AQY先增大后减小;P_(nmax)不断减小且响应速度加快,对复水的恢复能力逐渐下降;LCP和LSP分别呈增大和减小趋势;除LCP与土壤湿度呈显著负相关关系外,AQY、LSP、P_(nmax)以及光合作用可利用光强范围均随土壤湿度增大而显著增大。     

CO2浓度倍增对谷子拔节期和灌浆期光合色素含量和PSⅡ功能的影响

研究了CO_2浓度倍增对谷子(Setaria italica (L.)Beauv.)叶片单位鲜重和单位叶面积叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Car)的含量以及PSⅡ功能的影响。结果表明,CO_2浓度倍增能提高拔节期成熟叶片和灌浆期成熟旗叶的Chl和Car的含量,并且能提高这两种叶片PSⅡ反应中心开放部分的比例。然而拔节期叶片和灌浆期旗叶的qN值和PSⅡ总的光化学量子产量,以及 F_v/F_o、F_v/F_m和F_d/F_s的值对CO_2浓度倍增的响应不同,表明CO_2浓度倍增对拔节期叶片光合功能的改善优于灌浆期的旗叶。     

褪黑素对盐胁迫下香椿幼苗生长及离子吸收和光合作用的影响

以香椿幼苗为材料,采用水培法研究不同浓度褪黑素(0、50、100、200和400μmol/L)对盐(150 mmol/L NaCl)胁迫下香椿幼苗生长指标、矿质元素离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和胞间CO_2浓度(C_i)等光合作用指标的影响,以探究外源物质褪黑素对盐胁迫下香椿幼苗生长和生理的调控作用。结果表明:(1)在盐胁迫条件下,香椿幼苗的生长受到显著抑制,叶绿素含量和P_n显著降低,叶片和根系中Na~+含量比对照(CK)显著增加,而K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)含量以及离子含量的比值(K~+/Na~+、Mg~(2+)/Na~+和Ca~(2+)/Na~+)则明显下降,且丙二醛含量显著增加。(2)施加适宜浓度褪黑素能显著促进盐胁迫下香椿植株生长,降低其叶片和根系中Na~+含量,提高其K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量和离子含量比值以及叶片P_n、T_r、水分利用效率(WUE)和G_s和C_i,但却降低了气孔限制值(L_s)。(3)适宜浓度褪黑素使盐胁迫下香椿植株叶片的丙二醛积累明显下降,叶绿素含量显著上升。研究发现,外施适宜浓度的褪黑素能降低盐胁迫下香椿幼苗叶片和根系内Na~+浓度,增加K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)浓度,调控植物体内细胞的离子平衡状态,增强对营养元素的吸收,提高光合作用效率,从而提高香椿幼苗对盐胁迫的抗性,并以100μmol/L褪黑素处理的效果最佳。     

春季典型天气下城市街头绿地内大气颗粒物浓度变化特征

以无锡市河埒口休闲广场街头绿地为对象,研究了典型天气条件(晴天、多云、雨后阴天)下绿地内4种粒径颗粒物(TSP、PM10、PM2.5和PM1)的质量浓度变化规律及其影响因素。结果表明:(1)绿地内TSP、PM10、PM2.5和PM1质量浓度日均值均为:晴天多云雨后阴天。雨后阴天的PM10、PM2.5和PM1浓度均极显著高于晴天和多云,多云天气的PM2.5和PM1浓度极显著高于晴天。多云和阴天天气下PM2.5和PM1质量浓度的增幅远高于TSP和PM10。(2)在观测时段内,晴天和多云4种粒径颗粒物的日变化曲线基本一致,上午浓度高于下午,7:00和13:00—15:00分别出现峰值和低谷;雨后阴天时,随时间推进颗粒物浓度呈递增趋势。晴天时小粒径颗粒物所占比例日变化与其浓度协同变化,多云和雨后阴天时则基本呈相悖状态。(3)3种天气条件下,街头绿地内仅晴天时PM2.5浓度达到国家二类功能区质量要求,其他均超出二级浓度限值。(4)晴天街头绿地内主要为粒径2.5~10μm的PM10污染,污染较轻;而多云和雨后阴天时TSP、PM10和PM2.5污染均较严重,TSP污染以粒径10μm的颗粒物为主,PM10以粒径2.5μm的为主,PM2.5主要为1~2.5μm范围内的颗粒物污染。(5)空气相对湿度是无锡高湿环境下影响颗粒物浓度的最主要因子。晴天,颗粒物浓度与风速、气温、光照强度呈显著负相关,与相对湿度、车流量呈显著正相关;多云天气大气颗粒物浓度与湿度呈显著正相关,与其他因素相关性均未达显著水平;雨后阴天时大气颗粒物浓度与湿度呈负相关,与其他指标相关性不显著。     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.     

粳稻生育后期剑叶光合日变化和光合色素对大气CO2浓度和温度升高的响应——FACE研究

为研究水稻叶片光合色素和光合日变化对大气CO₂浓度和气温升高的响应,我们采用在开放空气中控制升高CO₂浓度和温度的方法,以常规粳稻南粳9108为试验材料,设置了环境CO₂和高大气CO₂浓度(增加200 μmol·mol^-1)、环境温度和增温(增加1～2 ℃)交互的4个处理,测定了灌浆中期和后期水稻剑叶的光合日变化特征和光合色素含量.结果表明: 水稻剑叶净光合速率(P_n)为双峰曲线,发生了光合“午休”现象;大气CO₂浓度升高提高了剑叶P_n,灌浆中期和后期平均分别增加了47.6%和39.1%;高温有降低P_n的趋势,但相关性未达到显著水平.大气CO₂浓度和温度升高导致水稻剑叶生育后期气孔导度(g_s)平均分别降低了17.0%和11.8%.高CO₂浓度水稻剑叶生育后期蒸腾速率(T_r)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总叶绿素和叶绿素a/b值显著降低,平均降幅分别为5.9%、50.4%、21.3%、41.4%、39.4%和21.4%,明显增加了剑叶水分利用率(WUE),平均增幅达47.9%.与之相反,生育后期增温使水稻剑叶T_r增加了10.2%,使WUE平均降低了20.4%.综上所述,大气CO₂浓度升高对粳稻生育后期剑叶P_n、g_s和光合色素含量的影响明显大于增温效应.因此,应重视大气CO₂浓度和温度对水稻光合作用和光合色素的综合效应,减弱增温的负效应.     

QTLs affecting morph-physiological traits related to drought tolerance detected in overlapping introgression lines of rice (Oryza sativa L.)

Plant photosynthetic traits such as net photosynthetic rate (P_n), stomata conductance (g_s), transpiration rate (T_r), and intercellular CO₂ concentration (C_i), are known to relate to drought tolerance in plants, but the genetic basis of these traits remains largely uncharacterized because of the difficulty in phenotyping physiological traits in a large mapping population. In this study, a set of 55 overlapping introgression lines (ILs) in the Teqing (indica) background were used to genetically dissect several morph-physiological traits and their relationship with grain yield under water stress and non-stress conditions. These traits included specific leaf weight (SLW), chlorophyll content (CC), leaf stomata frequency (SF), P_n, g_s, T_r, and C_i. A total of 40 QTLs affecting the measured traits were identified and mapped to 21 genomic regions in the rice genome. Clustered QTLs affecting P_n, g_s, T_r, and C_i in the same genomic regions suggest common genetic bases for the physiological traits. Low or no phenotypic correlations between leaf morphological traits and photosynthetic traits and between morph-physiological traits and grain yield (GY) appeared to be due to inconsistence in QTL effect for clustered QTLs, unlinked QTLs affecting different traits, and to possible epistasis that could not be adequately addressed in this study. Our results indicate that improving drought tolerant (DT) of rice by selecting any single secondary traits is not expected to be effective and the identified QTLs for GY and related morph-physiological traits should be carefully confirmed before to be used for improving DT in rice by MAS.     

促生小菇属菌株M23对黑果腺肋花楸光合作用的影响

以黑果腺肋花楸为试验材料,设置5个处理组,分别为阴性对照(CK)、阳性对照(PCK)、大田条件下根施低剂量T₁(每株50 g)、中剂量T₂(每株100 g)和高剂量T₃(每株200 g)3个水平的小菇属菌株M23,分析各处理组黑果腺肋花楸的农艺性状、叶绿素含量和生理指标,并利用Li-6400便携式光合仪测定光合特性日变化。结果表明: 黑果腺肋花楸净光合速率(P_n)呈双峰曲线,在13:00时叶片的气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)均明显下降,而胞间CO₂浓度(C_i)却显著升高,出现由非气孔限制因素引起的光合“午休”现象。加菌处理可成功避免光合“午休”现象,与13:00时对照组黑果腺肋花楸的平均值相比,加菌组的平均P_n、g_s、T_r、水分利用率(WUE)和光能利用率(LUE)提高了113%、91%、50%、48%和117%,且日均P_n、g_s、T_r和LUE显著高于对照组,分别约是对照组平均值的1.5、1.9、1.4和1.5倍。在加菌处理组中,高剂量的作用效果显著优于中、低剂量,株高是中、低剂量组的1.2倍。高剂量组黑果腺肋花楸的所有生长指标、光合参数和抗性指标均优于其他组。表明菌株M23可以通过提高黑果腺肋花楸的光合特性、增强对外界环境的适应能力等促进植株生长,且以每株200 g作用效果最佳。     

关键发育期干旱及复水过程对春玉米主要生理参数的影响

为深入了解玉米在关键发育期干旱条件下的耗水特征及致灾机理,对春玉米‘丹玉39’分别从拔节(T₁)和抽雄(T₂)期开始采用持续无补水方式进行干旱及复水试验,基于对叶和根水势、主要光合变量(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、气孔导度g_s、胞间CO₂浓度C_i)以及茎流速率(SF)的动态观测,研究各生理参数对干旱及复水过程的响应特征.结果表明: 叶、根水势均与土壤湿度呈对数关系,不同时期干旱使二者都减小,对根水势的影响比叶水势提前,与拔节期相比,抽雄期叶水势的干旱响应偏早,根水势偏晚;叶水势在T₁处理复水后能得到恢复,但不能恢复到正常水平,T₂处理不能恢复;T₁处理的根水势对复水的响应比叶水势更快,且更接近于正常水平.P_n和T_r对T₂处理的响应快于T₁处理;复水后二者对T₁处理的恢复速度快于T₂处理,T₁和T₂处理P_n分别超过和达到正常水平,而T_r分别能和不能达到正常水平;T_r对T₁处理的响应早于P_n,二者对T₂处理的响应一致;各处理g_s对干旱的响应与P_n一致;T₁处理的C_i与P_n趋势一致,T₂处理相反.各干旱处理SF比对照减小,在晴天比阴天响应明显,SF对T₂处理的响应比T₁处理敏感,在一定干旱水平后响应敏感性减弱;复水后SF比对照明显增大,T₂处理的增幅小于T₁处理.     

氮和土壤微生物对水曲柳幼苗生长和光合作用的影响

以长白山地区典型树种——水曲柳为研究对象,通过室外控制试验,分析了氮、微生物及其相互作用对水曲柳幼苗生物量分配、生长和光合作用的影响.于2017年6月采用二因素随机区组设计试验,共4个处理:对照(F)、加氮(FN)、灭菌(FS)、灭菌加氮(FSN),6个重复区组,每个区组内每处理3个重复,即每个处理有18株幼苗.2018年8月中旬进行光合指标的测定,并于同年9月初收获植物,测量生物量及生长指标.结果表明: 与F相比,FN使水曲柳幼苗的总干质量显著提高14%,基径提高9%,叶绿素含量、净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)分别显著提高75%、318%、231%、227%;FS使总干质量显著提高12%,基径提高9%,叶绿素含量、P_n、g_s、T_r分别显著提高34%、213%、120%、115%;FSN使总干质量显著提高23%,基径提高14%,叶绿素含量、P_n、g_s、T_r分别显著提高81%、672%、312%、273%.氮、土壤微生物及其交互作用对水曲柳幼苗的生物量、生长和光合作用有着显著作用,土壤微生物在一定程度上调控了水曲柳幼苗对氮的响应.     

晋西黄土区水肥调控对苹果-玉米间作系统玉米灌浆期穗位叶光合生理特性的影响

以晋西黄土区典型的苹果-玉米间作系统为研究对象,设置了双因素三水平水肥耦合试验,分析不同水肥调控措施下玉米灌浆期穗位叶光合生理特性.本试验根据玉米及苹果适宜的水分和养分条件设置9(3×3)个处理(W₁F₁、W₂F₁、W₃F₁、W₁F₂、W₂F₂、W₃F₂、W₁F₃、W₂F₃、W₃F₃),设置的3个灌溉水平为:田间持水量(Fc)的50％(W₁)、65％(W₂)和85％(W₃), 3个施肥量水平为:N 289 kg·hm^-2+ P₂O₅118 kg·hm^-2+ K₂O 118 kg·hm^-2(F₁)、N 412.4 kg·hm^-2 +P₂O₅168.8 kg·hm^-2 +K₂O 168.8 kg·hm^-2(F₂)、N 537 kg·hm^-2 + P₂O₅ 219 kg·hm^-2 +K₂O 219 kg·hm^-2(F₃),另设一组无水肥补给的空白对照(CK).结果表明: 不同水肥调控方式对光合指标日变化趋势无明显影响,但水肥补给可提高作物净光合速率(P_n)的峰值,降低作物日水分利用效率(WUE)最大值,延长气孔开放时间,影响胞间CO₂浓度(C_i)最低值的出现及维持时间;各处理光合作用的限制因素均为非气孔因素.蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)均与距树行距离呈极显著负相关(P<0.01),水分利用效率则与距树行距离呈显著正相关(P<0.05);距树行距离平均每增加1 m, T_r可减少0.56~1.41 mmol·m^-2·s^-1,g_s可减少0.028～0.093 mol·m^-2·s^-1,WUE可增加0.08~1.00 μmol·mmol^-1.灌水施肥可以显著提高净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日均值;降低水分利用效率的日均值;W₃F₁拥有最高的净光合速率日均值(10.64 μmol·m^-2·s^-1)、水分利用效率日均值(3.05 μmol·mmol^-1)、气孔导度日均值(0.295 mol·m^-2·s^-1)以及较低的蒸腾速率日均值(4.32 mmol·m^-2·s^-1).多元回归分析结果显示,在拔节-灌浆期内,灌水总量为1300 m³·hm^-2、施肥总量为525 kg·hm^-2时,作物净光合速率最大,理论值为10.32 μmol·m^-2·s^-1.因此,W₃F₁为最利于间作系统作物光合效率改善的水肥调控模式.     

长白落叶松冠层光合作用的空间异质性

以2014年黑龙江省帽儿山林场14年生人工长白落叶松为研究对象,对比分析了各项光合指标、环境因子及光合生理参数在冠层内的空间差异性,并探讨了净光合速率(P_n)与其他指标的关系.结果表明: 在树冠垂直方向,上层P_n、气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于中层和下层,胞间CO₂浓度(C_i)表现为下层>中层>上层;光合有效辐射(PAR)从上层外部到下层内部呈显著降低趋势,水汽压差(VPD)和叶片温度(T_l)表现为上层显著高于中层和下层,相对湿度(RH)则无显著差异;最大净光合速率(P_{n max})、暗呼吸速率(R_d)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)均表现为上层>中层>下层,下层比上层分别降低32.7%、55.8%、80.2%和51.6%,表观量子效率(AQY)表现为下层>中层>上层,下层分别是中层和上层的1.2和1.3倍.水平方向,光合指标和环境因子的差异性主要体现在树冠上层,P_n、g_s、T_r、PAR和VPD表现为树冠外部显著高于树冠内部,而C_i和RH差异不显著;P_{n max}、R_d、LCP和LSP表现为外部>内部,内部比外部分别降低0.4%、37.7%、42.0%和16.4%,而AQY在内部比外部高0.7%.C_i是限制P_n的主要生理因子,PAR是影响P_n的主要环境因子,尤其在弱光区域PAR对P_n的影响十分明显.因此,在模拟和预估树木冠层光合作用时,考虑空间异质性有一定的必要性.     

CO2浓度增加和水分亏缺对典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响

探讨大气CO₂浓度和水分变化对3种典型绿肥植物光合性能及水分利用效率的影响,可为未来气候变化情形下草地生态系统适应性管理提供理论支持。本试验利用可精准控制CO₂浓度的人工气候室,设置400(自然大气)和800 μmol·mol^-1(倍增)两个CO₂浓度,80%土壤田间持水量(FC)(充分灌水对照)、55%～60%FC(轻度水分亏缺)、35%～40%FC(中度水分亏缺)、<35%FC(重度水分亏缺)4个水分梯度,研究CO₂浓度增加和水分亏缺对甘蓝型油菜、白三叶和紫花苜蓿叶绿素含量、气体交换参数及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明: 同一CO₂浓度下,与充分灌水对照相比,当土壤水分<40%FC时,3种植物的叶绿素含量和气体交换参数均显著降低;土壤水分为55%～60%FC时,3种植物的叶绿素总含量无显著变化,而白三叶和紫花苜蓿的光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)降低了6%～25%,但WUE无显著性差异。与大气CO₂浓度相比,CO₂浓度倍增使充分灌水处理下甘蓝型油菜的P_n显著降低了21.5%,而显著增加了轻度水分亏缺下3种植物的P_n,且增加了中度水分亏缺下甘蓝型油菜和紫花苜蓿的P_n,但只对重度水分亏缺下紫花苜蓿的P_n有所改善;CO₂浓度倍增显著增加了白三叶和紫花苜蓿在所有水分处理下的WUE,但只增加了甘蓝型油菜在轻度水分亏缺下的WUE。CO₂浓度和水分的交互作用对3种植物的P_n均有显著影响,但仅对甘蓝型油菜的WUE有显著影响。综上,3种植物对大气CO₂浓度倍增和水分亏缺的响应存在明显差异,CO₂浓度升高能改善轻度水分亏缺对3种植物光合性能和WUE的不利影响,但只改善了重度水分亏缺下紫花苜蓿的光合性能。