西鄂尔多斯国家自然保护区中乌海四合木核心区不同物种的光响应特性差异分析报告

西鄂尔多斯国家自然保护区中乌海四合木核心区不同物种的光响应特性差异前言研究地点与方法结果分析讨论韩富任SX140994前言光合作用是生态系统碳平衡的重要生理过程，植物的光合作用对外界环境的变化是非常

敏感的，外界环境的变化会通过影响植物光合作用的过程进而对生态系统的碳平衡造成影响，甚至会造成全球的气候变化。[3]光、温、水、热等环境因子与光合作用的进行密切相关，而这些因子中，光是光合作用的主导因子，是绿色植物进行光合作用的前提条件，光量子通量密度与植物净光合速率之间的关系则可以用植物光合作用的光响应曲线进行描述。[4]我们对每种绿色植物均可作出光合作用对光的响应曲线，[5]光响应曲线的方法在植物生理研究中的应用是广泛的。[6]从曲线上可以计算并判断植物的光补偿点（LCP），光饱和点（

LSP），初始量子效率（α），暗呼吸速率（Rd）及最大光合速率（Pmax），[7]而这些参数正是研究各种尺度的植物生理生态学过程的基础，也是研究植物光合作用等生理生态过程对全球气候变化响应的重要依据。目前国内外对光响应曲线主要是用直角双曲线与非直角双曲线两种方法进行拟合，并得出相应的生理参数。[8-10]本文以西鄂尔多斯国家自然保护区中乌海四合木核心区中的四合木（Tetraena

mongolicaMaxim）、霸王（Sarcocephalus

xanthoxylon）、沙冬青（Ammopiptanthus

mongolicus）、红砂（Reaumuria

Linn）四种孑遗植物的成年植株为研究对象，采用直角双曲线与非直角双曲线两种方法对其光响应曲线进行研究，比较两种方法拟合结果的差异，为该地区植被生理生态过程模拟及荒漠生态系统与孑遗植物的保护等相关研究提供参考。2.研究地点与方法2.1研究地区概况西鄂尔多斯国家级自然保护区位于内蒙古自治区鄂托克旗西部和乌海市境内，地理坐标为106°40′—107°44′，北纬39°13′—40°11′。总面积为682.64万亩。主要保护对象为四合木、半日花等古老残遗濒危植物和荒漠生态系统，属荒漠生态系统类型自然保护区。我们研究的区域为西鄂尔多斯国家自然保护区中乌海四合木核心区，是为保护四合木群落而设置的，面积0.49万公顷。它是保护区内四合木群落长势最好，成片面积最大的区域。位于桌子山与岗德格尔山之间的台地上。西鄂尔多斯属于温带四季分明的强大陆性、弱季风性、干旱半干旱气候区。年平均降水量不足

155

mm，而蒸发量3400～3500

mm，是年降水量的20倍以上，湿润系数小于0.13。[11]2.2研究方法2.2.1实验设计选择标准地中健康成年的四合木、沙冬青、霸王、红砂植株，使用Li-6400便携式气体分析系统对各树种叶片的光响应曲线进行测量，测量的时间为9:00

am—12:00

pm。为保持其它环境因子稳定且适宜，观测过程中，将叶温设置为30℃，大气中CO2

浓度为390μmol·m-2·s-1左右，用LI-6400的人工光源(LI-6400-02B红蓝光源)，并手动设置光强(2000，1500，1200，1000，800，600，400，200，100，50，30，0μmol·m-2·s-1)，3次重复。2.2.2数据分析•利用R(3.2.2)软件，将式（1）与式（3）通过迭代法分别对每一组光响应曲线进行拟合，得出相应的α、Pmax、Rd以及Lcp

（光补偿点，即光合作用过程中吸收的CO2和光呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度，在光响应曲线中Pn

=0时的I值，单位:μmol·m-2·s-1

)，最后对每种树的各个参数值求平均。3.结果分析3.1不同树种参数的比较2233423341113111214242424334213421用直角双曲线与非直角双曲线拟合得到的各树种参数α、Rd

和Pmax的大小顺序是相同的:α值的顺序为红砂＞霸王＞四合木＞沙冬青；Rd值的顺序为红砂＞四合木＞霸王＞沙冬青；

Pmax的大小顺序为红砂＞沙冬青＞霸王＞四合木。但是两种方法得到的Lcp的值有差异，直角双曲线得到的Lcp的顺序为四合木＞沙冬青＞红砂＞霸王；

非直角双曲线得到的Lcp的顺序为四合木＞红砂＞沙冬青＞霸王。在该实验条件下，红砂的光合作用对光的响应更敏感，沙冬青对光的敏感性相对较弱。红砂的光合能力更强，四合木的较弱，沙冬青的暗呼吸较弱。3.2两种拟合结果的比较从图1中能够发现，不同树种，由直角双曲线与非直角双曲线拟合的结果的差异一致。当光强较弱的情况下，直角双曲线的初始斜率比非直角双曲线的大。由于非

直角双曲线考虑了曲线的凸度，而直角双曲线不考虑曲线的弯度，因此指教双曲线

的初始较大，才能使曲线的拟合更符合实测点。[9]因此，非直角双曲线的拐点比直角双曲线的更加明显，在强光下趋于平缓，光饱和点明显，而直角双曲线在强光下仍

有上升的趋势。结合表1可以看出，4个树种由直角双曲线拟合得出的α、Rd

和Pmax

的值均大于非直角双曲线的拟合结果，而拟合得出的Lcp的值则是非直角双曲线拟合的结果大于直角双曲线拟合的结果。4.讨论用直角双曲线与非直角双曲线拟合的方法对西鄂尔多斯国家自然保护区中乌海四合木核心区中的4种孑遗植物：四合木（Tetraena

mongolica

Maxim）、沙冬青（Ammopiptanthusmongolicus）、红砂（Reaumuria

Linn）、霸王（Sarcocephalus

xanthoxylon）叶片光合作用的光响应曲线进行拟合。实验结果表明：（1）用两种曲线拟合出的参数α、Rd

和Pmax的大小顺序是相同的，但直角双曲线拟合的参数α、Rd

和Pmax均大于非直角双曲线拟合的结果。由两种方法得出的4个树种Lcp的值大小顺序不同。（2）自然条件下一般植物的表观量子效率范围为0.03~0.05，[15]植物最大初始量子效率理论上在0.08～0.125之间,且在强光下光响应曲线趋于平缓[9]，本文用直角双曲线拟合的结果与上述结论接近，直角双曲线拟合值在0.03~0.1之间；而非直角双曲线与上述结论稍有偏差拟合值在0.02~0.05之间。这可能是测量的树种不同引起的差异。从这点上看，直角双曲线拟合得出的值比非直角双曲线拟合得出的值符合以上的结论。直角双曲线法参数比较少，拟合时也比较简单，被广泛采用应用。但非直角双曲线法考虑了曲线的凸度，因此，非直角双曲线的拐点比直角双曲线的更加明显，在强光下趋于平缓，光饱和点明显。为此，研究植物光合作用的光响应时，在选择光响应曲线拟合方法上，应根据实验要求与实际情况，并注意两种方法的差异。[16]（3）本研究的结果是在西鄂尔多斯国家自然保护区中乌海四合木核心区测定的（7月下旬），测定时叶温控制在30±4℃，空气中的相对湿度为20%左右，大气中的CO2浓度为390μmol·m-2·s-1左右，结果得出红砂具有更高的光响应敏感性，也具有较高的光合能力，四合木具有较弱的光合能力，沙冬青的暗呼吸较弱。参考文献洪大力.提高林分光能利用的途径[J].中国林业,2007,

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