植物光合作用特質分析

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植物光合作用特質分析

植物功能群是指對環境因子有相似響應,在生態系統中起相似作用的所有植物種的組合[1]。對植物功能群的研究,過去多集中在內蒙古草原生態系統[2-5]和伏牛山森林生態系統中[6-7],而關于浙江省東部天臺山森林生態系統植物功能群的研究還未見報道。

光合作用本質上就是綠色植物通過葉綠體貯存太陽光能的過程。隨著一天中二氧化碳濃度和溫度以及光照強度的變化,植物的光合作用也發生著變化[8]。本研究擬對浙江省天臺山森林生態系統海拔700m處的以喬木木荷(SchimasuPerba)為優勢種的功能群植物光合生理特性進行分析,以期為天臺山森林生態系統的合理利用和森林群落的恢復重建提供依據。

1研究區域與研究方法

1.1自然地理概況

天臺山位于浙江省天臺縣境內,系武夷山仙霞嶺中支由南向北延伸而來。境內峰巒迭嶂,萬壑爭流,主峰華頂山(海撥1098m),地處北緯29°15',東經121°06',在天臺縣東北30km處,這里屬亞熱帶季風性濕潤氣候,氣候溫暖,雨水充沛,年降水量為1700mm,平均相對濕度達85%以上。年平均氣溫為13℃,無霜期約230d。山地土壤系水成巖及火成的花崗巖母質形成的黃壤土,土層厚度在30~100cm,濕潤肥沃。由于水熱條件好,植物生長茂盛,地帶性植被類型主要為中亞熱帶常綠闊葉林,并且發育保存較好[9]。

1.2取樣與測定方法

本研究工作地點在天臺山華頂國家森林公園內,于2011年7月中旬,使用LI-6400便攜式光合測定系統對功能群植物喬木木荷(SchimasuPerba)、灌木柃木(Euryajaponica)和草本茫萁(Dicranopterisdicho-toma)功能葉片(無病蟲害,營養狀況良好)的光合生理生態日變化特性進行測定,主要測定指標包括光合作用速率、氣孔導度等。喬木植株采取離體測定[10],具體方法:使用剪枝剪獲取枝條,迅速將枝條下端浸入水中,剪去5cm長的枝柄,為避免葉片因水分脅迫導致光合能力下降,每測定一個循環后更換一個枝條(約2~3h),灌木和草本植物采取連體測定,測定時選擇天氣晴好,日照充足的天氣。日變化測定時間為8∶00~16∶00,每隔2h進行一次,每類測定5個葉片,每個葉片3個存儲點。同時進行葉片葉綠素含量測定,方法是取與測定光合作用相同位置和成熟程度葉片,用Arnon法[11],使用日本島津UV2401PC型紫外分光光度計測定,各測3片樣葉,每片樣葉重復測試3次,取平均值。

2結果與分析

2.1功能群植物葉片葉綠素含量

葉綠素含量與光合能力成正比,通過對比海拔700m處的植物功能群喬木木荷(SchimasuPerba)、灌木柃木(Euryajaponica)和草本茫萁(Dicranopterisdichotoma)的葉片葉綠素含量(表1),可以看出,木荷(SchimasuPerba)和柃木(Euryajaponica)的葉綠素a、葉綠素b含量以及Chla/Chlb均低于茫萁,這說明草本植物茫萁(Dicranopterisdichotoma)由于葉綠素含量高,從而可以吸收較多的太陽輻射,是草本植物對林下長期低光照的生態適應。草本植物茫萁(Dicranopterisdicho-toma)的Chla/Chlb較低,說明其葉片中葉綠素b的含量相對較高。這樣就能在林下散射光中有效地利用藍紫光,能利用弱光環境中有限的紅光,維持光合作用中心Ⅰ和光合作用中心Ⅱ之間的能量平衡,有利于對弱光環境的適應。

2.2功能群植物光合作用速率日變化

喬木植物木荷(SchimasuPerba)由于植株高大,在功能群的最頂層,因此所接受的陽光也較強,出現了光合午休現象,葉片光合速率日變化曲線呈“雙峰”型,分別于10∶00和14∶00出現峰值,而位于功能群中層和下層的灌木柃木(Euryajaponi-ca)、和草本茫萁(Dicranopterisdichotoma),則由于林下光強遠較上層低,因此葉片凈光合速率低于喬木木荷(Schi-masuPerba),并且沒有出現光合午休現象,其日變化呈單峰曲線。3種植物的凈光合速率日平均值以木荷的為最高,達8.204μmolCO2•m2•g-1,以茫萁的為最低,只有6.812μmolCO2•m2•g-1,柃木為7.564μmolCO2•m2•g-1,介于二者之間。

2.3功能群植物氣孔導度日變化

從功能群植物氣孔導度日變化曲線來看,3種植物葉片的氣孔導度都呈單峰曲線,峰值出現在光照最強時的12∶00,從日平均值來看,3種植物葉片的氣孔導度以接受強光照的喬木木荷(SchimasuPerba)為最高,為0.156mmol•m-2•s-1,以草本茫萁(Dicranopterisdichotoma)的氣孔導度值為最低,只有0.098mmol•m-2•s-1,灌木柃木(Euryajaponica)的氣孔導度日平均值則介于二者之間。

3結論與討論

森林生態系統中,分布著不同的植物功能群,它們根據自身特征的不同占據著不同的生態位,接受不同強度的光照輻射。高大喬木層植物接受較強的直射光,而灌木和草本植物只能接受較弱的散射光,在長期的生態適應過程中,各自形成了對光強的適應機制。在7月份,對海拔700m處的浙江省天臺山植物功能群光合生理生態特性進行了研究,結果表明:3種植物的凈光合速率日平均值以木荷的為最高,其他依次為柃木和茫萁。氣孔導度的日平均值同樣以接受強光照的喬木木荷為最高,灌木柃木次之,草本茫萁最低。木荷和柃木的葉綠素a、葉綠素b含量以及Chla/Chlb均低于茫萁,這說明草本植物茫萁由于葉綠素含量高,從而可以吸收較多的太陽輻射,是草本植物對林下長期低光照的生態適應。

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