哈尔滨3种木本植物的光合蒸腾作用特性研究

王俊帅+韩来鹏+马腾+杨萌柳+岳莉然

摘 要：利用Li-6400便携式光合测定仪分别对黑龙江省哈尔滨市体育公园阔叶混交林中3种常见木本植物山桃稠李（Padus maackii （Rupr.） Kom）、郁李（Cerasus japonica（Thunb.）Lois.）和五角枫（Acer mono Maxim.）的光合蒸腾特性进行了研究，并就上述植物的各生理生态因子对净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）的影响进行了分析，计算得出3种植物在蒸腾释水和固碳释氧方面的生态效益。结果表明：3种植物的固碳释氧量表现为山桃稠李>五角枫>郁李；蒸腾释水量表现为山桃稠李>五角枫>郁李。

关键词：哈尔滨；净光合速率；蒸腾速率；生态效益

中图分类号：Q945 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.030

森林生态系统水源涵养功能与生态效益评价都与其光合—蒸腾作用的准确估算密切相关。城市中的植物具有多种生态功能，城市植物不仅具有固碳释氧、增湿降温、滞尘等功能从而达到调节城市局部小气候的作用，还具有减少水土流失、消除空气中细菌、减弱城市中的噪音等功能[1-2]。生理生态因子诸如气孔导度、胞间二氧化碳浓度、气孔限制值、有效辐射、温度、相对湿度等对光合蒸腾作用的影响不是单一孤立的，而是相互联系、相互制约的[3-4]。因此，不同地区、不同植物的光合蒸腾作用日变化特征各异且影响不同，植物日变化的主要因子也不尽相同。对植物光合蒸腾特性及相关环境因子的影响进行探究，不仅能对生境适应性的强弱进行合理判断，达到为林分优化工作提供改良思路的目的，亦对我国其它地区同类研究具有重要的借鉴和参考意义[5-6]。本研究针对东北地区部分植物进行光合蒸腾作用特性研究，对于气候寒冷、生长环境恶劣的选种和植物景观设计具有重大的意义。

1 研究区概况

哈尔滨位于东经125°42′～130°10′、北纬44°04′～46°40′之间，地处中国东北平原东北部地区，黑龙江省南部。哈尔滨市不仅是黑龙江省省会城市，更是中国东北北部的政治、经济、文化中心。全市总面积53 068 km2，其中市区面积为10 198 km2。哈尔滨市区地域平坦、低洼，东部多山及丘陵地，东南临近丘陵，北部为山区，中部山势不高，河流纵横，平原辽阔。哈尔滨市体育公园以生态山林带、活力运动带、中心水景带、生态休闲带和中心湖面构成“四带一心”的空间结构，建设以“生态水岸运动”为内容的体育主题公园。设有羽毛球场、篮球场、轮滑滑板场、慢跑道等多个特色运动场所。共栽植乔木6 000余株、灌木1.2万株，中心湖面达到8万 m2。

2 材料和方法

分别在3种植物林内选择健壮植株作为样株，测定时保持叶片自然生长角度不变，进行活体测量。在天气晴朗的2014年7月下旬，采用Li-6400便携式光合测定仪，从8：00—18：00，每隔2 h进行测定。

3 结果与分析

3.1 光合速率日变化分析

自然条件下，山桃稠李和郁李在8：00—18：00观测时段内的净光合速率的日变化属于“双峰”型。如图1所示，山桃稠李的净光合速率于12：00达到第一个高峰，峰值为5.287 μmol·m-2·s-1；近16：00达到另一个高峰，峰值为5.564 μmol·m-2·s-1。郁李的净光合速率于10：00达到第一个高峰，峰值为6.266 μmol·m-2·s-1，第一次达到峰值后降幅较大，在12：00达到谷底，降至2.188 μmol·m-2·s-1，近14：00达到了第二个高峰，峰值为2.449 μmol·m-2·s-1。第二次到达峰值后的下降趋势较为缓慢，在18：00降至负值-0.343 μmol·m-2·s-1。而五角枫的日变化呈“单峰”型，从8：00开始逐渐上升，在下午14：00达到峰值9.612 μmol·m-2·s-1。

3.2 植物蒸腾特性研究

3.2.1 蒸腾速率日变化研究 自然条件下，山桃稠李和郁李的蒸腾速率日变化的曲线表现为双峰曲线。如图2所示，在8：00，山桃稠李的蒸腾速率明显高于其他3种，随后开始逐渐上升，在8：00和16：00分别达到高峰，峰值分别为1.995 g·m-2·h-1和1.600 g·m-2·h-1；于正午12：00达到谷底，最低值为0.788 g·m-2·h-1。郁李在10：00和14：00达到两个高峰，峰值分别为1.625 g·m-2·h-1和1.122 g·m-2·h-1。五角枫的蒸腾速率日变化曲线表现为单峰曲线，在14：00时达到最高值2.219 g·m-2·h-1。

3.2.2 气孔导度日变化研究 从图3来看，相较其他两种植物，山桃稠李的气孔导度日变化最大，呈明显下降趋势，12：00时气孔导度为0.020 mmol·m-2·s-1，随后至16：00之间又呈现上升趋势，16：00后又呈现下降趋势，最终在18：00达到当日的最低值，Cond值为0.028 mmol·m-2·s-1。郁李分别在10：00和14：00达到峰值，Cond值分别为0.040 mmol·m-2·s-1和0.034 mmol·m-2·s-1。五角枫的气孔导度日变化趋势没有波动，不同于另外两种植物，在8：00至14：00之间持续上升，在14：00时达到当日气孔导度日变化的最大值0.047 mmol·m-2·s-1，14：00至18：00呈持续下降趋势。山桃稠李和五角枫两种植物都于正午12：00时气孔导度有不同程度下降，说明正午时间光照强，蒸腾过于强烈，保卫细胞失水导致气孔关闭。且山桃稠李下降幅度显著，说明午间的各生态因子对于山桃稠李的影响比五角枫强烈。

3.3 植物生态效益研究

3.3.1 植物固碳释氧量 同化量公式如下。

P=[（pi+1+pi） ÷2×（ti+1-ti） ×3 600÷1 000]

测定日固定CO2的量为：Wco2=P×44÷1 000

测定日固定O2的量为：W o2 =P×32÷1 000

光合作用：CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2

山桃稠李：P=118.13 mmol·m-2·s-1

Wco2=5.19 g·m-2·d-1

W o2 =3.78 g·m-2·d-1

郁李：P=2.68 mmol·m-2·s-1

Wco2=4.08 g·m-2·d-1

Wo2 =2.97 g·m-2·d-1

五角枫：P=117.36 mmol·m-2·s-1

Wco2=5.16 g·m-2·d-1

Wo2 =3.76 g·m-2·d-1

由表1中3种植物的固碳量及释氧量来看，山桃稠李的光合能力较强，其固碳量达到了5.19 g·m-2·d-1，五角枫次之固碳量达到5.16 g·m-2·d-1，数值相差并不大，郁李的固碳量最少，为4.08 g·m-2·d-1。而其对应的释氧量山桃稠李最高为3.78 g·m-2·d-1，五角枫次之为3.76 g·m-2·d-1，郁李最低。

3.3.2 植物蒸腾释水量 蒸腾总量公式：

E=[（ei+1+ei） ÷2×（ti+1-ti） ×3 600÷1 000]

释水量：WH2O= E×18

山桃稠李： E=51.44 mol·s-1 ·m-2

WH2O=925.92 g·m-2

郁李： E=43.88 mol·s-1 ·m-2

WH2O=789.84 g·m-2

五角枫： E=50.82 mol·s-1 ·m-2

WH2O=914.76 g·m-2

由表2中数据可得以下结论：山桃稠李的蒸腾最强，测定日的蒸腾总量达到51.44 mol·s-1 ·m-2，其释水量为925.92 g·m-2；其次，五角枫的蒸腾总量为43.88 mol·s-1·m-2，释水量为914.76 g·m-2。根据这两种植物的蒸腾释水量大小，可推断山桃稠李和五角枫适合生长在阴凉潮湿的环境中，由于其蒸腾能力较强，若处于干旱环境，易过多失水，不利于自身生长。而郁李在三者中相对来讲是蒸腾较弱的，其本身蒸腾的水分较少，可生长在向阳处。

4 结 论

由Pn值看，山桃稠李的光合速率与其他3种相比较而言优势明显，而在Tr值上，山桃稠李和五角枫则蒸腾较快，且数值相差不大。而在气孔导度方面，五角枫的变化趋势不同于另外两种植物，山桃稠李和郁李均呈现先下降后上升趋势。在光合速率中优势并不突出的五角枫却在蒸腾速率上表现出明显优势，由这两项生态效益指标的比较可以得出结论，光合速率和蒸腾速率的变化不尽相同，说明植物进行的这两种过程，同时发生，却不相互干涉。

这3种植物的叶色叶形各具特色，通过试验发现它们在发挥生态效益的方面也有很大差别。在进行植物配置时，除了结合各地的气候特征和自然条件，色彩搭配美观之外，也有必要考虑到不同植物在不同条件下所产生的生态效益，才能最大程度地发挥植物固碳释氧、增湿降温、滞尘等功能，从而达到调节城市局部小气候的作用。促进城市植物这些作用的发挥，可以弥补人类工业化城镇化发展对自然带来的负面影响，功在当代，利在千秋。

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