不同土壤含水量与光照对山杏和四翅滨藜光合作用的影响

马梦茹+王占林+贺康宁+樊光辉+张得芳+白灵娜

摘要： 选择盆栽山杏和四翅滨藜幼苗为对象，利用Licor-6400-02B红蓝光源模拟光合有效辐射，采用Li-6400便携式光合測定仪测定其净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）及相应的水分利用效率，以探讨不同土壤含水量和光照条件对山杏和四翅滨藜光合作用的影响。结果表明，土壤含水量为15%～20%、光合有效辐射强度为1 500～1 600 μmol/（m2·s）时，山杏和四翅滨藜的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率均达到最大值，光合作用相对最强；2种植物的光饱和点在1 880 μmol/（m2·s）左右，适宜种植在干旱、光照辐射强的地区；水分和光照相同的情况下，山杏的水分利用效率高于四翅滨藜，山杏的生长能力强于四翅滨藜。

关键词： 土壤含水量；光合有效辐射；净光合速率；蒸腾速率；水分利用效率；山杏；四翅滨藜

中图分类号： S718.45 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）22-0126-03

青海省干旱、半干旱地区占全省土地总面积的43%，地形复杂，高山、丘陵、河谷、岔地交错，气候干旱、降水量少、风沙大，水土流失严重[1]。干旱给青海省造林活动带来很大的局限性，造林时须考虑林木的成活率，而树种的选择尤为重要。土壤含水量对植物光合和蒸腾作用的影响十分明显，土壤含水量不足或过高都会影响植物的光合和蒸腾作用[2]。

山杏（Prunus armeniaca）和四翅滨藜[Atriplex canescen（Pursh） Nutt]均为青海干旱、强辐射地区的常见树种。山杏为蔷薇科李亚科杏属木本植物，在我国多分布于半干旱、半湿润的风沙平原和山地丘陵地区[3]，喜光、耐旱、耐贫瘠，具有固沙保土和涵养水源的功能，是改善生态环境的优良树种[4]。四翅滨藜为藜科滨藜属多年生灌木[5]，具有喜光、耐旱、耐贫瘠、抗盐碱等多种优良特性[6]，为干旱、半干旱地区的典型植物，既是垦荒、恢复荒漠地带植被和固沙保土的先锋树种，又是优良的饲料植物，已成为干旱、半干旱地区重要的饲料灌木之一[7]。本试验通过研究不同土壤水分与光照对山杏和四翅滨藜光合作用的影响，明确适宜2种植物生长的土壤水分含量和光照度，为青海省干旱区造林树种的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于青海省西宁市的青海省农林科学院试验基地，101°80′ E、36°72′ N，海拔2 200 m，属高原大陆性气候，年均降水量344 mm，降水少；年均蒸发量达1 300 mm，蒸发量相对较大；年均日照时长2 750 h，年辐射总量 612.5 kJ/cm2，光照充足；冰冻期长、无霜期短。

1.2 试验材料

山杏、四翅滨藜3年生盆栽幼苗，每盆1株，均培育于青海省农林科学院试验基地。

1.3 试验方法

山杏和四翅滨藜每个树种选择生长状况基本一致的30株幼苗，分别设置6个不同的供水水平，即6个不同土壤含水量（表1），每个供水水平使用5株进行观测，选择生长状况良好的4株进行测定。利用Licor-6400-02B红蓝光源模拟光合有效辐射（PAR），模拟设置0、100、200、400、600、800、1 000、1 200、1 400、1 600、1 800、2 000 μmol/（m2·s）12个不同梯度的光合有效辐射强度对山杏和四翅滨藜幼苗进行光照处理，选取每株幼苗中上部3～4片健康叶作为待测叶，使用Li-6400便携式光合测定仪测定山杏和四翅滨藜的瞬时净光合速率（Pn）、瞬时蒸腾速率（Tr），计算水分利用效率（WUE），重复3次。试验均在室内进行，以保证试验过程中苗木维持统一生长环境，不受自然降水、光照、温度等因素的影响。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2007、SPSS 18.0软件对数据进行处理及分析。

2 结果与分析

2.1 光合有效辐射对山杏与四翅滨藜净光合速率、蒸腾速率的影响

净光合速率是研究植物生长情况的重要指标；蒸腾速率有利于研究植物的蒸腾作用与土壤水分等外界环境因子间的关系，可为抗旱树种的选择提供理论依据[2，8]。通过测定植物的光合作用-光响应曲线，可计算出植物的光补偿点、光饱和点及最大光合速率等，有利于开展对植物生理生态方面的研究[9]。由图1、图2、表1可见，山杏和四翅滨藜在不同土壤含水量条件下，随光合有效辐射的增强，净光合速率多呈逐渐增大趋势；当光照度达到1 500 μmol/（m2·s）左右时，山杏和四翅滨藜的净光合速率达到最大值；山杏的最大光合速率Pnmax为11.17 μmol/（m2·s），对应的土壤含水量为19.08%，光[CM（25]合有效辐射强度为1 554.21 μmol/（m2·s）； 四翅滨藜的

最大光合速率Pnmax为9.39 μmol/（m2·s），对应的土壤含水量 为17.89%，光合有效辐射强度为1 565.41 μmol/（m2·s）。由表2可见，山杏和四翅滨藜不同土壤含水量下的光饱和点均有差异，但光补偿点具有相似性，均在400 μmol/（m2·s）左右；山杏的光饱和点最高为1 876.03 μmol/（m2·s），对应的土壤含水量为15.28%；四翅滨藜的光饱和点最高为 1 889.22 μmol/（m2·s），对应的土壤含水量为14.84%。

2.2 光合有效辐射对山杏与四翅滨藜蒸腾速率的影响

由图3、图4可见，山杏和四翅滨藜在不同土壤含水量条件下，随光合有效辐射的增强，蒸腾速率呈逐渐增大趋势；随土壤含水量的增加，蒸腾速率增幅有所增加，但当土壤含水量超过20%后，蒸腾速率增幅逐渐降低；山杏在土壤含水量为8.57%时蒸腾速率的增幅相对最小，在土壤含水量为 19.08% 时蒸腾速率的增幅达到最大；四翅滨藜在土壤含水量[CM（25]为5.64%时蒸腾速率的增幅相对最小，土壤含水量为

17.89% 时增幅达到最大。

2.3 光合有效辐射对山杏与四翅滨藜水分利用效率的影响

植物的水分利用效率是植物光合和蒸騰作用共同产生的综合结果[9]。由图5可见，当瞬时光合有效辐射达到 1 070 μmol/（m2·s）时，山杏的水分利用效率达到最高，对应的土壤含水量为19.08%；当光合有效辐射强度小于 1 070 μmol/（m2·s）时，山杏的水分利用效率随光合有效辐射的增强而增高，当光合有效辐射强度大于1 070 μmol/（m2·s） 时，水分利用效率随光合有效辐射的增强而降低；随光合有效辐射强度的增大，山杏的水分利用效率由高到低依次为325、3.10、3.05、2.86、2.66、2.58 μmol/mmol，对应的土壤含水量分别为19.08%、15.28%、14.56%、10.48%、21.56%、8.57%，光合有效辐射强度分别为1 067.96、1 876.03、1 067.96、1 712.16、1 384.40、1 072.27 μmol/（m2·s）。因此，土壤含水量维持在15%～19%时，山杏能够充分利用土壤中的水分，且在土壤含水量达到19.08%、光合有效辐射强度为1 067.96 μmol/（m2·s）时水分利用效率达到最高。

由图6可见，在不同土壤含水量下，四翅滨藜的水分利用

效率对光辐射强度的响应程度与山杏相似；当瞬时光合有效辐射为1 450 μmol/（m2·s）时，四翅滨藜的水分利用效率达到最高，对应的土壤含水量为10.25%；当光合有效辐射强度小于或大于1 450 μmol/（m2·s）时，四翅滨藜的水分利用效率都低于最大值；随光合有效辐射强度的增大，四翅滨藜水分利用效率由高到低依次为1.91、1.82、1.81、1.65、1.61、1.14 μmol/mmol，对应的土壤含水量分别为10.25%、14.84%、7.05%、20.33%、17.89%、5.64%；光合有效辐射强度分别为1565.41、1 889.22、893.34、1 395.27、1 723.07、904.31 μmol/（m2·s）。土壤含水量为5.64%，光合有效辐射为743.16 μmol/（m2·s）时，水分利用效率超出曲线范围，可能是试验误差造成。因此，土壤含水量维持在 10%～15%时，四翅滨藜能够充分利用土壤中的水分，且土壤含水量达到10.25%、光合有效辐射强度为1 565.41 μmol/（m2·s）时的水分利用效率达到最高。

3 结论与讨论

选取合适的树种用于青海地区造林以应对干旱和强辐射条件，了解备选植物对干旱、强辐射环境的适应能力及生理变化至关重要。本研究选取山杏和四翅滨藜这2种青海常见树种，研究其对土壤水分和有效光合辐射的响应情况，为青海省干旱地区造林树种的选择提供理论依据。水分和光照是植物光合作用的重要条件，决定着植物光合作用的强弱[10]。在一定范围内，随光合辐射强度的增大，山杏和四翅滨藜的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率均逐渐增强，当光合辐射进一步增强时，杏和四翅滨藜的净光合速率、水分利用效率有明显的下降趋势，这是由于土壤受到水分胁迫，植物的气孔导度降低，形成保护机制并防止叶片消耗水分[11]。当土壤含水量达到15%～20%、光合有效辐射强度为1 500～1 600 μmol/（m2·s）时，山杏和四翅滨藜的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率均达到最大值，光合作用相对最强，当光合有效辐射强度在1 880 μmol/（m2·s）左右时，山杏和四翅滨藜均达到光饱和点，说明山杏和四翅滨藜都具有耐干旱和强辐射的特点，适宜作为青海地区的造林树种。

在水分和光照相同的情况下，山杏比四翅滨藜的生长能力强，当土壤含水量达到20%，光合有效辐射强度为 1 500 μmol/（m2·s）时，山杏的水分利用效率相当于四翅滨藜的1.5倍，山杏的水分利用效率远远高于四翅滨藜，在青海地区干旱和强辐射环境条件下造林时，山杏要优于四翅滨藜。在造林选择时，山杏可作为乔木进行大面积造林，但由于其喜光， 不宜过密栽植。四翅滨黎适宜作为地被植物种植于光照条件良好的林下及荒漠干旱区，并为畜牧生产提供饲料，同时改善畜牧饲料的生产条件。

参考文献：

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