辽东山区林下西洋参光合生理特性及水分利用效率研究
2022-03-18李昀峰
李昀峰
（新宾满族自治县自然资源发展中心，辽宁 新宾 113213）
西洋参Panaxquinquefolium为五加科人参属多年生草本宿根性植物，又称加拿大参、美国人参、花旗参，自然生长于美国北部到加拿大南部的原始森林[1]。随着人们对西洋参保健作用逐渐了解，其销量也在不断增加。由于林下西洋参栽培技术不规范导致其品相不佳，芦长且弯，芦碗众多等问题[2-3]，因此急需建立科学的林下西洋参栽培技术。光照条件是西洋参适应林下栽培的主要生理基础，西洋参光合特性及水分利用效率可以作为西洋参林下抚育栽培区域初步筛选的一个重要指标[4-6]。因此，本研究以西洋参为试验材料，分析不同林分类型下西洋参光合特性及水分利用效率，以期为西洋参林下高效栽培提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为不同林型（落叶松林、天然林、混交林和红松林）下生长3年的西洋参植株，长势一致且健壮无病虫害。
1.2 试验方法
随机选取10株，并做标记，方便不同时间段测量植株叶片的准确性。
1.2.1 叶绿素SPAD值测定
采用柯尼卡公司的叶绿素SPAD仪（SPAD-502 PLus）测定叶绿素SPAD值。
1.2.2 叶片光合特性测定
2019年7月中旬在新宾满族自治县赵家林场房身工区，采用LI-6400XT便携式光合仪测定林下栽培的西洋参叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）。选择晴朗天气，7：00～15：00每2 h测定1次，选取上、中、下部健康无病虫害叶片各3片，每个叶片重复3次，连续测定7 d。计算水分利用效率（WUE）=净光合速率（Pn）/蒸腾速率（Tr）。
1.3 数据处理
采用SPSS21.0统计分析软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA）。
2 结果与分析
2.1 不同林型西洋参叶片叶绿素SPAD值日变化
由图1可知，不同林地类型下西洋参叶片叶绿素SPAD值日变化均为单峰曲线，7：00～11：00缓慢增加，11：00～13：00快速增加，13：00达到最大值，之后逐渐下降。叶绿素SPAD最大值依次为混交林＞红松林＞落叶松林＞天然林。
图1 不同林型西洋参叶片叶绿素SPAD值日变化
2.2 不同林型西洋参叶片净光合速率日变化
植物叶片净光合速率的大小，能直观反映出叶片光合作用的强弱。从图2可知，不同林型下西洋参叶片净光合速率呈先升高后降低的趋势，7：00开始净光合速率逐渐增大，11：00达到最大值，天然林13：00达到最大值，之后逐渐降低趋于稳定。经方差分析可知，4种林型下西洋参净光合速率最大值差异显著（P＜0.05），表现为混交林＞红松林＞落叶松林＞天然林，分析其原因是由于中午光照增强，温度较高，林下西洋参叶片因蒸腾失水产生一定程度的亏缺，进而导致气孔导度降低以致叶片萎蔫收缩，叶片为防止过度丧失水分，迫使叶片气孔收缩，气孔阻力增加，使CO2吸收减少，净光合速率降低。
图2 不同林地类型西洋参叶片净光合速率日变化
2.3 不同林型西洋参叶片蒸腾速率日变化
植物蒸腾作用主要是指植物体内自身水分在光照驱动下以气体形式通过植物体叶片表面从体内扩散到外的蒸腾过程，蒸腾作用具有促进植物体内矿物质、有机物、水分运输和降低叶片表面温度，对植物产量形成具有重要意义。从图3可知，不同林型西洋参叶片蒸腾速率为单峰曲线，7：00开始逐渐增强，除混交林下西洋参9：00达到峰值外，其余林型下西洋参11：00达到峰值，而后逐渐下降。
图3 不同林型西洋参叶片蒸腾速率日变化
2.4 不同林型西洋参叶片水分利用效率日动态
植物水分利用效率（WUE）能够反映植物体内自身生产过程中的能量转化效率，也是评价植物体内水分亏缺条件下生长程度的一个综合生理生态指标。由图4可知，混交林下西洋参叶片水分利用效率在各时间节点均表现为最大，7：00开始水分利用效率逐渐增大，13：00达到全天最大值，之后逐渐降低。红松林下西洋参叶片水分利用效率在11：00达到全天的最大值，之后趋于平稳。落叶松林下西洋参叶片水分利用效率9：00达到全天最大值，之后趋于平稳。天然林下西洋参叶片水分利用效率7：00开始逐渐增大，15：00达到全天最大值。
图4 不同林型西洋参叶片水分利用效率日变化
3 结论
植物叶绿素SPAD值是反映植物体内叶绿素含量变化趋势的重要指标，而叶绿素是植物进行光合作用最重要的一种色素，其生物合成是一系列酶促反应，随着光照强度的不断变化会改变叶绿体膜特性，导致叶绿体结构破坏或体内酶活性降低，叶绿素合成受阻，叶绿素分解加速。本文所述不同林型下西洋参植株叶片叶绿素SPAD值日变化曲线基本一致，不同林型透光率不同，导致林下西洋参叶片接收到的光照强度不同，混交林下西洋参叶片叶绿素SPAD值最大，说明混交林更有利于西洋参体内叶绿素的合成。通过比较4个林型西洋参叶片光合特性可知，混交林下西洋参叶片的净光合速率和水分利用效率均高于其他3个林型，说明混交林的立地条件能够有效地促进西洋参生长及生理代谢，更有利于西洋参植株的生长发育。
