哈爾濱3種木本植物的光合蒸騰作用特性研究

王俊帥+韓來鵬+馬騰+楊萌柳+岳莉然

摘 要：利用Li-6400便攜式光合測定儀分別對黑龍江省哈爾濱市體育公園闊葉混交林中3種常見木本植物山桃稠李（Padus maackii （Rupr.） Kom）、郁李（Cerasus japonica（Thunb.）Lois.）和五角楓（Acer mono Maxim.）的光合蒸騰特性進行了研究，并就上述植物的各生理生態因子對凈光合速率（Pn）和蒸騰速率（Tr）的影響進行了分析，計算得出3種植物在蒸騰釋水和固碳釋氧方面的生態效益。結果表明：3種植物的固碳釋氧量表現為山桃稠李>五角楓>郁李；蒸騰釋水量表現為山桃稠李>五角楓>郁李。

關鍵詞：哈爾濱；凈光合速率；蒸騰速率；生態效益

中圖分類號：Q945 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.030

森林生態系統水源涵養功能與生態效益評價都與其光合—蒸騰作用的準確估算密切相關。城市中的植物具有多種生態功能，城市植物不僅具有固碳釋氧、增濕降溫、滯塵等功能從而達到調節城市局部小氣候的作用，還具有減少水土流失、消除空氣中細菌、減弱城市中的噪音等功能[1-2]。生理生態因子諸如氣孔導度、胞間二氧化碳濃度、氣孔限制值、有效輻射、溫度、相對濕度等對光合蒸騰作用的影響不是單一孤立的，而是相互聯系、相互制約的[3-4]。因此，不同地區、不同植物的光合蒸騰作用日變化特征各異且影響不同，植物日變化的主要因子也不盡相同。對植物光合蒸騰特性及相關環境因子的影響進行探究，不僅能對生境適應性的強弱進行合理判斷，達到為林分優化工作提供改良思路的目的，亦對我國其它地區同類研究具有重要的借鑒和參考意義[5-6]。本研究針對東北地區部分植物進行光合蒸騰作用特性研究，對于氣候寒冷、生長環境惡劣的選種和植物景觀設計具有重大的意義。

1 研究區概況

哈爾濱位于東經125°42′～130°10′、北緯44°04′～46°40′之間，地處中國東北平原東北部地區，黑龍江省南部。哈爾濱市不僅是黑龍江省省會城市，更是中國東北北部的政治、經濟、文化中心。全市總面積53 068 km2，其中市區面積為10 198 km2。哈爾濱市區地域平坦、低洼，東部多山及丘陵地，東南臨近丘陵，北部為山區，中部山勢不高，河流縱橫，平原遼闊。哈爾濱市體育公園以生態山林帶、活力運動帶、中心水景帶、生態休閑帶和中心湖面構成“四帶一心”的空間結構，建設以“生態水岸運動”為內容的體育主題公園。設有羽毛球場、籃球場、輪滑滑板場、慢跑道等多個特色運動場所。共栽植喬木6 000余株、灌木1.2萬株，中心湖面達到8萬 m2。

2 材料和方法

分別在3種植物林內選擇健壯植株作為樣株，測定時保持葉片自然生長角度不變，進行活體測量。在天氣晴朗的2014年7月下旬，采用Li-6400便攜式光合測定儀，從8：00—18：00，每隔2 h進行測定。

3 結果與分析

3.1 光合速率日變化分析

自然條件下，山桃稠李和郁李在8：00—18：00觀測時段內的凈光合速率的日變化屬于“雙峰”型。如圖1所示，山桃稠李的凈光合速率于12：00達到第一個高峰，峰值為5.287 μmol·m-2·s-1；近16：00達到另一個高峰，峰值為5.564 μmol·m-2·s-1。郁李的凈光合速率于10：00達到第一個高峰，峰值為6.266 μmol·m-2·s-1，第一次達到峰值后降幅較大，在12：00達到谷底，降至2.188 μmol·m-2·s-1，近14：00達到了第二個高峰，峰值為2.449 μmol·m-2·s-1。第二次到達峰值后的下降趨勢較為緩慢，在18：00降至負值-0.343 μmol·m-2·s-1。而五角楓的日變化呈“單峰”型，從8：00開始逐漸上升，在下午14：00達到峰值9.612 μmol·m-2·s-1。

3.2 植物蒸騰特性研究

3.2.1 蒸騰速率日變化研究 自然條件下，山桃稠李和郁李的蒸騰速率日變化的曲線表現為雙峰曲線。如圖2所示，在8：00，山桃稠李的蒸騰速率明顯高于其他3種，隨后開始逐漸上升，在8：00和16：00分別達到高峰，峰值分別為1.995 g·m-2·h-1和1.600 g·m-2·h-1；于正午12：00達到谷底，最低值為0.788 g·m-2·h-1。郁李在10：00和14：00達到兩個高峰，峰值分別為1.625 g·m-2·h-1和1.122 g·m-2·h-1。五角楓的蒸騰速率日變化曲線表現為單峰曲線，在14：00時達到最高值2.219 g·m-2·h-1。

3.2.2 氣孔導度日變化研究 從圖3來看，相較其他兩種植物，山桃稠李的氣孔導度日變化最大，呈明顯下降趨勢，12：00時氣孔導度為0.020 mmol·m-2·s-1，隨后至16：00之間又呈現上升趨勢，16：00后又呈現下降趨勢，最終在18：00達到當日的最低值，Cond值為0.028 mmol·m-2·s-1。郁李分別在10：00和14：00達到峰值，Cond值分別為0.040 mmol·m-2·s-1和0.034 mmol·m-2·s-1。五角楓的氣孔導度日變化趨勢沒有波動，不同于另外兩種植物，在8：00至14：00之間持續上升，在14：00時達到當日氣孔導度日變化的最大值0.047 mmol·m-2·s-1，14：00至18：00呈持續下降趨勢。山桃稠李和五角楓兩種植物都于正午12：00時氣孔導度有不同程度下降，說明正午時間光照強，蒸騰過于強烈，保衛細胞失水導致氣孔關閉。且山桃稠李下降幅度顯著，說明午間的各生態因子對于山桃稠李的影響比五角楓強烈。

3.3 植物生態效益研究

3.3.1 植物固碳釋氧量 同化量公式如下。

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

測定日固定CO2的量為：Wco2=P×44÷1 000

測定日固定O2的量為：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

五角楓：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種植物的固碳量及釋氧量來看，山桃稠李的光合能力較強，其固碳量達到了5.19 g·m-2·d-1，五角楓次之固碳量達到5.16 g·m-2·d-1，數值相差并不大，郁李的固碳量最少，為4.08 g·m-2·d-1。而其對應的釋氧量山桃稠李最高為3.78 g·m-2·d-1，五角楓次之為3.76 g·m-2·d-1，郁李最低。

3.3.2 植物蒸騰釋水量 蒸騰總量公式：

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

釋水量：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

五角楓： E=50.82 mol·s-1 ·m-2

WH2O=914.76 g·m-2

由表2中數據可得以下結論：山桃稠李的蒸騰最強，測定日的蒸騰總量達到51.44 mol·s-1 ·m-2，其釋水量為925.92 g·m-2；其次，五角楓的蒸騰總量為43.88 mol·s-1·m-2，釋水量為914.76 g·m-2。根據這兩種植物的蒸騰釋水量大小，可推斷山桃稠李和五角楓適合生長在陰涼潮濕的環境中，由于其蒸騰能力較強，若處于干旱環境，易過多失水，不利于自身生長。而郁李在三者中相對來講是蒸騰較弱的，其本身蒸騰的水分較少，可生長在向陽處。

4 結 論

由Pn值看，山桃稠李的光合速率與其他3種相比較而言優勢明顯，而在Tr值上，山桃稠李和五角楓則蒸騰較快，且數值相差不大。而在氣孔導度方面，五角楓的變化趨勢不同于另外兩種植物，山桃稠李和郁李均呈現先下降后上升趨勢。在光合速率中優勢并不突出的五角楓卻在蒸騰速率上表現出明顯優勢，由這兩項生態效益指標的比較可以得出結論，光合速率和蒸騰速率的變化不盡相同，說明植物進行的這兩種過程，同時發生，卻不相互干涉。

這3種植物的葉色葉形各具特色，通過試驗發現它們在發揮生態效益的方面也有很大差別。在進行植物配置時，除了結合各地的氣候特征和自然條件，色彩搭配美觀之外，也有必要考慮到不同植物在不同條件下所產生的生態效益，才能最大程度地發揮植物固碳釋氧、增濕降溫、滯塵等功能，從而達到調節城市局部小氣候的作用。促進城市植物這些作用的發揮，可以彌補人類工業化城鎮化發展對自然帶來的負面影響，功在當代，利在千秋。

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