寧夏干旱風沙區適生灌木光合固碳功能分析

張萍 宋麗華

摘 要 以寧夏干旱風沙區8種常見灌木為試驗材料，在相同栽培條件下對其光合特性（凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度以及細胞間二氧化碳濃度等）進行測定，同時換算其光合固碳能力。結果表明：除紫穗槐外其他灌木存在“光合午休”的現象；相同條件下不同灌木的單位葉面積固碳量有較大差異，其中四翅濱藜、沙木蓼、花棒、檸條及華北駝絨藜的固碳量較大，在干旱風沙區栽植可實現良好的固碳效益。

關鍵詞 灌木；干旱風沙區；光合特性；固碳功能

中圖分類號：S154 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）36-0-03

植物光合作用既是生態系統物質循環和能量流動的基礎，也是植物固碳的最主要方式。采用單位葉面積的光合效率換算光合固碳能力是目前常用的固碳研究方法之一[1]。本研究選擇的8種灌木均為寧夏干旱風沙區常見的灌木種類，國內對于這些灌木的研究多集中在栽植技術[2]、生理生態[3]、人工繁殖[4]等方面，有關其光合特性及光合固碳潛力的研究相對較少。本研究從凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、細胞間二氧化碳濃度及光合固碳潛力等方面，分析8種灌木幼苗（一年生枝條）在相同生長環境下光合效率的差異，以期通過分析供試灌木間光合固碳潛力的差別，為寧夏干旱風沙區栽植灌木的品種篩選提供理論依據。

1 材料與方法

本研究選用的灌木為風沙干旱區常用的固沙灌木樹種，各灌木樹種生態習性及分布范圍等信息見表1。試驗地點選擇在鹽池縣哈巴湖自然保護區高沙窩林業站，供試苗木采用盆栽種植，檸條、花棒、楊柴、梭梭、紅柳、紫穗槐、四翅濱藜、華北駝絨藜選擇一年生裸根苗，沙木蓼選擇一年生枝條制穗（長30 cm）直接扦插；于2014年4月21日在規格為35 cm×40 cm的花盆內，將每種灌木定植10盆，每盆1株，之后統一進行澆水、施肥、除草等管理。

測量儀器選用便攜式光合儀（TPS-2）進行不離體的光合特性測量，測定參數包括凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度以及細胞間CO2濃度。于2015年9月選擇晴朗、無風的天氣，從08：00-18：00，每隔2 h測量一次，從每個樹種的10個盆栽中隨機選取3個，再從每株植物的枝條上選取3個大小相似、生長健壯且長在陽面的葉片，每片葉取3～6個瞬時測量值。為確保結果的可比性，所有樹種在1 d之內完成測定。

灌木光合固碳的當日的凈同化量計算公式為：

P=∑[（Pi+1+Pi）/2×（t i+1-ti）×3600/1000] （1）

式（1）中，P為測定日的同化總量（mmol·m-2·s-1）；Pi為初測點的瞬時光合作用速率；Pi+1為下一測點的瞬時光合作用速率（?mol·m-2·s-1）；ti為初測點的瞬時時間；ti+1為下一測點的時間；j為測試次數。

測定日的同化總量換算為固定CO2量的計算公式為：

WCO2=p×44/1000 （2）

式（2）中，44為二氧化碳的摩爾質量；WCO2為單位面積的葉片固定CO2的質量（g·m-2·d-1）。

2 結果與分析

2.1 光合日動態

如圖1所示，沙木蓼、紅柳、華北駝絨藜和紫穗槐的氣孔導度在測定期間始終保持下降趨勢，18：00降至最低；檸條、四翅濱藜及花棒氣孔導度呈雙峰型，花棒峰值出現在12：00和16：00，四翅濱藜峰值出現在10：00和16：00；檸條上午08：00氣孔導度最大，隨后呈先降后升趨勢，12：00出現第2個峰值；楊柴氣孔導度在整個測試期間變化較小，呈先降后升的變化趨勢。

如圖2所示，花棒和四翅濱藜的蒸騰速率呈雙峰曲線，分別在12：00和10：00達到峰值；其他幾種測試灌木蒸騰速率呈單峰曲線，其中沙木蓼、檸條、紫穗槐和楊柴于12：00達到最高，華北駝絨藜蒸騰速率于10：00達到峰值。

如圖3所示，8種灌木的胞間二氧化碳濃度總體呈先降后升的趨勢，其中檸條呈現出明顯的雙峰曲線。除楊柴外，其他灌木在16：00細胞間二氧化碳濃度達到最低，楊柴自08：00起細胞間二氧化碳濃度不斷降低，14：00降至最低，隨后回升。

2.2 單位葉面積的凈光合速率

如圖4所示，8種灌木凈光合速率曲線在測定期間均呈現明顯雙峰型，四翅濱藜在10：00達到最高，沙木蓼、紅柳、檸條、華北駝絨藜及花棒在12：00達到最高；由于14：00氣溫達到最高，植物氣孔關閉，灌木葉片凈光合速率急劇下降（除紫穗槐），隨后氣溫降低，植物氣孔張開，在16：00出現光合速率的第二個峰值，18：00光合速率降至最低。

2.3 碳同化潛力

由表2可知，光合固碳能力最大的為四翅濱藜、沙木蓼和花棒，其單位葉面積的日固碳量在5～8 g·m-2·d-1，其次為檸條、華北駝絨藜、紫穗槐，單位葉面積的日固碳量在2～4 g·m-2·d-1，紅柳和楊柴的光合固碳能力較弱，其單位葉面積的日固碳量小于1 g·m-2·d-1。

3 結論

本研究中除紫穗槐外其他灌木均存在“光合午休”的現象，雖然是由于氣孔限制因素造成的“光合午休”現象[5]，但這屬于一種自我保護行為，表明其對于中午的高溫干旱有著較好的適應性。從光合固碳能力的角度考量，本研究認為，在干旱風沙區栽植四翅濱藜、沙木蓼、花棒、檸條及華北駝絨藜可獲得較好的固碳效益。

參考文獻

[1]林平，李吉躍，陳崇.銀杏光合生理生態特性研究[J].北京林業大學學報，2008，30（6）：22-29.

[2]何建龍，蔣齊，王占軍.寧夏干旱風沙區人工檸條灌木林種群生物量動態分析[J].寧夏農林科技，2014（12）：14-16.

[3]宋麗華，李莉，景藝，等.幾種灌木在寧夏鹽池干旱風沙區的生長適應性評價[J].中國水土保持，2015（5）：72-74.

[4]陳西寧，蘇鑾勇，陳衛寧，等.寧夏吳忠地區花灌木育苗經濟效益分析研究—以1～3年生榆葉梅苗圃繁育為例[J].寧夏農林科技，2013（3）：26-28.

[5]許大全.光合作用的“午睡”現象[J].植物生理學通訊，1997，33（6）：466-467.

（責任編輯：劉昀）