遮陰對蒙古櫟苗木生理和光合特性的影響

薛思雷，王臣，王慶成，張嬰

(1.哈爾濱市林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150029；2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040； 3.哈爾濱市森林消防支隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150028)

遮陰對蒙古櫟苗木生理和光合特性的影響

薛思雷1，王臣1，王慶成2，張嬰3

(1.哈爾濱市林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150029；2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040； 3.哈爾濱市森林消防支隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150028)

采用盆栽方法，開展遮陰對蒙古櫟(Quercusmongolica)苗木生理和光合特性影響的試驗(yàn)。結(jié)果表明：隨著遮陰強(qiáng)度的增加，蒙古櫟光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)和暗呼吸速率(Rd)呈下降趨勢；遮陰處理的最大凈光合速率(Pmax)小于全光處理。說明蒙古櫟在幼苗時期具有一定的耐陰性，可通過葉綠素含量和光合上的一系列可塑性變化來適應(yīng)不同的光環(huán)境，具有較寬的光照生態(tài)幅度。

蒙古櫟；遮陰；葉綠素含量；光合特性

光是植物賴以生存的環(huán)境因素之一[1，2]，也是影響次生林天然更新的重要環(huán)境因子[3]。蒙古櫟(QuercusmongolicaFisch.ex Ledeb)是東北東部山區(qū)闊葉紅松林的主要伴生樹種[4-6]。一般認(rèn)為蒙古櫟是喜光樹種[7-9]，但光照對其生理、光合過程和更新過程影響的研究并不多見。蒙古櫟的生長與光照之間究竟存在怎樣的相關(guān)關(guān)系，其生長最適光強(qiáng)到底是多少，目前的研究結(jié)果尚不能給出明確的答案。本文采用盆栽試驗(yàn)的方法研究了遮陰條件下蒙古櫟苗木葉綠素含量和光合特性，以確定蒙古櫟苗期的生長最適光強(qiáng)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場尖砬溝森林培育實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，地理坐標(biāo)127°26′—127°39′ E，45°23′—45°26′ N。該林場屬長白山系張廣才嶺西坡小嶺余脈，平均海拔300 m，年均氣溫2.8 ℃，年均降水量723 mm，年均蒸發(fā)量1 093 mm。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料與處理

2.1.1 苗木定植 2010年5月初，選取2年生實(shí)生苗120株，隨機(jī)分成4組，每組30株，植入塑料桶中，每桶1株。基質(zhì)為暗棕壤和沙混合物，土、沙比例為3∶1。

2.1.2 遮光處理 試驗(yàn)共設(shè)4個處理，其中3個處理設(shè)在高2 m的遮陰棚內(nèi)，另一處理置于全光下。4個處理的相對光強(qiáng)為100%(full sunlight, FL)、75%(light shade, LS)、50%(medium shade, MS)、25%(high shade, HS)。

2.1.3 田間管理 試驗(yàn)期間，根據(jù)需要等量澆水，人工除草和防治病蟲害。

2.2 葉綠素含量的測定

2010年8月和2011年8月，兩次分別從每個處理中隨機(jī)選取5株苗木，每株取5～10 片葉子。用無水乙醇、丙酮比例為1∶1混合液浸提法[10,11]，測出葉綠素a、b含量。

2.3 光響應(yīng)曲線的測定

2010年8月和2011年8月，從每處理選取3株苗木，采用Li-6400P便攜式光合系統(tǒng)進(jìn)行測定。測定時間為連續(xù)晴天的8:30—11:30，光強(qiáng)梯度為2000、1500、1000、800、600、400、200、150、100、50和0 μmol·m-2·s-1[12]。采用非直角雙曲線法擬合相關(guān)參數(shù)[13]。

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS13.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，用LSD法進(jìn)行多重比較，用SigmaPlot10.0作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同遮陰處理環(huán)境參數(shù)的變化

4個處理的平均和最大光合有效輻射均隨遮陰程度的增加而顯著降低(P<0.05)。以全光環(huán)境為對照(FL處理)，3個遮陰處理的平均和最大光合有效輻射分別為：70.75%(LS處理)、50.38%(MS處理)、24.49%(HS處理)和70.52%(LS處理)、48.68%(MS處理)、26.07%(HS處理)，均達(dá)到我們所需的光照梯度；各處理的土壤體積含水量和空氣相對濕度均隨遮陰程度的增加而升高(P>0.05)；各處理的空氣溫度隨遮陰程度的增加而降低(P>0.05)(表1)。

表1 不同遮陰處理間環(huán)境參數(shù)的差異

注：1.表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean ± SE,n=3)2.同行中不同小寫字母表示不同遮陰處理間具有顯著差異(P<0.05)

3.2 不同遮陰處理對蒙古櫟葉綠素含量的影響

表2 不同遮陰處理對蒙古櫟葉綠素含量的影響

注：1.表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean ± SE,n=3)2.同列中不同小寫字母表示樹種在同一年份不同遮陰處理之間具有顯著差異(P<0.05)，下同

兩年間，葉綠素a、b和總量均隨著遮陰程度的增加而增加，其中，HS處理的葉綠素b顯著高于FL處理(P<0.05)；MS和HS處理的葉綠素a和總量均顯著高于FL處理(P<0.05)。葉綠素a/b則隨著遮陰程度的增加而降低，除2010年HS處理顯著高于其他3個處理外(P<0.05)，其他各處理間相互差異不顯著(P>0.05)(表2)。

3.3 不同遮陰處理對蒙古櫟光合作用的影響

2010年，蒙古櫟最大凈光合速率和表觀量子效率均隨著遮陰程度的增加呈先增大后減小的趨勢，均在HS處理時最小，LS處理時最大，且二者均在LS和HS處理間差異顯著(P<0.05)。光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率在4各處理間相互差異不顯著(P>0.05)，且均呈“N”形變化(表3)。

2011年，蒙古櫟表觀量子效率隨遮陰程度的增加而增加(P>0.05)。暗呼吸速率均隨遮陰程度的增加而減小，且FL和HS處理間差異顯著(P<0.05)。最大光合有效速率和光補(bǔ)償點(diǎn)均呈“N”形變化，且光補(bǔ)償點(diǎn)在FL處理時顯著高于其他3個處理(P<0.05)(表3)。

表3 不同遮陰處理對蒙古櫟苗木光響應(yīng)參數(shù)的影響

4 討論與結(jié)論

4.1 不同遮陰處理對蒙古櫟葉綠素含量的影響

遮陰促進(jìn)葉綠素a、b及葉綠素總量的增加，但葉綠素a/b值卻下降，這與Noda[14]和Robkaowski[15]的研究結(jié)果一致。說明遮陰條件下蒙古櫟通過增加葉綠素總量，尤其是葉綠素b含量的增加來提高捕獲弱光的能力，從而完成生物量的積累，更好地適應(yīng)遮陰環(huán)境。

4.2 不同遮陰處理對蒙古櫟光響應(yīng)參數(shù)的影響

遮陰條件下蒙古櫟最大凈光合速率(Pmax)和光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)均小于全光，暗呼吸速率(Rd)隨著遮陰程度的增加而減小。說明：在遮陰條件下，蒙古櫟可通過降低光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)和暗呼吸速率(Rd)來適應(yīng)環(huán)境，這種現(xiàn)象也稱之為植物的光馴化現(xiàn)象[16]。較低的光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)，可以使植物有效的利用低光量子密度；較低的暗呼吸速率(Rd)可以減少碳的損耗，這與Kull[17]和Lewis[18]的研究結(jié)果一致。

2010年蒙古櫟的表觀量子效率(AQY)在LS處理時顯著大于HS處理(P<0.05)，說明蒙古櫟較適應(yīng)LS處理的光環(huán)境。2011年蒙古櫟的表觀量子效率(AQY)隨著遮陰程度的增加而增加(P>0.05)，說明2011年蒙古櫟對弱光環(huán)境也具有一定的適應(yīng)能力。

本研究發(fā)現(xiàn)，在MS和HS處理時，蒙古櫟通過增加葉綠素總量，尤其是葉綠素b含量，降低光補(bǔ)償點(diǎn)和暗呼吸速率等措施來維持生長，表現(xiàn)出一定的耐陰性，具有較寬的光照生態(tài)幅度。

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Effects of Shading on Seedling Physiology and Photosynthetic Characteristics ofQuercusmongolica

Xue Silei1, Wang Chen1, Wang Qingcheng2, Zhang Ying3

(1. Academy of Forest in Harbin City, Harbin 150029,China; 2. Northeast Forestry University, Harbin 150040,China; 3. Forest Fire Brigade in Harbin City, Harbin 150028,China)

Experiments were conducted to study the effects of shading on physiology & photosynthetic characteristics inQuercusmongolicaseedlings by pot culture. Light compensation point (LCP) , dark respiration rate (Rd) ofQ.mongolicadecrease along with the increasing of shading degree; the maximum photosynthetic rate (Pmax) ofQ.mongolicaunder shading treatments are lower than that of FL(Full Sunlight). Result suggests thatQ.mongolicahave certain shade tolerant at seedling stage,Q.mongolicaseedlings plastically adapt to different light conditions through changes in chlorophyll content & photosynthetic characteristics to maximize carbon gain,with a wider ecological amplitude.

Quercusmongolica; shading; chlorophyll content; photosynthesis

1005-5215(2017)08-0027-03

2017-07-05

林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201104070-03)

薛思雷(1984-)，女，黑龍江嫩江人，碩士，工程師，主要從事森林培育研究.

王慶成(1963-)，男，黑龍江佳木斯人，博士，教授，Email : wqcnefu@163.com

S792.86

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.07.008