植物光合作用特质分析

植物光合作用特质分析

植物功能群是指对环境因子有相似响应,在生态系统中起相似作用的所有植物种的组合[1]。对植物功能群的研究,过去多集中在内蒙古草原生态系统[2-5]和伏牛山森林生态系统中[6-7],而关于浙江省东部天台山森林生态系统植物功能群的研究还未见报道。

光合作用本质上就是绿色植物通过叶绿体贮存太阳光能的过程。随着一天中二氧化碳浓度和温度以及光照强度的变化,植物的光合作用也发生着变化[8]。本研究拟对浙江省天台山森林生态系统海拔700m处的以乔木木荷(SchimasuPerba)为优势种的功能群植物光合生理特性进行分析,以期为天台山森林生态系统的合理利用和森林群落的恢复重建提供依据。

1研究区域与研究方法

1.1自然地理概况

天台山位于浙江省天台县境内,系武夷山仙霞岭中支由南向北延伸而来。境内峰峦迭嶂,万壑争流,主峰华顶山(海拨1098m),地处北纬29°15',东经121°06',在天台县东北30km处,这里属亚热带季风性湿润气候,气候温暖,雨水充沛,年降水量为1700mm,平均相对湿度达85%以上。年平均气温为13℃,无霜期约230d。山地土壤系水成岩及火成的花岗岩母质形成的黄壤土,土层厚度在30~100cm,湿润肥沃。由于水热条件好,植物生长茂盛,地带性植被类型主要为中亚热带常绿阔叶林,并且发育保存较好[9]。

1.2取样与测定方法

本研究工作地点在天台山华顶国家森林公园内,于2011年7月中旬,使用LI-6400便携式光合测定系统对功能群植物乔木木荷(SchimasuPerba)、灌木柃木(Euryajaponica)和草本茫萁(Dicranopterisdicho-toma)功能叶片(无病虫害,营养状况良好)的光合生理生态日变化特性进行测定,主要测定指标包括光合作用速率、气孔导度等。乔木植株采取离体测定[10],具体方法:使用剪枝剪获取枝条,迅速将枝条下端浸入水中,剪去5cm长的枝柄,为避免叶片因水分胁迫导致光合能力下降,每测定一个循环后更换一个枝条(约2~3h),灌木和草本植物采取连体测定,测定时选择天气晴好,日照充足的天气。日变化测定时间为8∶00~16∶00,每隔2h进行一次,每类测定5个叶片,每个叶片3个存储点。同时进行叶片叶绿素含量测定,方法是取与测定光合作用相同位置和成熟程度叶片,用Arnon法[11],使用日本岛津UV2401PC型紫外分光光度计测定,各测3片样叶,每片样叶重复测试3次,取平均值。

2结果与分析

2.1功能群植物叶片叶绿素含量

叶绿素含量与光合能力成正比,通过对比海拔700m处的植物功能群乔木木荷(SchimasuPerba)、灌木柃木(Euryajaponica)和草本茫萁(Dicranopterisdichotoma)的叶片叶绿素含量(表1),可以看出,木荷(SchimasuPerba)和柃木(Euryajaponica)的叶绿素a、叶绿素b含量以及Chla/Chlb均低于茫萁,这说明草本植物茫萁(Dicranopterisdichotoma)由于叶绿素含量高,从而可以吸收较多的太阳辐射,是草本植物对林下长期低光照的生态适应。草本植物茫萁(Dicranopterisdicho-toma)的Chla/Chlb较低,说明其叶片中叶绿素b的含量相对较高。这样就能在林下散射光中有效地利用蓝紫光,能利用弱光环境中有限的红光,维持光合作用中心Ⅰ和光合作用中心Ⅱ之间的能量平衡,有利于对弱光环境的适应。

2.2功能群植物光合作用速率日变化

乔木植物木荷(SchimasuPerba)由于植株高大,在功能群的最顶层,因此所接受的阳光也较强,出现了光合午休现象,叶片光合速率日变化曲线呈“双峰”型,分别于10∶00和14∶00出现峰值,而位于功能群中层和下层的灌木柃木(Euryajaponi-ca)、和草本茫萁(Dicranopterisdichotoma),则由于林下光强远较上层低,因此叶片净光合速率低于乔木木荷(Schi-masuPerba),并且没有出现光合午休现象,其日变化呈单峰曲线。3种植物的净光合速率日平均值以木荷的为最高,达8.204μmolCO2•m2•g-1,以茫萁的为最低,只有6.812μmolCO2•m2•g-1,柃木为7.564μmolCO2•m2•g-1,介于二者之间。

2.3功能群植物气孔导度日变化

从功能群植物气孔导度日变化曲线来看,3种植物叶片的气孔导度都呈单峰曲线,峰值出现在光照最强时的12∶00,从日平均值来看,3种植物叶片的气孔导度以接受强光照的乔木木荷(SchimasuPerba)为最高,为0.156mmol•m-2•s-1,以草本茫萁(Dicranopterisdichotoma)的气孔导度值为最低,只有0.098mmol•m-2•s-1,灌木柃木(Euryajaponica)的气孔导度日平均值则介于二者之间。

3结论与讨论

森林生态系统中,分布着不同的植物功能群,它们根据自身特征的不同占据着不同的生态位,接受不同强度的光照辐射。高大乔木层植物接受较强的直射光,而灌木和草本植物只能接受较弱的散射光,在长期的生态适应过程中,各自形成了对光强的适应机制。在7月份,对海拔700m处的浙江省天台山植物功能群光合生理生态特性进行了研究,结果表明:3种植物的净光合速率日平均值以木荷的为最高,其他依次为柃木和茫萁。气孔导度的日平均值同样以接受强光照的乔木木荷为最高,灌木柃木次之,草本茫萁最低。木荷和柃木的叶绿素a、叶绿素b含量以及Chla/Chlb均低于茫萁,这说明草本植物茫萁由于叶绿素含量高,从而可以吸收较多的太阳辐射,是草本植物对林下长期低光照的生态适应。