華北高寒區(qū)不同溫感型作物的氣體交換特性研究.pdf

1、采用LI-6400XT便攜式光合測量系統(tǒng)以華北高寒區(qū)強光、低溫的環(huán)境為背景，在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北實驗站對不同溫感型作物日間凈光合速率和夜間呼吸速率、蒸騰速率、水分利用效率、光能利用效率、光響應(yīng)參數(shù)以及氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等生理指標的變化特征等進行了研究，研究結(jié)果如下:
　　1.在華北高寒區(qū)，不同溫感型作物的日光合量(DPC)變化趨勢呈現(xiàn)出:喜溫類作物玉米與谷子的DPC整體呈現(xiàn)隨生育期推移而遞減的趨勢;傳統(tǒng)喜涼類作物莜麥和馬鈴薯的

2、DPC呈現(xiàn)“單峰”變化趨勢;喜涼耐霜型作物苤藍、芥菜、甜菜和白蘿卜的DPC呈現(xiàn)“雙峰”變化趨勢，初霜前和初霜后各出現(xiàn)一個高峰，這與間霜期的光熱資源豐富有關(guān)。喜溫類作物玉米的DPC在7、8月高于同期莜麥達2倍。
　　2.在華北高寒區(qū)，不同溫感型作物夜呼吸量(NRC)變化趨勢呈現(xiàn)出:喜溫類作物玉米與谷子和傳統(tǒng)喜涼類作物莜麥和馬鈴薯的NRC季節(jié)動態(tài)呈現(xiàn)單峰變化趨勢，喜涼耐霜型作物苤藍、甜菜、芥菜和白蘿卜的NRC季節(jié)動態(tài)呈現(xiàn)“雙峰”變化趨

3、勢;全生育期的NRC量值，均是甜菜最大，芥菜的NRC最小，主要和它們的生育期長度有關(guān)，甜菜的生育期近芥菜的2倍。同種作物的日光合量和夜呼吸量呈現(xiàn)正相關(guān)變化，即白天DPC大，則夜間的NRC也大。7、8月不同溫感型作物比較，喜溫作物的DPC大于喜涼作物，玉米尤為突出，但夜間NRC小于喜涼類作物。在9月份，喜涼類作物之間出現(xiàn)日間光合速率大小和夜間呼吸速率大小正好呈現(xiàn)相反的趨勢，即日光合量大小比較為:苯藍＞芥菜＞甜菜;呼吸量:甜菜＞芥菜＞苤藍。

4、
　　3.在華北高寒區(qū)，不同溫感型作物光合量累積量凈值(Pt)的季節(jié)變化趨勢基本和日光合量的季節(jié)變化一致，說明作物的光合量累積凈值主要受日光合量影響，夜間呼吸量對作物光合物質(zhì)的積累影響甚微，同時也說明高寒區(qū)的強光低溫環(huán)境非常利于作物光合產(chǎn)物的積累。喜溫作物玉米的Pt遠高于同期其他作物，玉米全生育期Pt是莜麥的2.20倍，喜涼作物中甜菜和苯藍全生育期的Pt較高，這與作物的光合生產(chǎn)期長短有關(guān)。
　　4.在華北高寒區(qū)，不同溫感型作

5、物的日蒸騰量(DTC)呈現(xiàn)出:喜溫作物谷子的DTC小于同期喜涼作物，區(qū)域傳統(tǒng)喜涼作物馬鈴薯、莜麥的DTC小于同期喜涼耐霜型作物苯藍、甜菜、白蘿卜、芥菜的DTC，2013年馬鈴薯和莜麥全生育期的DTC僅為苯藍的44.83％、61.87％。2014年甜菜全生育期的DTC最大，為32359.16mmol/m2，分別是馬鈴薯和莜麥的1.36倍和1.83倍;谷子全生育期DTC最小，僅為莜麥的65.76％。喜涼類耐霜型作物初霜后DTC會有一個同升期

6、，初霜后芥菜的DTC均大于同期其他作物，甚至超過初霜前水平，說明芥菜比同期其他作物更喜涼。
　　5.在華北高寒區(qū)，喜溫作物的日均水分利用效率(WUEd)顯著大于喜涼類作物，莜麥的WUEd最小。2013年玉米WUEd是莜麥的2.79倍，2014年是莜麥的3.07倍。區(qū)域傳統(tǒng)喜涼類作物莜麥、馬鈴薯受生育期影響，8月的WUE遠低于同期喜涼耐霜型作物。初霜后，耐霜型作物苤藍、甜菜、芥菜和白蘿卜的水分利用效率均有不同程度的提高。
　　

7、6.在華北高寒區(qū)，不同溫感型作物的光能利用效率(LUE)的季節(jié)變化呈現(xiàn)出:7、8月喜溫作物玉米的LUEd明顯高于喜涼作物;8月底喜涼作物的高溫限制解除，光能利用效率大幅度提高甚至超過喜溫作物玉米。雖然初霜會對作物的光能利用效率產(chǎn)生影響，但初霜后苯藍、芥菜、甜菜和白蘿卜的LUEd會有所恢復(fù)，在2014年初霜后（9月16日）這些作物的LUEd達到了全生育期的高峰。對不同溫感型作物全生育期的LUEd監(jiān)測表明，喜溫作物玉米的全生育期LUEd高于

8、其它供試作物，是谷子的2.11倍。喜涼作物的全生育期LUEd的大小與其生育期長短直接相關(guān)。生育期較短的區(qū)域喜涼作物馬鈴薯和莜麥的全生育期LUEd明顯低于生育期較長的喜涼耐霜型作物，而耐霜型作物中芥菜的全生育期LUEd又明顯小于生育期較長的苤藍、甜菜。
　　7.在華北高寒區(qū)，不同溫感型作物的光響應(yīng)參數(shù)表明:7月份，喜溫作物的光響應(yīng)各項參數(shù)均大于喜涼類作物，且玉米大于谷子;喜涼類作物莜麥的光飽和點(Lsp)小于同期作物且最大凈光合速率

9、(Amax)最小，只有24.64μmol/m2·s，僅為玉米的48.97％。8月份喜溫作物Amax、光補償點(LCP)減少，玉米較7月份減少了17.51％，谷子減少了34.72％，但LSP卻增加，從而導(dǎo)致了喜溫作物的飽和光能利用效率(SLUE)下降，甚至低于同期喜涼作物苤藍、芥菜、甜菜和白蘿卜，說明了低溫環(huán)境脅迫對喜溫作物的影響甚于喜涼類作物。8月份喜涼類作物馬鈴薯、莜麥的各項光響應(yīng)參數(shù)指標均大幅度減小，LUE也是同期作物中最小的，說明

10、了馬鈴薯和莜麥的光合機能在逐步喪失。8月份喜涼類作物的苤藍、甜菜、芥菜和白蘿卜的Amax和LSP也不同程度的減少了，但SLUE和表觀量子效率(AYQ)降低程度不大，光合生產(chǎn)潛力大。9月份，喜溫作物谷子和區(qū)域傳統(tǒng)喜涼作物馬鈴薯、莜麥對光合有效輻射的利用表現(xiàn)出無論在質(zhì)量和數(shù)量上都衰竭殆盡;初霜前喜涼類作物白蘿卜、芥菜、甜菜和苤藍，顯示出強光條件下的高光合潛力以及弱光條件下同樣的生態(tài)適應(yīng)性，在初霜后依然強勢，芥菜的AYQ和SLUE甚至超過了霜

11、前，分別是霜前的1.08和1.03倍，說明了喜涼類耐霜型作物在華北高寒區(qū)具有良好低溫適生性。
　　8.在華北高寒區(qū)，強光低溫環(huán)境下的作物氣體交換限制因素分析表明:氣孔調(diào)節(jié)滯后于水分調(diào)節(jié)，不同溫感型作物的光合進程均是通過先通過水分調(diào)節(jié)，再影響到氣孔運動。7月份影響喜溫作物光合速率的主要因素是水分限制，喜涼類作物光合低效期的主要因素是氣孔限制，可見7月份喜涼作物受限于高溫環(huán)境，更甚于喜溫作物。8月份喜涼類作物光合進入了光合高效期;而對

12、于喜溫作物，水分已經(jīng)不再是其光合受限的主要因素。9月份喜涼類作物光合的氣孔限制因素均得以解除，且葉肉細胞活性很高，但由于溫度下降，喜溫作物光合受限比喜涼作物更嚴重。研究表明在高寒區(qū)環(huán)境下，溫度對作物光合進程的影響因作物溫感類型而異，7月份的相對高溫環(huán)境有利于喜溫型作物的光合生產(chǎn)，9月份的低溫環(huán)境則利于喜涼類作物尤其是亞喜涼和強喜涼耐霜型作物的光合生產(chǎn)。
　　通過本試驗研究揭示了強光低溫環(huán)境對喜溫作物和喜涼作物的氣體交換限制因素，明