浙江省常见园林植物的光合响应能力研究

浙江省常见园林植物的光合响应能力研究

城市化进程的深化加剧了城市生态环境的变化。城市绿化则是改善城市生态环境的途径之一。园林植物作为城市-社会-经济-自然复合生态系统的重要组成部分,具有重要的生态功能,在改善城市生态环境方面发挥着重要和不可替代的作用。改善城市环境的关键在于植物的数量和质量,而对植物的生态特性研究是评价其环境效益的基础。植物的生态效益主要体现在固定CO2,释放O2,降温增湿等方面。这些生态功能基本都是通过植物的光合作用来实现,因此对植物光合特性的研究是评价其生态特性的重要依据。目前,对园林植物的研究大多集中在引种驯化,群落结构,彩叶植物应用的等方面。针对园林植物光合特性方面的研究则主要集中于亲缘关系相近的植物种类或同种植物的不同品种,或是侧重于光合水分生理的理论探讨;有些对园林植物生态功能的研究关注群落层面的效益。本研究以浙江省16种常见园林植物为研究对象,通过测定光合参数,分析其在光能利用,水分利用和CO2固定三个方面的潜力,以期为生态效益高的园林植物选择提供依据。1材料和方法1.1带气候特征试验地设在浙江农林大学东湖校区,位于浙江省临安市(119°42′E,30°14′N)境内。属中亚热带季风气候区,温暖湿润,四季分明,具有春多雨、夏湿热、秋气爽、冬干冷的气候特征。年日照时数1847.3小时,年降雨量1628.6mm,年平均气温16.4℃,1月份平均气温为3.8℃,7月份平均气温为28.6℃,极端最高气温为40.4℃,极端最低气温为-9.2℃,全年无霜期250天左右。土壤为黄壤。1.2根据评估乔木为本研究选择浙江省园林绿化中常用的16种树木,分属于9科,16属,其中乔木12种、灌木4种,12种乔木又根据生物学特性划分为:大乔木4种,小乔木8种。综合考虑植物的生物学特性和常见园林用途划分为大乔木、小乔木和灌木三个类型(见表1)。1.3光强梯度的设置试验时间为2009年07月,选择天气状况睛好的上午9:30-11:30进行,选取生长状况良好的植物进行测定。利用LI-6400光合测定仪的内置光源控制系统,设定光强梯度为:2000、1500、1000、800、600、300、100、80、50、20、μmolm-2s-1,测定时使用仪器自带的红蓝光源,设定叶室温度为25℃,流量为500μmol·s-1,相对湿度60%。随机选取每株中部外围功能叶3片,进行光响应曲线测定。1.4光合速率的变化利用PhotosynAssistant软件对光合作用-光强曲线进行拟合,估算最大净光合速率(Amax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)。采用的曲线拟合方程为:当θ≠0时,解(1)式,并注意净光合速率等于总光合速率减去暗呼吸速率,即得:式中Pn为净光合速率(μmolm-2s-1),Pnmax为光饱和时的最大净光合作用速率(μmolm-2s-1),CE为羧化效率,Ci为胞间CO2浓度(?molCO2mol-1),PAR为光合有效辐射(μmolm-2s-1),Rd为暗呼吸(μmolm-2s-1),a为初始量子效率,k为曲线凸度。在Spss13.0软件中以树种和光强为自变量,光合速率为因变量进行两因素观察值方差分析。结果表明大乔木组在光强800μmolm-2s-1时光合速率差异不显著,小乔木、灌木组在光强600μmolm-2s-1时差异不显著。在计算大乔木、小乔木和灌木的羧化效率、光能利用率、水分利用率时,分别取光照强度为800、600μmolm-2s-1时的值,公式如下:2结果与分析2.1不同树种对光强的反应2.1.1净光合速率gs四种大乔木(图1)在光合有效辐射小于20μmol-2·ms-1,大于800μmol-2·ms-1的时候,净光合速率(Pn)差异不显著,当光合有效辐射在20-800μmol-2·ms-1的时候,净光合速率在各个树种间存在显著差异,总体的趋势是:青冈>香樟>法国梧桐>乐昌含笑;方差分析表明四个树种的差异极显著。气孔导度(Gs)四个树种随光强的增强而升高,在光强达到200μmol-2·ms-1时呈下降趋势,法国梧桐的气孔导度明显高于其它三个常绿树种;胞间CO2浓度(Ci)总体上呈下降趋势,其中法国梧桐最低,乐昌含笑最高;蒸腾速率(Tr)在光强的变化下,快速升高,总体的趋势是:法国梧桐>乐昌含笑>香樟>青冈。2.1.2净光合速率gs八种小乔木(图2)在光合有效辐射小于20μmol-2·ms-1,大于600μmol-2·ms-1的时候,净光合速率(Pn)差异不显著,当光合有效辐射在20-600μmol-2·ms-1的时候,净光合速率在各个树种间存在显著差异,总体的趋势是:牡丹木槿>西府海棠>白玉兰>石楠>柿子>桃>日本樱花>桂花;从图3可以看出柿子的气孔导度(Gs)呈下降趋势,而西府海棠呈上升趋势,其它树种略有下降的趋势;胞间CO2浓度(Ci)总体上呈下降趋势,其中牡丹木槿的下降趋势最剧烈,在光强为2000μmol-2·ms-1时下降到120μmol·mol-1;蒸腾速率(Tr)随光强的变化升高,其中柿子和西府海棠高于其它树种,且升高趋势更明显。总体的趋势是:柿子>西府海棠>石楠>白玉兰>桃>桂花>日本晚樱>牡丹木槿。2.1.3净光合速率pn红叶石楠、无刺枸骨、茶梅和含笑是浙江省内常用的灌木植物或林下灌木,其光合与蒸腾能力的优劣是评价其生态特性的重要指标。经过方差分析四个树种在光合有效辐射小于20μmol-2·ms-1,大于600μmol-2·ms-1的时候,净光合速率(Pn)差异不显著,当光合有效辐射在20-600μmol-2·ms-1的时候,净光合速率在各个树种间存在显著差异,总体的趋势是:红叶石楠>无刺枸骨>含笑>茶梅;气孔是植物与大气进行气体交换的通道,气孔的闭合程度直接影响植物的光合与蒸腾过程。从图2可以看出红叶石楠和无刺枸骨气孔导度(Gs)方面呈下降趋势,而茶梅和含笑则呈上长趋势,总体上:红叶石楠>无刺枸骨>含笑>茶梅;胞间CO2浓度(Ci)总体上呈下降趋势,其中,红叶石楠和无刺枸骨十分接近,两者几乎重合在一起;前两者高于茶梅和含笑。这与其光合速率的高低也是相对应的;在光强的变化下蒸腾速率(Tr),快速升高,总体的趋势是:茶梅>红叶石楠>无刺枸骨>含笑。2.2不同树种的生理生态指标的比较2.2.1乐昌企业lae由表2可以看出,四种大乔木中青冈的最大净光合速率(Pmax)最大达到12.8μmolm-2s-1,光能利用率也是最高的,光补偿点和饱和点均为最低。其蒸腾速率最低,水分利用率也就相应的较高;光饱和点(LSP)最高的是香樟,其次是乐昌含笑、法国梧桐,青冈最低;光补偿点(LCP)最低的是青冈,乐昌含笑和法国梧桐高于青冈和香樟,乐昌含笑最高。光能利用效率(LUE)青冈最高达到0.12,香樟和法国梧桐比较接近,分别为0.011和0.010乐昌含笑则明显小于其它三个树种为0.0096;水分利用率(WUE)方面,青冈和香樟大于乐昌含笑和法国梧桐,青冈最高达到2.47,乐昌含笑最低为1.58,而蒸腾速率则是法国梧桐最高,乐昌含笑与香樟次之,青冈最低,说明前两者在水分利用方面有优势,而后两者的增湿效应优于前者。羧化效率(CE),青冈和香樟大于乐昌含笑和法国梧桐,乐昌含笑最低为0.03。表明了青冈和香樟作为原生树种在固定CO2方面的能力较强。2.2.2光补偿点lcp的变化小乔木组中的八种植物,最大净光合速率(Pmax)的总体趋势是落叶树种较高而常绿树种较低,其中牡丹木槿最高,桂花最低,石楠高于日本晚樱和桃处于中等水平;光补偿点(LCP)的变化趋势是桂花和石楠大于除柿子外的其它落叶树种;牡丹木槿、西府海棠、柿子和石楠的光饱和点(LSP)高于其它树种。光能利用效率(LUE)和水分利用率(WUE)的趋势与最大光合速率的趋势基本相同。光能利用效率(LUE)牡丹木槿最高,而桂花则为最低,水分利用率(WUE)牡丹木槿最高,柿子和桂花最低。羧化效率(CE)牡丹木槿最高达到0.072,之后依次是西府海棠、日本晚樱,桂花、石楠、白玉兰、柿子、日本晚樱相对较低,其中桂花最低为0.02。2.2.3.双侧壁红叶石楠/刺枸杞骨/ss-1/3.四种灌木的最大净光合速率(Pmax)红叶石楠最高,其次分别是无刺枸骨和含笑,茶梅的最低;光补偿点(LCP)含笑最低仅为6.18μmol-2·ms-1,光饱和点(LSP)红叶石楠最高达到了354μmol-2·ms-1;光能利用效率(LUE)的变化趋势与最大净光合速率相同;水分利用率(WUE)方面则无刺枸骨和红叶石楠大于其它两种;它们之间的羧化效率(CE)变化趋势则是含笑最高,其次分别是红叶石楠、无刺枸骨和茶梅。3不同树种在造林模拟中的光合特性(1)通过对法国梧桐、香樟、青冈和乐昌含笑四个树种的光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、光能利用率、蒸腾速率和羧化效率的分析,可以认为法国梧桐和乐昌含笑在蒸腾方面的潜力优于其它两个树种,再加上法国梧桐冠大荫浓叶面积指数大,在降温增湿方面潜力明显;青冈在光合速率方面和羧化效率的指标高于法国梧桐和乐昌含笑,说明其在固定CO2和释放O2方面的潜力高于法国梧桐和乐昌含笑。(2)小乔木组中牡丹木槿、西府海棠和石楠的光能利率、水分利用率和羧化效率均高于其它树种,说明这三个树种在光能利用、降温增湿、固定CO2释放O2方面的能力优于其它五个树种。日本晚樱、牡丹木槿、西府海棠、白玉兰等对弱光的利用潜力较强,是较好的群落中层乔木树种。因此在园林的群落配置中可考虑适当增加上述落叶树种。(3)在灌木树种中茶梅的光合速率较低而蒸腾速率较高,说明茶梅在固定CO2方面能力较弱,而在增湿方面能力则较强,但也可能因为蒸腾速率较大而耗水量较大;含笑光合速率较高,而蒸腾速率最低,其在固定CO2能力优于茶梅,蒸腾能力则小于茶梅。红叶石楠和无刺枸骨两个树种的光合速率高于茶梅和含笑,说明其在固定