4种光响应模型对不同灌水量...CO_2响应过程的模拟效果_陈跃萍.pdf

湖南农业大学学报(自然科学版)2023，49(3)：313320DOI：10.13331/ki.jhau.2023.03.009Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences)引用格式：陈跃萍，武胜利，史智欣，岳永江，何宇翔4 种光响应模型对不同灌水量下胡杨光合CO2响应过程的模拟效果J湖南农业大学学报(自然科学版)，2023，49(3)：313320CHEN Y P，WU S L，SHI Z X，YUE Y J，HE Y XSimulation effect of four light response models on thephotosynthetic CO2response process of Populus poplar under different irrigation volumesJJournal of HunanAgricultural University(Natural Sciences)，2023，49(3)：313320投稿网址：http:/4 种光响应模型对不同灌水量下胡杨光合CO2响应过程的模拟效果陈跃萍1,2，武胜利1,2*，史智欣1,2，岳永江1,2，何宇翔1,2(1.新疆师范大学地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830054)摘要：以 3、5、7 a 生胡杨为试验材料，设置 4 种灌水量处理，CK(无灌水量)、T1(每株每次灌水 20 kg)、T2(每株每次灌水 40 kg)、T3(每株每次灌水 60 kg)，每株灌水 6 次，采用 Li6400 便携式光合作用系统测定胡杨在不同灌水量的光合 CO2特征参数，采用 4 种光响应模型(直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型、指数模型)对胡杨的光合特征参数进行拟合分析。结果表明：4 种模型对不同灌水量下胡杨光合CO2响应过程的拟合决定系数(R2)均大于 0.97；直角双曲线修正模型(MRHM)和指数模型(EEM)对胡杨的光合参数拟合较好，MRHM 的精度更高；3 个灌水处理下 3、5、7 a 生胡杨特征值的综合平均相对误差(ARE)分别为 0.093、0.084、0.084；3 a 生胡杨的净光合速率在 3 个灌水处理下均有变化，但相差较小，3 a 生胡杨的净光合速率(Pn)、CO2饱和点(CSP)在每株每次灌水 40 kg 处理下最大，5、7 a 生胡杨的净光合速率和光合能力均在每株每次灌水 60 kg 处理下最大。综合分析，3 a 生胡杨生长适宜灌水量为每株每次灌水 40 kg，5、7 a 生胡杨生长适宜灌水量为每株每次灌水 60 kg。关键词：胡杨；灌水量；CO2响应；光响应模型中图分类号：S792.110.1文献标志码：A文章编号：1007-1032(2023)03-0313-08Simulation effect of four light response models on the photosynthetic CO2response process of Populus poplar under different irrigation volumesCHEN Yueping1,2，WU Shengli1,2*，SHI Zhixin1,2，YUE Yongjiang1,2，HE Yuxiang1,2(1.School of Geographical Science and Tourism,Xinjiang Normal University,Urumqi,Xinjiang 830054,China;2.Xinjiang Key Laboratory of Lake Environment and Resources inArid Areas,Urumqi,Xinjiang 830054,China)Abstract:Four irrigation treatments,CK(no irrigation),T1(20 kg/plant-session),T2(40 kg/plant-session)and T3(60kg/plant-session),were used for 3,5,7 a poplar as the test material.The photosynthetic CO2response processes of 3,5,7a poplar to different water irrigation were measured by Li-6400 portable photosynthesis system to obtain CO2characteristic parameters,and four light response models including right-angle hyperbolic model,non-right-anglehyperbolic model,right-angle hyperbolic modified model,and exponential model were used to fit and analyze thephotosynthetic characteristic parameters.The results showed that the fitted coefficients of determination(R2)of eachmodel were greater than 0.97.The right-angle hyperbolic modified model(MRHM)and the exponential model fitted thephotosynthetic parameters of poplar better,and the MRHM was more accurate,with the total integrated average relative收稿日期：20220908修回日期：20230428基金项目：新疆维吾尔自治区科技支撑专项(HY2.3)作者简介：陈跃萍(1999)，女，四川省隆昌县人，硕士研究生，主要从事干旱区环境研究，；*通信作者，武胜利，博士，教授，主要从事干旱区资源与环境研究，314湖南农业大学学报(自然科学版)http:/2023 年 6 月error(ARE)of 0.093,0.084,0.084 for the 3,5,7 a poplar eigenvalues under the three irrigation treatments,respectively.The net photosynthetic rate of 3 a poplar varied little under the three irrigation treatments,and the net photosynthetic rateof 5 a and 7 a poplar was maximum under 60 kg/plant-session treatment.In the comprehensive analysis,the optiamlirrigation amount for 3 a poplar growth was 40 kg/plan-session,and the optimal irrigation amount for 5 a and 7 a poplargrowth was 60 kg/plant-session under different irrigation treatments.Keywords:Populus euphratica;irrigation amount;CO2response;lightresponse model胡杨(Populus euphratica)是杨柳科杨属胡杨亚属落叶乔木，是塔里木河流域荒漠河岸林主要的建群种，被称为沙漠“绿色走廊”，对防风固沙、保护生物多样性具有重要意义13。CO2是植物光合作用的重要来源。CO2浓度的变化对植物光合作用产生影响45。有研究6表明，CO2曲线的拟合对研究植物生理生态有重要意义。常宗强等7研究了额济纳绿洲胡杨的光合特征及其对光照强度和CO2浓度的响应，发现在不同 CO2浓度下胡杨光饱和点随 CO2浓度上升而增大，其光合 CO2响应遵循 MM 模型。ZHU等8研究节水灌溉下2种胡杨的光合气体交换和光化学参数，发现俄罗斯杨在节水灌溉下表现出相对较高的抗缺水性和更好的光合性能。针对杨属植物的研究主要集中在水分生理、叶绿素荧光特性2、抗逆性4、光合光/CO2特性9等方面。本研究中，运用4 种光合模型对不同灌水量下胡杨的 CO2响应进行拟合，分析灌水量与胡杨生理生态、光合参数之间的关系，选出最优模型，旨在为塔里木河下游胡杨林合理的灌溉和培育技术以及更新复壮提供科学依据。1试验地概况研究区位于塔里木河下游(399N4145N，8541E8917E)塔克拉玛干沙漠和库鲁克塔格沙漠之间的凹陷区，地形平坦10。属于温带大陆性干旱气候，天气干燥，少雨，多风沙。年降水量 1843 mm，年蒸发量可达 20003000 mm，整年太阳辐射 56926360 MJ/m2，年日照 27802970h，年积温(10)40604200，无霜期长11，有利于植物进行光合作用。2材料与方法2.1试验设计于塔里木河下游轮台县胡杨林自然保护区 12块 4 m4 m 样地，选取 3、5、7 a 生无病虫害、长势良好的胡杨作为试验材料。试验于 2020 年 79月进行。根据当地推荐灌水量和实测试验地土壤容重及田间持水量设计 4 种灌水量处理：CK，无灌水量；T1，每株灌水 20 kg；T2，每株灌水 40 kg；T3，每株灌水 60 kg。灌水时间为 7 月 1 日、7 月 15 日、8 月 1 日、8 月 16 日、9 月 2 日和 9 月 17 日。2.2测定方法在天气晴朗的时日，每个树龄选择 4 棵样株，每棵样株选取 3 片长势良好、无病虫害的叶片，于09：0011：00，采用 Li6400 测定净光合速率(Pn)、胞间 CO2浓度(Ci)。CO2梯度设置为 0、50、100、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、1800、2000 mol/mol，每片叶片测量 3 次，结果取平均值。在 Ci200 mol/mol 时对 PnCi数据进行线性回归12，计算 CO2补偿点()、羧化效率(CE)和光呼吸速率(Rp)。2.3数据处理与分析选用直角双曲线模型(RHM)13、非直角双曲线模型(NRHM)14、直角双曲线修正模型(MRHM)14、指数模型(EEM)15进行光合CO2响应过程的拟合，并求得特征参数数据。采用 Excel 2019 进行数据整理分析，并运用 Origin 2018 绘图。3结果与分析3.1胡杨在不同灌水量下的 CO2响应曲线由图 1 可知，在不同灌水量下，当胞间 CO2浓度 Ci200 mol/mol 时，胡杨净光合速率 Pn随 Ci的增大而快速增加，而后 Pn随 Ci的增速减缓逐渐趋于平缓，部分表现出降低趋势。3 a 生胡杨在 T1和 T3 处理下，在低 Ci(200 mol/mol)时胡杨 Pn随Ci增加而上升，当 Ci升至 CO2饱和点(CSP)后，Pn的上升幅度变小，几乎没有上升；T2 处理下，低Ci时与 T1、T3 的变化趋势一致，Ci升至 CSP后 Pn出现明显下降趋势，即产生 CO2饱和抑制现象；T1、第 49 卷第 3 期陈跃萍等4 种光响应模型对不同灌水量下胡杨光合CO2响应过程的模拟效果315T2、T3 处理后胡杨 Pn最高值比 CK 分别高 7.17%、10.16%和 9.14%，在 T2 时胡杨 Pn达