北京密云油松林下灌木小叶鼠李叶片资源利用效率季节变异及环境调控.pdf

doi：10.11707/j.1001-7488.LYKX20220867北京密云油松林下灌木小叶鼠李叶片资源利用效率季节变异及环境调控*赵洪贤1,2苏同3王瑞福3孙艳丽4高永龙4隗骥超5李鑫豪1,2田赟1,2贾昕1,2查天山1,2（1.北京林业大学水土保持学院北京 100083；2.林木资源高效生产全国重点实验室 北京 100083；3.怀柔区营林造林管护中心北京 101499；4.北京市园林绿化规划和资源监测中心北京 100193；5.北京绿林盛源绿化工程有限公司北京 102400）摘要：【目的】探究小叶鼠李叶片的光、氮、水资源利用效率（RUEs）在较长时间尺度（季节）上的变化特征，分析环境变化对 RUEs 季节动态的影响、叶片功能性状与 RUEs 的关系以及不同 RUEs 间的权衡关系。【方法】2021 年610 月，在北京密云山区，以当地林下优势灌木小叶鼠李为研究对象，对其光合参数和环境因子进行连续原位观测，使用 LI-6800 便携式光合测定仪测量小叶鼠李叶片光合光响应曲线的特征参数，同时测量其叶片功能性状，结合观测的环境因子数据，分析小叶鼠李叶片内禀水分利用效率（WUEi）、氮利用效率（NUE）和光利用效率（LUE）季节动态变化的影响因素及 RUEs 间的权衡关系。【结果】1）小叶鼠李在生长期内 WUEi、NUE、LUE 的最大值分别为 107.3 molmol1、18.35 molg1s1、0.087 molmol1，其季节变异系数（CV）分别为 24.91%、39.12%、12.6%。2）在生长季中期，土壤相对可利用含水量充足的湿润条件下（REW 0.4），小叶鼠李具有较大的 NUE 和较小的 WUEi，NUE 与 WUEi的变化趋势相反（P 0.05），与 LUE 变化趋势相同（P 0.05）。3）WUEi与比叶质量（LMA）正相关（P 0.05），与蒸腾速率（Tr）负相关（P 0.05）；而 NUE 与 LMA 和叶厚度（LT）负相关（P 0.05），与蒸腾速率（Tr）正相关（P 0.05）；空气温度（Ta）、光合有效辐射（PAR）和散射辐射（Rdif）增加均会促进增加叶片 LUE（P 0.05）。【结论】在土壤湿润、光照条件受限的条件下，林下优势灌木小叶鼠李叶片的 WUEi、NUE 均与土壤含水量解耦，与比叶质量和蒸腾速率关系密切；辐射强度和空气温度增加均会提高叶片的光、氮利用效率，且散射辐射增加也能提高林下灌木的光合能力。小叶鼠李叶片不同 RUEs 之间存在权衡关系，在生长季内不会同时出现最大化的 WUEi和 NUE，在土壤湿润、光照减少的条件下，NUE 与 LUE 变化趋势一致，均在生长季中期波动变化，生长季末期逐渐降低。关键词：叶片功能性状；资源利用效率；光响应曲线；林下灌木；小叶鼠李中图分类号：S718.43文献标识码：A文章编号：10017488(2023)07000111Seasonal Variation and Environmental Control of Leaf Resource Use Efficiencies of an UnderstoryShrub,Rhamnus parvifolia in Pinus tabuliformis Forest in Miyun,BeijingZhao Hongxian1,2Su Tong3Wang Ruifu3Sun Yanli4Gao Yonglong4Wei Jichao5Li Xinhao1,2Tian Yun1,2Jia Xin1,2Zha Tianshan1,2（1.School of Soil and Water Conservation,Beijing Forestry UniversityBeijing 100083；2.State Key Laboratory of Efficient Production of Forest ResourcesBeijing 100083；3.Forestation Management Center of Huairou DistrictBeijing 101499；4.The Beijing Center for Forest Resource Planning and MonitoringBeijing 100193；5.Beijing Llin Shengyuan Greening Engineering Co.,Ltd.Beijing 102400）Abstract：【Objective】This study aims to clarify the trade-offs between light,nitrogen and water use efficiency(RUEs)in theleaves of the understorey shrub Rhamnus parvifolia and their environmental regulation mechanisms.【Method】We analyzed theseasonal dynamics of intrinsic water use efficiency(WUEi),nitrogen use efficiency(NUE)and light use efficiency(LUE)as wellas the trade-offs among RUEs of a dominant understory shrub,R.parvifolia,leaves through season-long in-situ measurements ofthe light response curve and leaf functional traits along with simultaneous environmental measurements from June to October,2021in Miyun,Beijing,China.【Result】1)The result showed that the maximum WUEi,NUE,and LUE in growing season fluctuated 收稿日期：20230224；修回日期：20230322。基金项目：国家重点研发计划（2020YFA0608100）；北京园林绿化生态系统监测网络（GJH-2023-027）。*查天山为通讯作者。感谢北京林业大学潘梦婷和吴晓朦在野外测量工作中给予的帮助，感谢北京林业大学刘鹏在论文撰写中给予的帮助。第 59 卷 第 7 期林业科学 Vol.59，No.72 0 2 3 年 7 月SCIENTIA SILVAE SINICAEJul.，2 0 2 3with values of 107.3 molmol1,18.35 molg1s1,and 0.087 molmol1,respectively,with coefficient of variation(CV)being24.91%,39.12%,and 12.6%.2)In the middle of the growing season,under the wet condition with relative extractable soil water(REW)greater than 0.4,there were higher NUE and lower WUEi.The NUE had opposite trend to WUEi(P 0.05)and variedsynergistically with LUE(P 0.05).3)The WUEi was positively correlated with leaf mass per unit area(LMA)(P 0.05)andnegatively correlated with transpiration rate(Tr,P 0.05),while NUE was negatively correlated with LMA and leaf thickness(LT,P 0.05)and positively correlated with Tr(P 0.05).Increases in air temperature(Ta),photosynthetically active radiation(PAR)and diffuse radiation(Rdif)all contributed to increased LUE(P 0.05).【Conclusion】It has been found that WUEi and NUE aredecoupled from soil water content and closely relate to LMA and Tr in wet period and limited light.Increasing radiation and Tapromotes the light utilization efficiency of leaf,and diffuse radiation raises the photosynthetic capacity of leaf.There is a trade-offbetween RUEs.The NUE and WUEi can not simultaneously maximize in the growing season,but under wet condition and lowlight,NUE and LUE change in the same direction,both fluctuating in the middle of the growing season and gradually decrease atthe end of the growing season.The results of this study are important additions to the in-depth understanding of the adaptationstrategies of temperate plant communities under climate change.Key words：leaf functional trait；resource use efficiency；light response curve；understory shrub；Rhamnus parvifolia 水、光、氮是植物叶片进行光合作用最重要的 3种资源，在自然环境中，由于环境条件以及物种自身限制，植物很难无限制地使用资源（Funk et al.,2007）。作为陆地生态系统中碳循环和水循环之间的关键联系，植物水分利用效率可作为评估植物对气候变化响应的一个指示指标（Beer et al.,2009;Niu et al.,2011）。叶片中 50%以上氮素含量与光合作用直接相关（Evans et al.,2001），叶片氮利用效率可以反映植物对氮素资源的利用策略，并影响植物光合作用。太阳辐射是植物光合作用的能量来源，叶片光能利用效率决定冠层生产力（Emmel et al.,2020）。将叶片 CO2同化速率与气孔导度的比值称为内禀水分利用效率（intrinsic water use efficiency,WUEi），WUEi可描述植物叶片尺度的生化功能（Beer et al.,2009;Gong et al.,2011）；氮利用效率（nitrogen use efficiency,NUE）为叶片光合能力与叶片氮含量之比，用非直角双曲线模型拟合光响应曲线得到的内禀量子效率表示植物叶片的光利用效率（light use efficiency,LUE）（蒋燕等，20