毛乌素沙地沙柳光系统Ⅱ光保护机制和能量分配动态及其影响因子

【目的】通过叶绿素荧光原位连续监测技术,探究毛乌素沙地半干旱区典型固沙造林物种沙柳光系统Ⅱ能量分配及其对环境因子的响应,在日和季节尺度下揭示环境因子对沙柳光系统Ⅱ能量分配的动态影响及其光合生理适应策略特征,以期为研究地区的植被恢复管理和物种选择提供理论指导。【方法】在宁夏盐池毛乌素沙地,对固沙物种沙柳进行整个生长季(5—10月)的叶绿素荧光原位连续监测。采用Kramer光能分配方法计算相关荧光参数,采用分段平均方法对数据进行分组平均,利用线性回归在日和季节尺度分析荧光参数与环境因子关系。【结果】在日尺度,实际光化学效率(ΦPSⅡ)和调节性热耗散(ΦNPQ)与光合有效辐射(PAR)直接相关,受空气温度(Ta)、相对湿度(RH)和饱和水汽压差(VPD)的影响,非调节性热耗散(ΦNO)相对稳定。在季节尺度,生长季前期(5—6月)ΦPSⅡ和ΦNPQ分配相对均匀,ΦNO较高且在1天内稳定,最大光化学效率(Fv/Fm)有低值出现。在生长季中期(7—9月),8月ΦPSⅡ降低且伴随ΦNPQ升高,8—9月ΦNO在1天内波动较大。在生长季末期(10月),ΦPSⅡ最低且ΦNPQ达到最高,ΦNO较高且在1天内稳定,Fv/Fm持续降低。【结论】在日尺度,沙柳光系统Ⅱ能量分配主要由PAR和Ta决定,同时受RH和VPD调控。在季节尺度,沙柳光系统Ⅱ能量分配随物候期而变。沙柳Fv/Fm与日最大光合有效辐射(PARmax)(R2=0.13,P<0.01)、Ta变化幅度(R2=0.16,P<0.01)和土壤含水量(SWC)显著相关(R2=0.19,P<0.01),说明高辐射、极端气温和干旱是限制沙柳光系统Ⅱ光合生理状态的主要环境胁迫因子。沙柳光系统Ⅱ能量分配在日与季节尺度的差异,很可能是由于光系统Ⅱ叶黄素循环等短期光保护机制与叶绿素浓度、比值分配等长期调控机制的差异造成。