苹果叶片瞬时水分利用效率动态模拟

通过构建叶片净光合速率和蒸腾速率耦合模型可模拟出不同小气候条件和叶片水势下苹果叶片瞬时水分利用效率(WUEI)动态变化。该模型利用C3植物叶片光合生化模型和Penman-Monteith公式计算叶片净光合和蒸腾速率,而WUEI是根据净光合速率和蒸腾速率比值求出。利用在富士苹果园观测数据拟合了相关模型参数。模拟结果表明WUEI随CO2浓度和湿度的增加而迅速增加,随温度和叶片水势的增大而减少;当有效光合辐射(PAR)低于光饱和点时WUEI随PAR的增加而增加,超过光饱和点后,随PAR的增加而略有减少。数值模拟还表明各种小气候因子对WUEI的影响不同,并且各因子之间还存在强烈的交互作用。在晴天WUEI在太阳升起不久就达到了最大值,然后迅速下降到一个比较稳定的水平,并几乎全天都保持此水平,直到太阳落山时降到0。

不同浓度叶面肥处理对核桃瞬时水分利用效率的影响

以核桃为试验材料,采用盆栽试验,运用LI-6200便携式光合仪、美制LI-1600稳态气孔计分别测定核桃苗木叶片净光合速率、蒸腾速率等水分生理指标,并计算树种的瞬时水分利用效率。初步分析了不同浓度叶面肥处理下核桃净光合速率、蒸腾速率的日变化以及水分利用效率的变化。结果表明:不同浓度处理下,核桃净光合速率、蒸腾速率日变化均呈"双峰"曲线,净光合速率日变化存在光合"午休"现象。核桃的瞬时水分利用效率在8:00左右最大,18:00达到一天中的最低水平。方差分析表明,叶面肥浓度稀释1 200倍时,核桃的瞬时水分利用效率最大,清水(对照)的瞬时水分利用效率最小。

不同光环境下辣椒光合特性和瞬时水分利用效率

以遮阴和大棚处理下的辣椒(Capsicum annuum L.)为研究对象,用LI-6400光合仪测定了这两种光环境下辣椒的气体交换数据,然后利用光响应模型拟合它们的光合作用和瞬时水分利用效率对光的响应曲线,研究叶片的净光合速率和瞬时水分利用效率在不同光照环境下的变化规律。结果表明:大棚辣椒较遮阴辣椒的最大净光合速率(Pnmax)和蒸腾速率(Tr)均有所下降;而大棚辣椒的最大瞬时水分利用效率(WUEinst-max)大于遮阴辣椒,其对应的饱和光强(Iinst-sat)要小于遮阴辣椒,但不存在显著差异(P>0.05)。此外,研究结果还揭示,两种光环境下辣椒净光合速率达到最大时的饱和光强(Isat)与瞬时水分利用效率达到最大时的饱和光强(Iinst-sat)之间存在显著差异(P<0.05),且前者的饱和光强大于后者的饱和光强,表明这种光照条件下辣椒的光合作用和瞬时水分利用效率对光的响应发生过程并不同步。

不同CO_2浓度下大豆叶片的水分利用效率比较

为探究水分利用效率(WUE)对生态系统水循环和碳循环相互作用的影响,本研究利用光合作用对光响应的机理模型构建内禀水分利用效率模型和瞬时水分利用效率模型,并利用2个模型拟合大豆叶片的内禀水分利用效率(WUEi)和瞬时水分利用效率(WUEinst)。结果表明,瞬时水分利用效率随着CO2浓度的增加而增大;内禀水分利用效率则不存在明显的变化规律。CO2浓度为600μmol·mol-1时的最大瞬时水分利用效率和最大内禀水分利用效率分别是300μmol·mol-1CO2下的2. 82倍和1. 94倍。将内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率换算成相同的单位(如μmol CO2·mol-1H2O或μmol CO2·mmol-1H2O),后者是前者的39倍,甚至更多。综上所述,利用瞬时水分利用效率能更真实地反映出大豆叶片的水分利用效率。本研究为定量研究植物叶片水分利用效率的变化规律提供了数学工具。

小麦水分利用效率对CO_(2)浓度响应的模型研究

为了定量研究水分利用效率(water use efficiency,WUE)对CO_(2)浓度的响应,在植物光合作用对CO_(2)响应模型的基础上构建了WUE(分为内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率,即WUEi和WUEinst)对CO_(2)(包括大气CO_(2)浓度和胞间CO_(2)浓度,即Ca和Ci)的响应模型,并应用新构建的模型对小麦(Triticum aestivum L.)测量数据进行了拟合。结果表明,新构建的模型不仅可以很好地拟合小麦叶片WUE对CO_(2)浓度的响应曲线(包括WUEi-Ca、WUEi-Ci、WUEinst-Ca和WUEinst-Ci曲线),而且还可以直接给出小麦的最大WUEi和WUEinst以及相对应的饱和Ca和Ci。以小麦WUEi-Ca和WUEinst-Ca曲线拟合结果为例,得到的最大WUEi和WUEinst分别为176.29μmol·mol^(-1)和8.65 mol·mmol^(-1),其对应的观测值分别为172.96μmol·mol^(-1)和8.62 mol·mmol^(-1);拟合得到的饱和CO_(2)浓度分别为1410.52和1399.73μmol·mol^(-1),对应的观测值分别为1294.05和1332.84μmol·mol^(-1)。拟合值与观测值之间均无显著差异。由此可见,新建模型拟合得到的这些参数与观测值高度相符,可用于植物WUE对未来CO_(2)增加响应规律研究。

北京西山侧柏林冠层不同高度处叶片水分利用效率

以北京西山广泛分布的侧柏林为研究对象,综合考虑冠层不同高度处气象因子、大气CO_2浓度以及大气CO_2中碳同位素组成的差异,对其冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率和短期水分利用效率分别进行了测定,以期为区域森林生态系统固碳与耗水研究提供理论依据,为区域森林生态系统经营与维护提供技术支撑.结果表明:侧柏林冠层不同高度处叶片的瞬时水分利用效率随冠层高度的变化规律表现为上层>中层>下层,多种气象因子协同影响气孔运动,使瞬时水分利用效率受气孔限制;侧柏林冠层不同高度处的环境因子、大气CO_2浓度以及大气CO_2的δ^(13)C均存在一定差异,导致了林冠各层叶片的短期水分利用效率的变化.林冠上层叶片通过提高水分利用效率适应环境.

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_(gs))和短期水分利用效率(WUEcp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%~80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_(gs)则在土壤含水量最低(35%~45%FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^(-2)·s^(-1)).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ^(13)C都在土壤含水量最低(35%~45%FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ^(13)C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ^(13)C,未产生明显分馏;而叶片WUEcp也在土壤含水量最低(35%~45%FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^(-2)·s^(-1)).相同条件下,叶片WUE_(gs)和WUEcp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^(-2)·s^(-1)),WUE_(gs)时空变异性较大,而WUEcp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.

不同倍性小麦气孔特征随叶位变化及其对水分利用效率的调控

本研究选择具有不同染色体倍性的小麦野生一粒(2n=14,Triticum boeoticum)、栽培二粒(4n=28,T.dicoccon)和普通小麦(6n=42,T.aestivum cv.‘Shaan253’)为实验材料,以田间试验小区种植,在开花期研究了3种小麦叶片气孔特征随染色体倍数和叶位的变化趋势。结果发现,随染色体倍数增加,小麦叶片气孔密度显著降低,而单个气孔器面积却不断增大,单位叶面积上的气孔器总面积也有升高趋势;旗叶净光合速率(Pn)无显著差异,蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)逐渐增大,而瞬时水分利用效率(WUE)显著降低。随着叶位上升,3种小麦的叶片气孔密度逐渐增加,而单个气孔器面积却有减小趋势;种间分析表明,小麦叶片气孔密度与气孔器面积呈显著的幂函数关系。综合分析表明,染色体倍性和叶位可能通过影响叶片气孔密度和气孔器大小的相互关系进而调控了叶片瞬时WUE的变化。

沙地玉米水分利用效率日变化特征

以科尔沁沙地玉米农田生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和便携式光合作用测定系统(LI-COR6400)同步观测玉米(郑单958)主要生育期(苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期)群体和叶片尺度瞬时CO2交换及水汽交换速率,并分析其水分利用效率的日变化特征。结果表明:各生育期玉米群体尺度瞬时CO2交换速率分别为-2.205、-26.113、-26.118、-8.201、-3.672μmolCO2·m^(-2)·s^(-1),叶片尺度光合速率分别为27.57、59.55、24.38、22.03、20.09μmolCO_2·m^(-2)·s^(-1)。各生育期群体水分利用效率(WUEC)的日动态呈现"L"型,峰值出现在日出后(约06:00),分别为0.025、0.039、0.088、0.058、0.191 gCO2·g-1H2O,叶片尺度瞬时水分利用效率(WUEL)的日动态呈"～"型,峰值出现在06:00—10:00,分别为0.029、0.041、0.017、0.019、0.024 gCO_2·g^(-1)H_2O。玉米各生育期群体及叶片尺度瞬时CO_2交换速率和水分利用效率均存在明显差异。

修剪强度对不同密度板栗叶片质量与光合特征的影响

以13年生‘3113’板栗为试验对象,在河北省迁西县板栗种植园内两种主栽密度下(密度Ⅰ,株行距3 m×4 m;密度Ⅱ,株行距4 m×6 m)分别进行3种修剪强度试验,分别是P1、P2、P3,每平米树冠投影面积留母枝数为8、10、12个;测定了板栗冠层不同部位叶片的叶绿素质量分数、比叶质量和光合特征(净光合速率、蒸腾速率和瞬时水分利用效率)。结果表明:两密度中冠层各部位叶绿素质量分数均随着修剪强度的增加而降低;由小到大的顺序均表现为P1、P2、P3。密度Ⅰ中比叶质量、净光合速率与蒸腾速率均随着修剪强度的增加而增加,由大到小的顺序为P1、P2、P3;密度Ⅱ冠层各部位比叶质量最高值均出现在P2中,达到了140.55 g·m-2,在冠层上部P2净光合速率和蒸腾速率显著高于P1、P3。瞬时水分利用效率差异较小,密度Ⅰ中P1冠层中部与内膛最低,其他部位无差异;密度Ⅱ中,除内膛无差异外,P3显著高于其他两个处理。

水氮互作对春小麦叶片气体交换和叶绿素荧光参数的作用机制

通过盆栽对春小麦宁春4号不同生育期功能叶光合参数和叶绿素荧光参数的测定,研究水氮互作对春小麦叶片光合作用以及瞬时水分利用效率的影响。结果表明,施氮可提高小麦功能叶光合速率(Pn)、瞬时水分利用效率(IWUE)、气孔导度(Gs)、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ总的光化学量子产量(Yield)、荧光光化学猝灭系数(qP),同时胞间CO2浓度(Ci)减小。干旱和丰水条件下,高氮处理的Pn、IWUE、Gs和ETR均大于其他氮素水平。在拔节期和灌浆期,干旱条件下高氮叶片Yield显著低于中氮和对照处理;在抽穗期和灌浆期,丰水和中等干旱的高氮叶片qP较对照以及丰水和严重干旱的中氮叶片高。小麦叶片Pn与Yield、qP、ETR表现为显著线性正相关,而且其相关性在中等氮素水平达到最高;Pn与Gs、IWUE之间的相关性因处理不同而异,证明施氮能够显著提高光合机构开放比例、捕捉光量子的能力和电子传递速率,从而改善光合机构效能;氮素对气体交换的影响受水分条件的显著作用,从而影响叶片水分利用效率,但由于干旱导致Pn和IWUE的降低可以通过增施氮肥得到部分补偿。

覆膜方式对旱地糜子光合特性及产量的影响

以晋黍7号为材料,研究了旱地不同覆膜方式对糜子各生育期植株绿叶面积、叶绿素相对含量(SPAD)、光合特性及产量的影响。试验结果表明,与平膜穴播和露地条播相比,分蘖期至成熟期,膜侧穴播处理的糜子平均旗叶SPAD分别提高3.8%、10.2%;单株绿叶面积分别提高17.9%、59.1%;拔节期至成熟期,膜侧穴播处理的糜子平均旗叶净光合速率较平膜穴播和露地条播分别增加3.8%、28.7%,旗叶蒸腾速率分别增加7.5%、23.4%,叶片瞬时水分利用效率(LWUE)下降幅度较平膜穴播和露地条播分别低16%、25%。在不同的覆膜方式中,膜侧穴播处理的糜子产量最高,较平膜穴播和露地条播分别增加7.6%、51.2%。因此,膜侧穴播有利于糜子光合和产量的提高。

氮素对小麦幼苗叶片气体交换和能量转化特性的调控

利用LI-6400光合仪和Mini-PAM型便携式荧光仪检测不同氮素水平对旱地(定西35号,耐旱)和水地(宁青4号,不耐旱)小麦幼苗光合与荧光及瞬时水分利用效率(IWUE)的影响。结果表明,耐旱品种对氮素处理比较敏感。耐旱和不耐旱小麦幼苗叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、电子传递速率(ETR)、胞间CO2浓度(Ci)和光化学猝灭系数(qP)、气孔限制值(Ls)对3个氮素水平的响应基本一致:2个品种N15(15mmol.L-1)处理的Pn、Gs、ETR显著高于N5(5mmol.L-1)和N30(30mmol.L-1)处理;N5处理的Ci和qP高于N15和N30处理,且3个氮素处理间差异极显著;N30处理的Ls高于N5和N15处理,各处理间差异极显著。2个品种的PSⅡ总光化学量子产量(Yield)和IWUE对3个氮素的响应不同:水地品种N15处理的Yield和N30处理的IWUE最高,而旱地品种N5处理的Yield和N15处理的IWUE最高。

水氮耦合对黑河中游绿洲制种玉米光合特性的影响

以黑河中游绿洲制种玉米为材料,研究了水氮耦合对制种玉米光合特性的影响.结果表明:制种玉米叶片净光合速率在拔节期末达到最高,平均值为27.66μmol/(m2·s),比苗期、灌浆期和成熟期平均高32.8%、22.5%和73.4%.其中,中水中氮处理玉米叶片净光合速率平均值为20.68μmol/(m2·s)表现出良好的水氮互作效应,在整个生育期显著提高了叶片的净光合速率,且与高水中高氮处理间差异不显著.叶片蒸腾速率、气孔导度的变化与光合速率的变化基本一致,但中水中氮处理的玉米叶片蒸腾速率显著低于其他处理,且瞬时水分效率较高,具有良好的节水作用;拔节期至灌浆期气孔导度的降幅明显低于光合速率和蒸腾速率.玉米叶片光合速率和蒸腾速率与气孔导度极显著正相关.研究发现,轻度亏水配合中等施氮量处理是黑河中游绿洲制种玉米高产、高水效的适宜水氮组合.

3种豆科牧草不同月份光合特性分析

为了解豆科牧草在不同月份的光合特性,连续3个月观测扁蓿豆、达乌里胡枝子和紫花苜蓿生长环境的气温(Ta)以及叶片的光合有效辐射(PAR)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO_2浓度(Ci)、净光合速率(Pn),利用测定的相关指标计算瞬时水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE)。结果表明,扁蓿豆属于低光合、低蒸腾、低光能利用效率型,提示其更适合于干旱低温地区种植;达乌里胡枝子叶片的Pn与Ci呈负相关,LUE与Gs呈极显著正相关、与WUE呈显著正相关,而WUE与Gs呈显著正相关,提示其对二氧化碳的吸收能力稳定;紫花苜蓿属于高光合、高蒸腾、高瞬时水分利用效率型,Pn与Tr呈显著正相关,提示其对于固定二氧化碳有显著效果,是改善温室效应的理想植物。