干旱胁迫下3种玉米光响应曲线模型的比较

研究了不同土壤水分条件下玉米的光合作用,对光响应曲线进行拟合,比较3种不同拟合方法的优劣,优选出干旱胁迫下最优的光合作用光响应模型。利用玉米穗位叶光合数据,用直角双曲线模型、非直角双曲线模型以及直角双曲线修正模型对适宜土壤水分条件及中度干旱胁迫下玉米光响应进行拟合。从拟合的相关参数看,对照(CK)的拟合结果中,直角双曲线模型整体高于非直角双曲线模型,其中表观量子效率与最大净光合速率均提高33%,光补偿点提高10%,暗呼吸速率提高40%,直角双曲线修正模型得到的最大净光合速率低于非直角双曲线模型,其余参数差别很小。在对水分胁迫(MS)的拟合中,3种曲线所得参数的差异与CK一致。直角双曲线修正模型可以直接得到饱和光强与最大净光合速率,得到的光合参数比另外2种模型更接近实测值,因此该模型可以更好的拟合适宜土壤水分和中度干旱胁迫下的玉米光响应曲线。

非直线双曲线模型在光合光响应曲线数据分析中的应用

通过对光响应曲线数据两种分析方法的比较,发现使用二项式回归来拟合光响应曲线,不能计算表观量子效率且无法解释光强超过光饱和点后,模型预测的光合速率很快下降等问题;而运用非直线双曲线模型结合SPSS软件的非线性回归,并在低光阶段辅以直线回归作补充,能较客观地计算光响应曲线相关参数并绘制出拟合图形。

中国12种珍稀树种光合生理特性

以中国12个珍稀树种为研究对象,采用Li-6400型便携式光合作用测定系统测定了12个树种光合作用对光的响应特征及其7、11月份光合作用的日变化规律,阐述了其光合作用对光的响应特征和光合作用日变化的季节性特征。结果表明:非直角双曲线模型可较好地模拟12个珍稀树种的光响应曲线,得出一系列光合响应特征参数(表观量子效率、最大净光合速率、暗呼吸速率、光饱和点、光补偿点等)存在显著的差异;12个珍稀树种的表观量子效率、最大净光合速率、暗呼吸速率、光饱和点、光补偿点大小范围分别为0.0355～0.0684mol·mol-1、6.474～18.537μmol·m-2·s-1、-1.844～-0.732μmol·m-2·s-1、644～1330μmol·m-2·s-1、13.4～40.6μmol·m-2·s-1;不同珍稀树种的叶片蒸腾速率在光照强度为0～1800μmol·m-2·s-1时呈上升趋势;水分利用效率随着光照强度的增大呈现出先上升后下降的趋势;12种珍稀树种在7月份光合速率的日变化趋势基本相同,均在日变化进程中出现2个高点,有明显的光合"午休"现象,而在11月份这12个树种的净光合速率的日变化进程中只有一个高点,无明显的光合"午休"现象,且7月份的净光合速率整体高于11月份。

油茶光合作用光响应曲线的拟合

为探讨不同光响应模型对油茶光合特性的适用性,利用非直角双曲线模型、直角双曲线模型和改进的直角双曲线模型拟合了油茶的光响应曲线,通过分析光合参数模拟值与实测值的接近度,在3个模型中筛选最佳油茶光响应模型。结果表明,非直角双曲线和直角双曲线模型都无法直接估算光饱和点,也不能解释光饱和区域的光抑制现象;而改进的直角双曲线模型能较好地描述油茶在不同生境下的光响应曲线,其光合参数均接近实测值。因此,可将改进的直角双曲线模型作为研究油茶光响应曲线的首选模型。

干热河谷紫色土区不同复合肥施肥量对玉米苗期光响应特性的影响

采用3种模型在不同复合施肥量下对玉米苗期光响应特性的影响进行模拟,比较不同拟合模型的优劣,旨在筛选出不同复合施肥量下最优的光合作用光响应模型,并采用最优的光合作用光响应模型模拟玉米苗期的光合参数,为研究紫色土区玉米种植的氮磷钾营养生理和科学施肥提供科学依据。以长城799玉米为研究材料,在模拟小区定位施肥的基础上,采用LI-6400型便携式光合测定仪测定苗期叶片在不同光强下的光合速率,研究不同施肥量下玉米苗期叶片的光合作用响应特征,采用直角双曲线、非直角双曲线和直角双曲线修正3种不同模型对光响应曲线进行拟合,对比决定系数(R_2)、表观量子效率(α)、最大净光合速率(Pn_(max))、光饱和点(LSP)、光补偿点(I_c)和暗呼吸速率(R_d)6个参数,比较3种模型的差异。结果显示:(1)3种模型均能较好地拟合玉米苗期叶片光响应曲线。从决定系数来看,光合参数拟合值与实测值相关度较高(R^2>0.98),拟合效果优劣排序为直角双曲线修正模型>非直角双曲线模型>直角双曲线模型。(2)直角双曲线修正模型对不同复合肥施肥量下玉米叶片的光响应的Pnmax、LSP、Ic和Rd4个光合参数的估计更准确。(3)玉米苗期叶片的净光合速率、胞间CO_2浓度、气孔导度和蒸腾速率都随施肥量增加而升高,用量过高时则下降。合理地提高施肥量能够提高玉米苗期叶片的叶绿素含量,延长较高的光合持续期。因此,直角双曲线修正模型可以直接得出饱和光强和最大净光合速率,能够较好地拟合不同复合施肥量下玉米苗期叶片的光响应过程及其特征参数,拟合值较符合植物实际的生理情况,更接近实测值,且确定的适宜施肥量为1.12 t·hm^(-2)(N-P2O5-K2O=0.190-0.190-0.190 t·hm^(-2))和1.49 t·hm^(-2)(N-P2O5-K2O=0.253-0.253-0.253 t·hm^(-2))。

不同土壤水分条件下麻栎盆栽实生苗的光合响应

在南京林业大学树木园内,应用Li-6400光合作用测定系统测定一年生麻栎(Quercus acutissima Carruth)盆栽实生苗在不同土壤水分条件下的光合响应参数、相同光合有效辐射强度下的净光合作用参数、高光强度下的P n-CO2变化曲线;用光合作用光响应实测值和直角双曲线修正模型对不同土壤水分条件下麻栎的光响应曲线进行拟合,探讨双曲线修正模型对麻栎幼苗的适用性及麻栎的光合响应规律。结果表明:1)在光合有效辐射强度160μmol/(m2·s)条件下,土壤含水量为24.0%、14.5%、11.4%的处理组和土壤含水量32.0%的对照组之间的净光合速率及蒸腾速率存在显著性差异(P<0.05);2)直角双曲线修正模型拟合出的光响应数据除了光饱和点和实测值有较大的差异外,拟合的其他光响应数据相差不大,并随土壤含水量的变化和实测值呈现相同的趋势;3)麻栎的羧化效率、CO2补偿点都随土壤含水量的降低而降低,土壤含水量抑制了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)的酶活性。

两种光响应及CO_2响应模型在喀斯特树种中的应用

为了找到光及CO2响应曲线最优拟合模型,采用目前应用最广泛的非直角双曲线模型和叶子飘新模型对4种喀斯特森林树种的光响应数据及CO2响应数据进行了拟合。结果表明,光合作用对光及CO2响应的叶子飘新模型能很好地拟合4个树种的光及CO2响应数据,且可以直接计算出其主要光合参数。4个树种光合特性由强到弱为:翅荚香槐>光皮树≈黄连木>椤木石楠。

野生小蓬竹的光合光响应曲线及其模型拟合

应用5种典型的光响应模型对野生小蓬竹叶片光响应曲线进行了拟合,并探讨了几种模型在光响应研究中的适用性。结果表明:①直角双曲线、非直角双曲线及指数函数模型无法求取植物最大净光合速率(Pnmax)和光饱和点(Isat)的解析解,而结合其它方法拟合的相应值却与实测值相差很大,同时也不能处理光抑制部分的光响应数据;②二次多项式模型能够一定程度地处理光抑制部分的光响应数据,但其拟合得到的各项光合参数与实测值相差较大,甚至会出现逻辑错误;③修正的直角双曲线模型拟合的各项光合参数均比较准确,同时也能很好地处理发生光抑制部分的光响应数据;④采用修正的直角双曲线模型拟合的野生小蓬竹Pnmax、Isat、光补偿点(Ic)、暗呼吸速率(Rd)和初始量子效率(α)分别为8.53μmol.m-2s-1、1 750.75μmol.m-2s-1、21.40μmol.m-2s-1、1.06μmol.m-2s-1、0.054。

束花石斛光合生理日变化特征与光响应模拟方法

采用光合仪LI-6400便携式光合作用测定系统对束花石斛在晴天的各项光合生理生态指标进行了测定,结果表明:(1)束花石斛净光合速率(Pn)日变化呈双峰曲线,存在"光合午休"现象;光合-蒸腾具有极显著线性正相关关系与良好的线性耦合关系(相关系数为0.363*,回归直线斜率为3.145);PAR-Pn与PAR-Tr,Gs-Pn与Gs-Tr,Tl-Pn与Tl-Tr,Ci-Pn与Ci-Tr的回归直线形态非常相似;PAR、Gs、Tl和Ci四个因子与Pn、Tr均有不同程度的相关关系,其中Gs是调控Pn与Tr的最主要因子。(2)通过对光响应曲线数据两种分析方法的比较,发现使用二项式回归来拟合光响应曲线,不能准确地模拟(Pn)随(PAR)变化而变化的趋势;而运用非直线双曲线模型结合SPSS软件的非线性回归,能较客观地计算光响应曲线相关参数并绘制出拟合图形。

基于叶面积指数改进的直角双曲线模型在玉米农田生态系统中的应用

一般认为,生态系统的总初级生产力(GPP)对光合有效辐射(LAI)的响应曲线可以用直角双曲线来描述。研究表明,在不同的生长季进行模拟,模拟的直角双曲线的两个参数Amax和α值不同。为消除模型参数季节变化对模拟结果的影响,直角双曲线模型通常应用于较短的时间尺度(如半月、10d或5d),然而,这种在较短的时间尺度上进行模拟的方法过于繁琐,并且当通量数据缺失过多时,在短的时间模拟窗口上,少量的数据不足以拟合直角双曲线模型。在这种情况下,无法利用直角双曲线模型对生态系统的GPP进行准确的模拟,或者对缺失的碳通量数据进行插补。以玉米农田生态系统为例,旨在阐明生态系统的环境因子和生物因子在不同生长季对直角双曲线模型中两个参数Amax和α值的影响。结果表明,Amax与LAI具有显著的直线关系:Amax=a LAI+b(a=0.64,b=0.15,R=0.74,P=0.002)。据此我们对直角双曲线模型进行了改进,用以预测半小时尺度的玉米农田生态系统GPP。与未改进的直角双曲线模型进行比较,在整个生长季进行模拟,改进的直角双曲线模型明显提高了模拟的精度;当在较短的时间窗口上进行模拟(半月时间尺度),改进的直角双曲线模型与之有着相似的精度。利用改进的双曲线模型不仅可以非常简捷地对生态系统GPP进行模拟,而且可以解释直角双曲线模型参数Amax值的连续变化,尤其是,当涡相关观测数据大量缺失时,可以很方便并且较为准确地插补缺失数据。

外生菌根菌肥对白皮松光响应的影响

为研究外生菌根对白皮松(Pinus bungeana)光合作用的影响,设置200、400、600 m L 3个菌肥剂量,干施、湿施2种施用方式,采用Li-6400便携式光合测定系统,测定田间8年生白皮松苗的光响应曲线。结果表明:直角双曲线修正模型适合白皮松光响应曲线的拟合。施用菌肥显著提高了白皮松的光合生理特性,表现为净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率均显著高于对照;不同程度地提高了表观量子效率、最大净光合速率和光饱和点,并降低了暗呼吸速率和光补偿点。菌肥剂量与光合作用间无明显规律;施肥方式中,湿施处理比干施处理更能提高白皮松叶片的光合特性。各处理组在促进白皮松光合作用上,200 m L施肥量、湿施的处理方式效果最优。

非直角双曲线光合模型的积分及参数灵敏度分析

非直角双曲线单叶光合模型对光合反应有更灵敏的响应.将它对叶面积积分,并用于大田干物质计算.其精度比用直角双曲线型的叶面积积分模式有所提高.对光合参数作了灵敏度试验,并指出育种和数值模拟试验中应注意的问题.

光合作用对光响应的直角双曲线修正模型和非直角双曲线模型的对比研究

利用直角双曲线修正模型和非直角双曲线模型拟合了三叶鬼针草、水稻和冬小麦的光响应曲线并进行了对比研究。拟合结果表明:非直角双曲线模型可以很好地拟合植物不出现净光合速率随光强增加而降低的光响应曲线,但得到的最大净光合速率大于实测值。此外,该模型不能很好地拟合植物净光合速率随光强的增加而降低的光响应曲线,且最大净光合速率低于实测值。直角双曲线修正模型则可以拟合植物在不同生境下的光响应曲线,且拟合得到的光合参数与实测值符合,这为研究植物在不同生境下的光合特性提供了一个更有效的工具。

六种高丛越橘的光合特征及水分利用效率研究

以辽南地区种植的6个品种南北高丛越橘为研究对象,使用LI-6400XT便携光合仪测量其在0、20、50、100、200、500、800、1 000、1 200、1 500、1 800μmol·m-2·s-1光合有效辐射梯度下的光合-光响应曲线,采用直角双曲线修正模型进行拟合,计算光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)和表观量子效率(AQY)等参数,并用光合参数分析高丛越橘的水分利用情况。结果表明:利用光强和适应强光的能力南高丛品种高于北高丛品种,依次为"库帕">"奥扎克蓝">"蓝脊">"蓝鸟">"卡拉">"大粒蓝金",利用弱光的能力和表观量子效率多数北高丛品种高于南高丛品种,为"大粒蓝金">库帕>"卡拉">"蓝鸟">"蓝脊">"奥扎克蓝";多数南高丛越橘的水分利用效率高于北高丛品种,为"蓝脊">"库帕">"卡拉">"大粒蓝金">"奥扎克蓝">"蓝鸟",北高丛品种"大粒蓝金"和"卡拉"蒸腾速率小且水分利用效率较高,是节水耐旱的品种;研究结论旨在为我国种植高丛越橘提供试验依据。

水分胁迫下氮素增加对玉米生长的抑制作用

水分和氮素是影响玉米生长发育的重要因子。在干旱和土壤贫瘠条件下,作物的生长和生理过程受到水分和氮素的交互作用。因此,研究水分胁迫下不同施氮水平对玉米叶片光合生理及根系形态的影响可以为玉米栽培中水氮的高效管理提供科学理论依据。利用温室盆栽试验,在中度水分胁迫(W1,40%~50%田间持水量)、轻度水分胁迫(W2,60%~70%田间持水量)和充足供水(W3,75%~90%田间持水量)三个水分处理下设置低氮(N1,1.0g·盆^(-1))、中氮(N2.5,2.5g·盆^(-1))和高氮(N5,5.0g·盆^(-1))三个施氮水平,研究玉米的生长状况、叶片气体交换参数、光和二氧化碳响应曲线和根系形态等。结果表明:在不同水分条件下玉米对氮素的生理响应过程不同。水分胁迫下根长和根系比表面积较充足供水处理显著增加,增幅分别为106.39%~208.82%和45.81%~105.85%,根干重在中度水分胁迫下降低23.94%~36.61%;此时增加施氮量尤其是高氮处理,玉米的根长和根系比表面积比水分胁迫下低氮处理显著降低41.85%~54.10%和18.68%,根干重比中度水分胁迫下低氮处理显著降低33.75%。因此,水分胁迫下施氮加剧了根际的水分胁迫,造成根水势下降,进而影响地上部分叶片的气孔导度(G_s)及二氧化碳和光的利用效率。水分胁迫和施氮处理均影响玉米叶片的光和CO_2响应曲线,水分处理的影响更显著。相同施氮水平下,随着水分胁迫程度的加剧,光响应曲线参数暗呼吸速率(R_d)、最大净光合速率(A_(max))和饱和光强(Q_(sat))以及CO_2响应曲线参数初始羧化效率(a)、光呼吸速率(R_p)、光合能力(A_(max))和高氮条件下的饱和胞间CO_2浓度(C_(isat))均呈下降趋势,前者参数变化显著,而且中度水分胁迫下,增加施氮量进一步降低了这些参数,即水分胁迫下氮素进一步抑制了植株的光合性能;同时,中度水分胁迫下叶片G_s和光合速率(A_n)分别显著降低32.37%~51.97%和41.85%~56.14%,而中度水分胁迫下增加施氮量尤其是高氮处理可以使G_s和A_n较低氮处理分别降低35.81%和30.71%。水分胁迫促进根长和根系比表面积增加,而水分胁迫下,增施氮肥不仅未缓解水分胁迫,反而抑制根长和根系比表面积的增加,加剧了根系的水分胁迫,造成根水势降低,进而影响了地上部分叶片的G_s,并削弱了叶片的光合性能即降低了对CO_2和光能的利用能力,这些气孔和非气孔因素最终抑制了光合作用,导致光合碳同化能力降低,影响了根系生物量的积累。

红叶石楠吸附不同粒径颗粒物能力及光合响应

城市中园林植物可作为天然过滤器来吸附空气中的颗粒物,其中红叶石楠(Photinia fraseri)的运用尤为广泛.分析红叶石楠对不同粒径颗粒物滞留能力及其光合响应,可为城市滞尘树种的选择及后期管理提供重要参考.本文通过比较滞尘前后叶片的光响应曲线及特征参数,分析了红叶石楠叶表面及蜡质层对不同颗粒物的滞留量,滞尘叶片光合响应,及两者之间的相关关系.研究结果如下:(1)红叶石楠吸附sPM100(粒径10～100μm的叶表面颗粒物)质量最大且显著高于wPM100(粒径10～100μm的蜡质层颗粒物).sPM10(粒径2.5～10μm的叶表面颗粒物)与wPM10(粒径2.5～10μm的蜡质层颗粒物)之间、sPM_(2.5)(粒径0.2～2.5μm的叶表面颗粒物)与wPM_(2.5)(粒径0.2～2.5μm的蜡质层颗粒物)之间的质量无显著差异.(2)红叶石楠光合响应特征参数:表观量子效率(AQY)、最大净光合效率(Pnmax)、光饱和点(LSP)在滞尘后均显著降低.(3)粗、细颗粒物(粒径0.2～10μm)相较于大颗粒物(粒径10～100μm)对红叶石楠光合响应影响更大,特别是sPM10、sPM_(2.5)以及wPM_(2.5).

桫椤对光照和CO_2的响应曲线及其模型拟合研究

以濒危植物桫椤为研究材料,使用Li-6400便携式光合测定系统测定光合-光响应曲线,应用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和修正的直角双曲线模型3种模型进行模拟研究,并探讨不同模型对桫椤光响应及CO_2响应中的适用性。结果表明:采用修正直角双曲线模型拟合的桫椤光响应参数为0.077,Pnmax、Iisat、Ic、Rd分别为8.162、917.96、16.021、-0.975μmol/m2·s,CO_2响应参数为0.035,Cisat、Pmax、Γ、RP分别为1577.624、14.170、61.666、-2.028μmol/m2·s。修正直角双曲线模型能很好地拟合桫椤的光响应及CO_2响应数据,并能较准确地直接计算出光合参数,同时能很好地处理桫椤产生光抑制部分的光响应数据,高光强下直角双曲线模型和非直角双曲线模型不能处理光抑制问题。修正直角双曲线模型下光饱和点和CO_2饱和点高于直角双曲线模型和非直角双曲线模型,最大净光合速率表现相反。光补偿点、暗呼吸速率、光呼吸速率和CO_2补偿点介于直角双曲线和非直角双曲线模型之间,修正直角双曲线模型模拟值与实测值最接近。桫椤具有一定的耐阴性,能适应一定低光照的环境条件,对CO_2的适应范围较宽。修正直角双曲线模型是拟合桫椤光合-光响应曲线的理想模型,该模型能较好地对桫椤植物光能利用效率进行模拟,为桫椤植物的有效保护提供参考。

引种杂交杨光合-光响应特征

利用直角双曲线修正模型对伊犁地区22个引种杂交杨光合-光响应曲线进行拟合,阐明引种杂交杨光合生理特性,为伊犁地区优树选育提供参考。结果表明,‘LX-2’、‘84-306’、‘I-262’、‘D5-20’、‘D5-9’、‘DX-08-1’和‘DM-9-16’最大光合潜力较强;‘CL-6’、‘93-8-18’、‘108’、‘93-8-17’和‘LX-6’更能够适应弱光环境;‘CD-2’、‘D5-20’、‘D5-9’和‘93-8-17’对光能的转化效率更高;‘93-8-18’、‘108’、‘CL-6’和‘LX-6’暗呼吸速率低,利于有机物积累。最大光合潜力较强的品系更能够适应伊犁地区高光环境,建议多年栽植驯化光合潜力相对较小的品系,使其尽可能适宜当地环境,保留种质资源。

胡杨不同发育阶段叶片光合作用及其光响应特征

胡杨(Populus euphratica)为第三纪孑遗植物,在个体的不同发育阶段形成了独特的异形叶,具有较强的抗旱性和耐盐性,是额济纳绿洲生态系统的主要建群种,具有重要的研究价值。以内蒙古额济纳旗胡杨林自然保护区胡杨为研究对象,通过实地调查观测,分析了胡杨幼苗期、幼树期和成熟期叶片的形态变化规律及其性状特征,利用Li-6400XT便携式光合作用系统测定了胡杨幼苗期、幼树期和成熟期不同形态叶片的光合作用光响应过程,并采用直角双曲线修正模型对其进行了拟合分析。结果表明:(1)在胡杨生长发育过程中,其叶片形态性状表现出明显的变化规律。随着胡杨树龄的增长,其叶片的长/宽比值、比叶面积和叶片厚度逐渐减小,而叶干物质含量、叶面积和叶干重数据增大。(2)胡杨成熟期阔卵圆形叶具有较高光合活性,通过提高Pnmax以增强光能利用率,使其在干旱荒漠区高温、强光环境下仍能保持较高的光能转化效率与光合速率;幼树期条形叶具有较宽的光能利用区间,能够在弱光环境下保持较高的光合速率;幼苗期条形叶具有较低的α与相对较高的LCP、LSP及Pnmax,主要归因于其较高的比叶面积,高效光捕获面积使其具有较高的光合速率;上述结果是胡杨在不同光环境下形成的适应性反应和生理生态机制。(3)直角双曲线修正模型适于胡杨不同形态叶片光合生理参数的定量研究。

成龄枣树光合特性与光响应曲线模型

【目的】不同灌溉定额条件下,研究红枣光合特性变化规律及适用于滴灌模式下红枣的光响应曲线模型,为红枣滴灌决策提供数据支撑和理论依据。【方法】以新疆南疆阿克苏地区进行地表滴灌的6年生红枣树为研究对象,通过田间试验测定不同水分处理条件下的光合-光响应曲线。【结果】6年生红枣在20、30 m 3667 m^2灌溉水量区间内,最大净光合速率呈递减趋势。拟合模型针对新疆南疆成龄枣树叶片适用性排序为直角双曲线修正模型>非直角双曲线模型>指数模型>直角双曲线模型。通过对比分析4种不同模拟机制的模型。【结论】在轻度水分胁迫条件下有利于提高净光合速率及水分利用效率;直角双曲线修正模型对于南疆成龄枣树叶片的适用性最好。