8种园林灌木光合特性及固碳释氧能力分析.pdf
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1、西 北 农 业 学 报 2 0 2 3,3 2(9):1 4 1 1-1 4 2 1A c t a A g r i c u l t u r a e B o r e a l i-o c c i d e n t a l i s S i n i c ad o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 1 0h t t p s:/d o i.o r g/1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 1 0 8 种园林灌木光合特性及固碳释氧能力分析收稿日期:2 0 2 3-0 2-
2、0 9 修回日期:2 0 2 3-0 3-0 6基金项目:安徽省高校自然科学研究项目(K J 2 0 2 0 A 0 6 4 9)。第一作者:李长爱,女,硕士,讲师,从事植物生态学研究。E-m a i l:1 8 5 1 9 3 2 8 1q q.c o m通信作者:刘 玲,女,博士,副教授,主要从事植物生态学和逆境生理研究。E-m a i l:l l i i u u 4 9 4s i n a.c o m李长爱1,2,郭春凤1,刘 玲1,2,黄 镇3,李亚亮1,王 慧1,刘海涛1(1.淮南师范学院 生物工程学院,安徽淮南 2 3 2 0 3 8;2.资源与环境生物技术重点实验室,安徽淮南 2
3、3 2 0 3 8;3.西北农林科技大学 农学院,陕西杨凌 7 1 2 1 0 0 0)摘 要 以4种园林落叶灌木(火棘、锦带花、红瑞木、棣棠)和4种常绿灌木(红叶石楠、栀子、珊瑚树、金边黄杨)为材料,通过测定光合生理指标,分析树种的日固碳释氧能力,并对其单位叶面积日固碳量进行聚类分析。使用扫描电子显微镜观察叶表面气孔微形态,采用P e a r s o n法分析各类灌木的日固碳量与叶面积、单株叶面积指数及气孔微形态的相关性。结果表明:(1)8种灌木光合速率日变化曲线呈“双峰型”或“单峰型”,除棣棠与金边黄杨之外,其他6种灌木均出现“光合午休”现象。(2)平均单位叶面积与单株单位土地面积上的日固
4、碳释氧量均为:落叶树种常绿树种。(3)8种灌木单位叶面积日固碳量聚类结果分为三类:第一类是日固碳量最高的锦带花和棣棠,第二类是日固碳量中等的金边黄杨、珊瑚树、红瑞木和火棘,第三类是日固碳量最低的栀子和红叶石楠。(4)单位叶面积日固碳量与叶面积或气孔大小呈正相关,单株单位土地面积上的日固碳量与单株叶面积指数或气孔大小呈正相关,且与气孔长度显著正相关(P7月4月1月。郭晖等8研究显示,常见绿化植物的单位叶面积日固碳量表现为灌木乔木。另外,冯晶红等9的研究结果表明,单位叶面积的日固碳释氧量为草本灌木乔木,单位土地面积上的日固碳及释氧量为灌木乔木草本。灌木是园林绿化植物的主要组成部分,因而对其不同种类
5、的光合固碳释氧能力的比较研究具有一定意义。作为植物进行光合作用的主要器官,叶片通过气孔与外界进行气体交换,从而促进植物的生长1 0。李玉凤等1 1以桂林喀斯特石山常见植物为研究对象,发现叶片单位面积最大净光合速率与气孔导度之间极显著正相关(P0.0 1)。郭小龙等1 2对灰楸不同杂交组合杂种后代的叶片性状与光合性能指标进行了相关性分析,结果显示,最大净光合速率与叶面积呈极显著正相关(P0.0 5),再次为红叶石楠、栀子、珊瑚树、火棘;金边黄杨最小,为3.4 9 6 m2。单株叶面积指数为金边黄杨栀子火棘珊瑚树红瑞木锦带花红叶石楠棣棠,其中金边黄杨比棣棠高4.6 0 4。冠幅为棣棠锦带花红瑞木红
6、叶石楠 珊瑚树栀子火棘金边黄杨。研究表明,8种灌木单株叶面积指数与冠幅呈负相关,单株叶面积指数比单株总叶面积的差异显著。2.2 8 种灌木净光合速率日变化由8 种灌木光合速率日变化曲线(图1)可知,从8:0 0-1 8:0 0,各类灌木的净光合速率日变化均不相同,但主要分为“单峰型”与“双峰型”两类。金边黄杨与棣棠属于“单峰型”曲线植物,其净光合速率在8:0 0-1 2:0 0逐渐升高,棣棠在中午1 2:0 0时 许 达 到 峰 值,金 边 黄 杨 则 在 下 午 1 4:0 0左右达到峰值,其后净光合速率都迅速下降。其他6 种均属“双峰型”,第一个峰值都出现在1 0:0 0左右,第二个峰值出
7、现在1 4:0 0-1 6:0 0左右,此后数值均呈快速回落态势。表1 8种园林灌木特征T a b l e 1 C h a r a c t e r i s t i c s o f e i g h t s h r u b s i n g a r d e n树种T r e e s p e c i e s株高/mT r e e h e i g h t冠幅/mC r o w n w i d t h冠高/mC r o w n h e i g h t单株总叶面积/m2T o t a l l e a f a r e a p e r p l a n t单株叶面积指数L A I火棘P y r a c a n t
8、 h a f o r t u n e a n a0.8 9 70.0 0 4 e f 0.7 1 6 0.0 2 1 c0.7 7 30.0 1 2 d e 3.7 1 00.0 5 5 c 9.2 3 20.4 1 3 a b锦带花W e i g e l a f l o r i d a1.1 3 50.0 2 8 c 0.8 7 20.0 7 5 b1.1 2 70.0 1 4 b4.4 0 50.2 1 5 b 7.4 3 70.9 0 1 d红瑞木C o r n u s a l b a1.3 8 80.0 4 0 a 0.8 5 20.0 9 2 b1.2 6 90.0 5 0 a4.4
9、 8 50.2 9 6 b 7.9 7 81.2 1 6 b c d棣棠K e r r i a j a p o n i c a1.3 1 50.0 2 7 b 1.0 6 60.0 8 9 a1.3 0 10.0 2 4 a5.1 4 00.3 0 6 a 5.7 9 50.5 9 2 e红叶石楠P h o t i n i a f r a s e r i0.9 7 50.0 0 9 d 0.8 4 20.0 1 7 c0.7 8 70.0 2 0 d4.0 2 10.0 5 8 c 7.2 2 40.1 9 2 d栀子G a r d e n i a j a s m i n o i d e s0
10、.8 7 60.0 1 9 f g 0.7 1 90.0 2 5 b0.8 4 80.0 2 2 c3.7 7 60.4 4 2 c 9.3 1 90.5 5 3 a b珊瑚树V i b u r n u m o d o r a t i s s i m u m0.9 1 80.0 1 5 e 0.7 3 30.0 1 4 c0.7 3 10.0 2 8 e3.7 1 20.0 4 8 c 8.8 0 20.2 1 3 b c金边黄杨E u o n y m u s j a p o n i c u s0.8 5 00.0 1 2 g 0.6 5 50.0 2 8 d0.6 7 10.0 2 9 f3
11、.4 9 60.0 8 1 d1 0.3 9 90.6 3 1 a注:同一测定指标数值后的小写字母不同,表示数值在0.0 5水平上差异显著,下同。N o t e:D i f f e r e n t l o w e r c a s e l e t t e r s a f t e r t h e v a l u e o f t h e s a m e m e a s u r e m e n t i n d e x i n d i c a t e s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a t t h e l e v e l o f 0.0 5,t h e
12、 s a m e b e l o w.2.3 8种灌木日固碳释氧量由表2可知,8 种灌木的日净同化总 量为 8 7.6 02 8 7.1 6 mm o lm-2d-1,单位叶面积的日固碳量为3.0 81 0.1 1 gm-2d-1,日释氧量为2.2 47.3 5 gm-2d-1。植物的日净同化总量越高,其单位叶面积的日固碳释氧量也越高。8 种灌木单位叶面积的日固碳释氧量为锦带花棣棠金边黄杨珊瑚树红瑞木火棘栀子红叶石楠。落叶树种单位叶面积的日固碳释氧量平均值为8.6 5与6.2 9 gm-2d-1,常绿树种的平均值为6.0 5、4.4 0 gm-2d-1。锦带花与棣棠,金边黄杨、珊瑚树、红瑞木、
13、棣棠与火棘 的单位叶面 积日固碳释 氧量差异不 显著 (P0.0 5),但红叶石楠、栀子与其他灌木的单位叶面积日固碳释氧量差异显著(P常绿灌木。2.4 8 种灌木日固碳量的聚类8 种灌木单位叶面积的日固碳量聚类结果(图2)显示,以欧氏距离1 0为阈值分为三类:第一类是 锦 带 花(1 0.1 1 gm-2d-1)和 棣 棠 (9.7 8 gm-2d-1);第二类是金边黄杨、珊瑚树、红瑞 木 和 火 棘,单 位 叶 面 积 的 日 固 碳 量 为 6.9 17.9 3 gm-2d-1;第三类是栀子(5.2 5 gm-2d-1)与红叶石楠(3.0 8 gm-2d-1)。图1 8种灌木的净光合速率F
14、 i g.1 N e t p h o t o s y n t h e t i c r a t e o f e i g h t s h r u b s表2 8种灌木日净光合同化量和固碳释氧量T a b l e 2 D a i l y n e t a s s i m i l a t i o n,c a p a c i t i e s o f c a r b o n s e q u e s t r a t i o n a n d o x y g e n r e l e a s e o f e i g h t s h r u b s树种T r e e s p e c i e s日净同化总量/(mm o
15、 lm-2d-1)T o t a l d a i l y n e t a s s i m i l a t i o n单位叶面积的日固碳释氧量D a i l y a m o u n t s o f c a r b o n s e q u e s t r a t i o n a n d o x y g e n r e l e a s e p e r u n i t l e a f a r e a固碳量/(gm-2d-1)WC O2释氧量/(gm-2d-1)WO2单株单位土地面积上的日固碳释氧量D a i l y a m o u n t s o f c a r b o n s e q u e s t
16、 r a t i o n a n d o x y g e n r e l e a s e p e r p l a n t p e r u n i t l a n d a r e a固碳量/(gm-2d-1)WC O2释氧量/(gm-2d-1)WO2火棘P.f o r t u n e a n a1 9 6.3 22 5.3 4 b c6.9 10.8 9 b c5.0 30.6 5 b c6 3.8 02.8 6 c d4 6.4 42.0 8 c d锦带花W.f l o r i d a2 8 7.1 62 5.2 6 a1 0.1 10.8 8 a7.3 50.6 4 a7 5.1 99.1
17、1 a b5 4.6 66.6 2 a b红瑞木C.a l b a2 2 0.9 22 9.4 3 b c7.7 81.0 4 b c5.6 60.7 5 b c6 2.0 79.4 6 c d4 5.1 66.8 8 c d棣棠K.j a p o n i c a 2 7 7.8 02 2.3 9 a b9.7 80.7 9 a b7.1 10.5 6 a b5 6.6 85.7 9 d e4 1.2 04.2 1 d e红叶石楠P.f r a s e r i 8 7.6 01 2.1 1 e3.0 80.4 3 e2.2 40.3 1 e2 2.2 50.5 9 f1 6.1 80.4 3
18、f栀子G.j a s m i n o i d e s1 4 9.2 81 9.8 0 d5.2 50.7 0 d3.8 20.5 1 d4 8.9 32.9 1 e3 5.6 02.1 1 e珊瑚树V.o d o r a t i s s i m u m2 2 5.1 22 2.0 4 b c7.9 20.7 8 b c5.7 60.5 6 b c6 9.7 21.6 9 b c5 0.7 01.2 3 b c金边黄杨E.j a p o n i c u s2 2 5.3 62 6.7 2 b c7.9 30.9 4 b c5.7 70.6 8 b c8 2.4 75.0 1 a6 0.0 03.
19、6 4 a2.5 8种灌木叶片形态特征由表3可知,8种灌木中,叶面积较大的是红瑞木(4 4.8 8 c m2)和锦带花(3 1.6 9 c m2);其次是珊瑚树、红叶石楠、棣棠,平均值为1 7.6 2 c m22 8.5 1 c m2;较小的是金边黄杨、栀子和火棘,叶面积为6.8 2 c m21 3.1 2 c m2。表3与图3显示,栀子、火棘、金边黄杨的气孔密度最高;其次是红叶石楠、棣棠、锦带花;最小的是珊瑚树和红瑞木。由表3、图4可知,8种灌木叶片气孔的形态、大小各不相同,气孔形状主要为椭圆形或近圆形。锦带花的气孔周长最长,平均值为9 6.8 3 m;其次是珊瑚树、金边 黄杨和火棘,为8
20、1.0 27 7.3 2 m;最 小 的 是 棣 棠 与 栀 子 花,分 别 为5 4.7 7、5 3.6 8 m。气孔长度为珊瑚树锦带花火棘金边黄杨红瑞木红叶石楠栀子棣棠;气孔宽度为珊瑚树锦带花金边黄杨火棘红叶石楠红瑞木栀子棣棠。4141西 北 农 业 学 报3 2卷 图2 8种灌木单位叶面积日固碳量聚类分析树状图F i g.2 C l u s t e r a n a l y s i s o f d a i l y c a r b o n s e q u e s t r a t i o n p e r u n i t l e a f a r e a o f e i g h t s h r u
21、 b s表3 8种灌木的叶片形态特征T a b l e 3 L e a f m o r p h o l o g i c a l t r a i t s o f e i g h t s h r u b s树种T r e e s p e c i e s叶面积/c m2L e a f a r e a气孔密度/mm-2S t o m a t a l d e n s i t y气孔长度/mS t o m a t a l l e n g t h 气孔宽度/mS t o m a t a l w i d t h气孔周长/mS t o m a t a l c i r c u m f e r e n c e火棘
22、P.f o r t u n e a n a6.8 20.8 4 g5 3 5.8 11 6.2 0 a b2 6.8 52.0 0 c2 1.8 62.0 7 a7 9.5 84.0 0 b锦带花 W.f l o r i d a3 1.6 91.9 1 b2 3 0.0 65 0.0 1 d2 8.8 13.3 6 b2 2.5 63.6 2 a9 6.8 38.8 4 a红瑞木 C.a l b a4 4.8 81.1 7 a1 3 6.3 62 7.4 0 e2 0.6 82.6 0 d1 6.8 13.5 1 b7 4.5 55.5 8 b棣棠 K.j a p o n i c a1 7.6
23、 20.8 6 e4 4 4.1 36 2.6 5 c1 6.3 31.7 3 e1 3.0 11.2 6 c5 4.7 74.3 1 d红叶石楠 P.f r a s e r i2 4.5 01.5 9 d4 8 0.5 44 3.7 0 b c2 0.6 91.8 7 d1 7.7 81.4 2 b6 4.2 04.1 4 c栀子 G.j a s m i n o i d e s1 2.8 71.4 2 f5 8 2.4 14 3.0 0 a1 9.6 02.6 1 d1 3.2 51.6 7 c5 3.6 89.7 4 d珊瑚树 V.o d o r a t i s s i m u m2 8.
24、5 10.9 3 c1 5 5.3 34 9.1 5 d e2 9.8 32.1 2 a2 3.3 32.7 3 a8 1.0 21 1.0 5 b金边黄杨 E.j a p o n i c u s1 3.1 20.6 0 f5 2 5.8 87 1.6 0 a b c2 5.6 53.1 4 c2 2.5 14.3 3 a7 7.3 28.5 8 b2.6 叶片形态与光合固碳的相关性由表4可知,8 种灌木的单位叶面积日固碳量与叶面积、气孔长度、宽度呈正相关,但相关性不显著;单位叶面积日固碳量与L A I、气孔密度,气孔密度与气孔长度、宽度、周长都呈负相关,相关性也不显著;叶面积与气孔密度呈极显
25、著负相关(P0.0 1);气孔长度与宽度、气孔周长与长度、气孔周长与宽度呈极显著正相关(P0.0 1)。单株单位土地面积上的日固碳量与L A I、气孔长度、宽度、周长呈正相关,且与气孔长度相关性显著(P棣棠金边黄杨珊瑚 树红瑞木火棘栀子红叶石楠。光合速率日变化曲线呈“双峰型”和“单峰型”两种;除棣棠与金边黄杨之外,其他6种灌木均出现“光合午休”现象2 7。这与熊向艳等2 8得出的北京市1 7种常见绿化植物中大多数在1 2:0 0左右出现了“光合午休”现象的研究结论一致。此种现象的产生有气孔原因和非气孔原因,即叶片受到强烈的光照刺激后导致气孔关闭或叶片遭受高温和强光导致光合活性下降,从而影响光合
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