基于高光谱植被指数的叶片净光合速率Pn反演

植物净光合速率是衡量植被生产力、体现植物整体长势的重要指标。该文在分析植被光谱指数VI、光合有效辐射PAR与净光合速率Pn关系的基础上,建立了基于高光谱遥感数据的净光合速率反演模型。采集武汉市4种常见植被叶片共124个样本作为研究对象,在分析比较9种不同光谱指数与SPAD相关性的基础上选择3种相关性较高的植被指数对不同的植被类型进行净光合速率反演模型建立。结果表明:实验中CIrededge、NDVI705和RVI7003种植被指数与SPAD相关性较高,R2值均在0.7以上,最高达到0.88;在建立净光合速率反演模型时,若仅考虑叶片净光合速率(Pn)与植被指数的关系,其相关性较差;而将植被光谱指数、光合有效辐射(PAR)乘积后再与净光合速率(Pn)分析时,发现其相关性显著提高;以上3种植被指数中CIrededge*PAR vs.Pn反演效果最优,但农作物与园林植物净光合速率反演最优模型存在差异。因此,利用高光谱遥感技术可以了解和掌握植物叶片的光合效应,以此评价植物固碳释氧能力以及估测农作物产量是完全可行的。     

水淹胁迫下空心莲子草的光合和荧光特征及其生理和生态响应

为了筛选用于洪水淹没带和植物退化河岸带的生态恢复优先物种,选择乐安河典型河岸带优势物种空心莲子草(Alternathera philoxeroides)作为实验材料,通过模拟野外浸润、半淹和全淹下的环境条件,与对照处理(自然状态)相比,研究浸润、半淹和全淹处理下移植了14 d后的空心莲子草的光合和荧光变化特性、生理和生态适应性特征。结果表明,在浸润处理和半淹处理下,空心莲子草叶片的叶绿素含量和净光合速率变化不显著,但是,在全淹处理下,空心莲子草的最大量子产率、光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数、总叶绿素含量、净光合速率和蒸腾速率都显著减小,与对照处理相比,分别减小了50.0%、57.1%、46.0%、68.9%、78.9%和92.6%;而有效量子产率和胞间CO2浓度都显著高于其它处理。随着水淹强度的加剧,空心莲子草叶片的过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性都显著增强,而过氧化氢酶活性波动变化且在全淹处理下其活性最弱。水淹胁迫抑制空心莲子草的生长主要表现在抑制茎的生长,且在全淹处理下空心莲子草的生物量和比茎重为对照处理的40.5%和57.3%。空心莲子草具有较强的耐淹性,可以作为洪水淹没后植物退化河岸带的生态恢复优势种。     

崇明岛东滩湿地芦苇光合作用对土壤水盐因子的响应

2015年3~10月,在崇明岛东滩湿地设置7块采样地,以不同水盐条件下生长的芦苇(Phragmites australis)为材料,应用便携式光合系统分析仪(Li-6400),对芦苇的光响应特征进行实地测定,探讨芦苇光合过程对干旱和盐胁迫的响应机理。结果表明:1各月采样日的水位与土壤电导率显著负相关(n=420,p0.01),适当增加土壤水位,有利于降低土壤电导率,从而缓解植物盐胁迫伤害;28月21日的芦苇叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度与水位显著正相关(n=42,p0.01),而与土壤电导率显著负相关(n=42,p0.01);胞间CO2浓度与水位和土壤电导率不相关。当水位高于-50 cm,净光合速率随着水位下降而降低,非气孔因素可能是净光合速率下降的主要原因;当水位低于-50 cm时,土壤电导率高于10 m S/cm,叶片蒸腾速率快速降低,水分利用效率不断提高,芦苇叶片以较低的净光合速率来适应干旱胁迫和盐胁迫;芦苇叶片通过降低最大净光合速率、暗呼吸速率、光补偿点和光饱和点等光合生理特征来适应干旱胁迫和盐胁迫;芦苇叶片净光合速率和最大净光合速率对土壤水盐因子具有高度相关性,可以作为土壤水盐胁迫程度的反应指标。因此,在芦苇快速生长阶段,合理调控水位,对芦苇光合作用具有重要意义。     

2019年上海市泖港镇中华绒螯蟹幼蟹养殖期间池塘水体污染状况研究北大核心CSCD

2019年7~10月,在上海市松江区泖港镇,选择了3座中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)幼蟹养殖池塘,研究其水体污染状况,并与其水源的相对应水质指标进行了比较,探讨了幼蟹养殖模式对幼蟹养殖池塘水环境的影响。研究结果表明,在中华绒螯蟹幼蟹养殖期间,幼蟹养殖池塘水体的高锰酸盐指数、氨氮和总氮含量都超过了地表水Ⅲ类水域标准,溶解氧含量的最小值比标准值低28.2%;在上海市松江区泖港镇的幼蟹养殖模式下,幼蟹养殖池塘的水环境质量能够满足幼蟹生长和发育的要求,在幼蟹养殖池塘中种植喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)能够有效地降低水体的水温和吸收、转化水体中的氮和磷等污染物质;高温期间,应该防止幼蟹养殖池塘水体缺氧,合理控制喜旱莲子草覆盖水面的面积。     

降雪对生物土壤结皮光合及呼吸作用的影响

通过对降雪处理下2种生物土壤结皮（藓类结皮和藻类结皮）光合及呼吸作用的测定,研究了降雪后生物土壤结皮净光合速率和呼吸速率的变化特征。结果表明：冬季生物土壤结皮净光合速率、呼吸速率受空气温度,辐射及土壤水分的影响,水分是关键影响因子;生物土壤结皮的光合及呼吸作用主要有3个阶段性的变化;降雪后生物土壤结皮的净光合速率和呼吸速率都会先增加后降低;生物土壤结皮的净光合速率和呼吸速率变化会受到积雪覆盖、降雪改变温度及水分的影响;生物土壤结皮净光合速率、呼吸速率与降雪量正相关。本研究证实了冬季生物土壤结皮的光合与呼吸作用不可忽略,对全球碳循环过程有重要意义。     

紫外辐射增强对不同发育阶段荒漠藻结皮光合作用的影响

 以腾格里沙漠东南缘自然植被区、51龄和26龄人工植被区藻结皮为研究对象,模拟研究了2%紫外辐射增强对不同发育阶段结皮叶绿素a含量(Chl-a)和净光合速率的影响。结果表明:①紫外辐射增强显著抑制了51龄和26龄人工植被区藻结皮的Chl-a含量(P<0.05),紫外辐射增强后不同发育阶段藻结皮的Chl-a含量无显著差异(P<0.05); ②紫外辐射增强显著抑制了3个植被区藻结皮的净光合速率(P<0.05),紫外辐射增强处理后,自然植被区,51龄和26龄人工植被区藻结皮的最大净光合速率分别为1.8、2.2 μmol·m-2·s-1和1.9 μmol·m-2·s-1,比对照分别下降了21%~49%,12%~22%和24%~59%。方差分析表明,紫外辐射增强后,3个发育阶段的藻结皮净光合速率无显著差异(P<0.05)。本研究表明,紫外辐射增强通过降低荒漠藻结皮的光合色素含量,减少了结皮的净光合速率,从而会对荒漠区藻结皮的生产力产生影响。     

乌梁素海野生芦苇光合和蒸腾特性研究

芦苇(Phragmitesaustralis)是草型浅水湖泊最常见的湿地植物。本文选取生物量不同的两块样地对成熟期乌梁素海野生芦苇叶片光合和蒸腾速率进行测定。研究表明,(1)生物量较高样地的饱和净光合速率和光量子利用效率分别为27.46μmol·s-1·m-2和0.052,高于生物量较低样地的23.94μmol·s-1·m-2和0.041;(2)光合有效辐射是决定芦苇叶片瞬时光合速率的首要因素,而叶片的蒸腾速率主要取决于大气温度和光合有效辐射;(3)叶片的光合速率和蒸腾速率与气孔导度呈显著正相关关系。并且蒸腾速率和气孔导度的相关性更强;(4)芦苇的光合速率和蒸腾速率都高于附近的草原植物。     

水分对科尔沁沙地差不嘎蒿气体交换特性的影响

 以科尔沁沙地优良固沙植物差不嘎蒿（Artemisia halodendron）为实验对象,研究了其在不同水分条件下的气体交换特性。结果表明,不同水分处理下差不嘎蒿的气体交换特性存在显著差异。在对照供水条件（当地降水平均值,123 mm）下,差不嘎蒿叶片具有最大的光合速率;少量供水（61.5 mm）下,差不嘎蒿叶片的气体交换能力下降,导致净光合速率减小,但水分利用率升高,显示出对干旱环境的强适应能力,净光合速率日变化曲线为双峰型,具有光合“午休”现象;大量供水（184.5 mm和246 mm）下,叶片气体交换能力增强,但净光合速率和水分利用率较小,净光合速率日变化曲线为单峰型,光合“午休”现象消失。根据Farquhar和Sharkey的观点,相对于对照处理,可以判定少量供水条件下影响差不嘎蒿净光合速率的因素以气孔因素为主,而充分供水条件下则以非气孔因素为主。     

调亏灌溉下番茄叶片气体交换日变化和光响应特性

以原料番茄“里格尔87-5”为试验材料,设置正常灌水、轻度亏水和中度亏水3个水平,对水分亏缺条件下番茄果实膨大期光合作用日变化及光合速率对光强度的响应进行研究,以对原料番茄光合能力进行探讨并模拟适合亏水条件下光响应过程。结果表明:(1)轻度亏水条件下,番茄叶片气体交换特性与对照无显著差异,但中度亏水条件下净光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著降低。(2)利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数函数模型和直角双曲线修正模型,对表观量子效率、最大净光合速率、暗呼吸速率、光饱和点、光补偿点进行模拟,4个模型对光响应曲线的拟合程度较高,但直角双曲线修正模型拟合结果与实测值最符合。(3)不同水分条件下的表观量子效率、最大净光合速率与光合速率日均值显著相关,而光合速率日均值与产量显著正相关;中度亏水造成光合速率日均值显著降低,最终影响了产量;轻度亏水下番茄能够维持正常光合作用,在不显著降低产量的同时实现节水目标。     

荒漠绿洲过渡带柽柳和泡泡刺光合作用及水分代谢的生态适应性

对分布于荒漠绿洲过渡带的柽柳(Tamarix ramosissima)和泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)光合和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明,柽柳和泡泡刺：①净光合速率与环境因子响应具“光合下调”现象,其曲线符合Gauss model。②净光合速率最大值分别为20.2 μmol CO2·m-2·s-1和23.8 μmol CO2·m-2·s-1;光补偿点和饱和点为244.62 μmol·m-2·s-1和1 180.31 μmol·m-2·s-1,73.67 μmol·m-2·s-1和1 467.85 μmol·m-2·s-1。③净光合速率近似双峰型抛物线;光能利用效率单峰曲线;柽柳蒸腾速率和水分利用效率为单峰旗形,泡泡刺波浪型。 ④泡泡刺利用较高的净光合速率、蒸腾、水分利用效率,柽柳通过高光能利用效率来适应荒漠生态环境。因此,光抑制所导致的“光合下调”现象是柽柳和泡泡刺对水分胁迫所产生的保护性机制,反映了荒漠植物在与环境协同进化过程中的生态适应性;较低的水分利用效率是荒漠植物对其环境响应的普遍适应机理。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

超旱生植物红砂与珍珠光合生理生态日变化特征初探

超旱生植物红砂与珍珠长期生活在严酷的生境中,形成了独特的生物学特性和生理生态适应性。在自然条件下研究了两种超旱生植物的光合生理生态日变化特征。结果表明,红砂和珍珠光合作用受环境变化影响明显,具有一定的可塑性:①在土壤含水量（SWC）、光、温、湿等条件较好的8月22日,两植物净光合速率（Pn）、蒸腾速率(Tr)日变化呈不明显双峰型。Pn红砂高于珍珠,日平均分别为(7.74±0.79)μmol\5m-2\5s-1 和(5.64±0.75)μmol\5m-2\5s-1;Tr也是红砂高于珍珠,日平均分别为(24.38±3.07)mmol\5m-2\5s-1和(15.41±2.01)mmol\5m-2\5s-1;水分利用效率（WUE）则相反,日平均珍珠大于红砂,分别为0.35 μmol·mmol-1和0.31 μmol·mmol-1。②在SWC、光、温、湿等条件较差的9月28日两植物Pn、Tr日变化呈单峰型,且值明显小于8月22日,而WUE则高于8月22日。通过对两种超旱生植物小枝水势、叶片气孔导度及叶绿素荧光参数生理特性变化的分析,得出两植物光合作用受到气孔和非气孔等多种环境及自身因子的影响。     

地下水埋深及水质对塔克拉玛干沙拐枣气体交换特性的影响

塔克拉玛干沙漠地下水储量丰富,但因埋深和水质的限制,植物可有效利用的水资源十分有限。通过分析沙漠特有灌木塔克拉玛干沙拐枣(Calligonum taklimakanensis B.R.Pan & G.M.Shen）气体交换特性对地下水埋深和水质变化的响应,探讨了地下水对天然植物分布及生长的影响。结果显示,有天然植被分布的区域地下水埋深一般较浅,土壤水分供应充足;但受地下水矿化度、总硬度、总碱度、全盐含量及各离子含量比例的区域间差异影响,不同区域的塔克拉玛干沙拐枣气体交换特性各不相同。地下水总碱度大小是影响塔克拉玛干沙拐枣光合特性最主要的因素,总碱度增加时,净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）及潜在最大净光合速率（Pmax）、光补偿点（LCP）和光饱和点（LSP）分别从14.9±0.39 μmolCO2·m-2·s-1、6.79±0.21 mmol·m-2·s-1、0.192±0.013 mmol·m-2·s-1、21.4±1.1 μmolCO2·m-2·s-1、175.5±3.5 μmol·m-2·s-1、1 805±31.2 μmol·m-2·s-1降为11.7±0.5 μmolCO2·m-2·s-1、5.79±0.18 mmol·m-2·s-1、0.130±0.009 mmol·m-2·s-1、16.3±2.5 μmolCO2·m-2·s-1、78.1±15.8 μmol·m-2·s-1、1 564±55.6 μmol·m-2·s-1。研究结果还表明,较浅的地下水埋深是沙漠腹地天然生植物生存繁衍的必要条件,塔克拉玛干沙拐枣天然分布区的适宜地下水埋深应在1.5~2.5 m的范围内;塔克拉玛干沙拐枣也具有很强的盐碱耐受能力,在矿化度高达16 g·L-1的环境中依然能正常存活生长。     

NaCl胁迫对甜瓜叶片气体交换和叶绿素荧光特性的影响

以两个变种甜瓜幼苗为材料,在人工控制条件下研究了NaCl胁迫对甜瓜叶片气体交换和叶绿素荧光特性的影响。结果表明,盐胁迫降低了甜瓜叶片光合色素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ潜在活性、PSⅡ电子传递量子效率和光化学猝灭系数,使非光化学猝灭系数升高。在≤50 mmol·L-1 NaCl胁迫下,甜瓜叶片光合速率降低主要由气孔因素引起,而在NaCl浓度≥100 mmol·L-1条件下则以非气孔限制因素为主。     

科尔沁沙地土壤呼吸空间分布及其变化特征研究

利用LI-6400便携式光合作用测量系统和LI-6400-09土壤呼吸室,对不同地形和不同植被条件下土壤呼吸速率及其影响因子进行测定。结果表明：科尔沁沙地土壤呼吸速率日变化均表现出上午逐渐增大,下午逐渐减小、凌晨最小的趋势。沙地土壤呼吸变化具有明显的空间异质性,土壤呼吸由大到小变化依次为：背风坡（1.95±0.21 μmolCO2·m-2·s-1）>坡顶（1.05±0.14 μmolCO2·m-2·s-1）>迎风坡（0.74±0.08 μmolCO2·m-2·s-1）>丘间低地（0.62±0.09 μmolCO2·m-2·s-1）。沙地土壤呼吸与植物生长条件具有密切关系,狗尾草（0.86±0.11 μmolCO2·m-2·s-1）>小叶锦鸡儿（0.69±0.06 μmolCO2·m-2·s-1）。土壤呼吸日变化速率与空气温度呈正相关,与空气相对湿度呈负相关关系,并且与土壤温度呈指数相关。沙丘内部不同地形、植被的[WTBX]Q10[WTBZ]差异不大。     

不同种植方式下柽柳光合生理参数光响应特性研究

为选择合适的间套模式,在塔干沙漠南缘绿洲外围利用Li-6400光合作用仪对四种种植模式(行间混交、带状混交、块状混交、块状套作)下多年生多枝柽柳(Tamarix ramasissima ledeb.)的光合水分生理指标对有效光辐射(PAR)的响应进行测定。结果表明:(1)柽柳具有高光饱和点(679~822μmol·m^-2·s^-1)和高光补偿点(50.0~61.1μmol·m^-2·s^-1)。(2)不同的光照强度和种植方式对柽柳净光合速率有明显的影响(p<0.01),当0< PAR< 1500μmol·m^-2·s^-1,除胞间CO₂浓度(Ci)外柽柳的各项生理指标均随光照的增强而增加。(3) PAR>1500μmol·m^-2·s^-1后,块状套作和块状混交气孔导度(Gs)下降,行间混交和带状混交Gs则随光强增加而递增;带状混交下胞间CO₂浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均随光强增加而递增,其他3种种植方式下Ci和Tr均呈递减或平稳趋势。(4) 4种种植方式下柽柳光响应曲线的特征参数存在着差异(P<0.05),带状混交下的光饱和速率、光饱和点、表观量子效率均最高,块状混交的暗呼吸速率最大,水分利用效率(WUE)随着光强的增强而逐步增大,依次表现为带状混交>块状混交>行间混交>块状套作。通过4种种植方式柽柳光响应特征的综合分析可知,带状混交下的柽柳具有高光合和高水分利用效率的特点,对于极端干旱的塔南地区而言,该种植方式下的柽柳生理特征表现出最好的适应性。     

Estimation of the annual primary production of the lichen Cetrariella delisei in a glacier foreland in the High Arctic, Ny-Ålesund, Svalbard

The fruticose lichen Cetrariella delisei is among the dominant lichen species in the deglaciated High Arctic areas of Svalbard. As part of a study of carbon cycling in the High Arctic, we aimed to estimate the primary production of lichen in a deglaciated area in Ny-Ålesund, Svalbard (79° N), by examining the effects of abiotic factors on the net photosynthesis ( Pn ) and dark respiration ( R ) rates of C. delisei . Experiments were conducted in the snow-free season of 2000 using an open-flow gas exchange system with an infrared gas analyser. Positive photosynthetic activities were observed on rainy days or soon after rainfall when the thallus water content was high, whereas photosynthetic activities dropped below the detectable limit on clear days because of the low thallus water content. Under a sufficiently high thallus water content and close to light saturation, Pn was nearly constant over a wide temperature range of 4–20 °C, while R increased with increasing temperature. We constructed a model for estimating the net primary production ( NPP ) of lichen based on the relationships between abiotic factors and the CO₂ exchange rate. The mean, minimum and maximum NPP values in the snow-free season, estimated using meteorological data obtained from 1995–2003, were 5.1, 1.0 and 8.4 g dry wt. m⁻² snow-free season⁻¹, respectively. These results suggest that NPP is highly variable and the contribution of lichen to carbon input is small compared with that of vascular plants and mosses in the study site.     

脆弱生态带典型区域几种锦鸡儿属优势灌木的光合特征

小叶锦鸡儿在原产地科尔沁沙地光合速率可达12.21μmol·m^-2·s^-1,引种至腾格里沙漠后降低了11.63倍,光合日变化曲线由"凹谷"型变为"单峰"型;毛乌素沙地中间锦鸡儿的光合速率在引种前为4.5μmol·m^-2·s^-1,引种后降低了3倍,光合日变化曲线由"双峰"型变为"单峰"型;在相同的环境条件下,柠条和中间锦鸡儿光合等特性相似,以小叶锦鸡儿光合速率最低,引种前后降幅最大,说明其对引种地的适应性不及中间锦鸡儿。     

干旱胁迫对莫莫格湿地芦苇叶片光合生理生态的影响机理研究

为了揭示干旱胁迫对芦苇(Phragmites australis)叶片光合生理生态的影响机理,利用LI-6400便携式光合仪和快速叶绿素荧光仪,对干旱胁迫条件下的芦苇叶片光合生理以及芦苇生长状态进行测量分析。结果表明,干旱5d后,芦苇叶片光合速率小幅下降,干旱15d后,其光合速率明显下降,芦苇生长受到显著抑制;干旱胁迫下,芦苇叶片叶绿素含量先增加后减少;芦苇叶片光系统II(PSII)对干旱胁迫反应较敏感,在干旱20d后,其光合电子传递能力和光合性能指数下降,热耗散增加。在干旱胁迫初期,芦苇叶片光合速率的下降以气孔限制为主;在干旱胁迫后期,非气孔限制与气孔限制都起作用,其中非气孔因素主要是指光系统II活性的下降,活性反应中心减少,电子传递能力下降,降低了光系统II的整体光化学性能,进而降低了芦苇叶片的光合速率,抑制了芦苇的生长。