东寨港3种红树植物光合生理特征研究

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红树林生态系统是滨海湿地生态系统中重要的组成部分,同时也是沿海防护林工程体系的前沿绿色屏障。在自然和人为双重因素的干扰下,红树林生态系统遭受严重破坏,其生态屏障功能退化,因此开展关于红树林生态系统保护研究对于恢复红树林生态屏障作用具有重要意义。红树植物光合生理参数既是其对外界环境的适应能力和受胁迫程度的反映,也是植物生长发育的基础和生产力高低的决定性因素,同时还是评价植物生长状况的重要指标。然而目前关于红树林光合的研究主要集中于外界胁迫因子对光合变化特征的影响,且主要集中于室内控制实验,对自然状态下不同红树种类的光合特性差异及不同时期内光合特性的变化与同期内生理生态因子关系的综合分析研究还相对较少。基于此,本文选取海南省东寨港自然保护区内红树科不同属的3种红树植物红海榄、秋茄和海莲为研究对象,于2021年4-5月(春季)、7-8月(夏季)、9-11月(秋季)12月至来年1月(冬季),利用Li-6400光合测量仪,对3种红树植物的光合生理指标及环境因子进行长期监测,同时测定3种红树植物不同季节光响应变化,揭示不同季节红树植物光合日变化特征,比较同一红树植物在不同季节的光合特性差异,厘清不同红树种之间的光合特性差异的季节动态变化,分析不同季节3种红树植物光合生理变化的主要影响因子,为退化红树林湿地生态系统的恢复、重建、保育提供科学依据,为国家“南红北柳”生态工程的实施提供数据积累。主要研究结果如下:(1)直角双曲线修正模型MRH为3种红树植物光响应曲线最适模型。直角双曲线模型RH、非直角双曲线模型NRH、指数函数模型EM和直角双曲线修正模型MRH四种不同光响应模型对3种红树植物光合特征参数的拟合情况显示,MRH的拟合值与实测值最为接近,同时均方误差MSE和平均绝对误差MAE结果显示,MRH为3种红树植物最适光响应模型。(2)MRH拟合3种红树植物光合特征参数显示,夏秋季节红海榄、秋茄和海莲最大净光合速率(Pnmax)和表观量子效率(AQE)高于冬春季节,表明3种红树植物夏秋季节具有较高的光合作用潜力和光能利用效率;冬春季节光饱和点(Isat)高于夏秋季节,说明3种红树植物在冬春季节有较强利用强光的能力。(3)3个树种中,红海榄Pnmax高于秋茄和海莲,表明红海榄光合作用潜力最强;秋茄Isat和AQE大于红海榄和海莲,表明秋茄对强光有较强的适应性,对光的适应范围较广,具有较好的适应性和可塑性。(4)春季和夏季红海榄净光合速率(Pn)呈“双峰”型曲线变化,秋季和冬季呈“单峰”型曲线;春季、夏季和秋季秋茄和海莲Pn呈“双峰”型曲线,冬季呈“单峰”型曲线;红海榄(12.46μmol·m-2·s-1)Pn日均值在夏季最高,秋茄(12.21μmol·m-2·s-1)和海莲(10.88μmol·m-2·s-1)在秋季最高,从全年来看,红海榄(11.34μmol·m-2·s-1)Pn日均值最高,海莲最低(9.35μmol·m-2·s-1)。(5)春季,红海榄和海莲出现“光合午休”的原因是属于气孔限制,秋茄属于非气孔限制;夏季和秋季3种红树植物出现“光合午休”的原因则均属于气孔限制。(6)通径分析结果表明,红海榄春季、夏季和冬季Pn主要决定因子均是气孔导度(Cond),秋季是胞间CO2浓度(Ci);秋季Pn主要限制因子是大气CO2浓度(Ca),冬季是空气湿度(RH)。秋茄春季、夏季和秋季Pn的主要决定因子均是(Cond),冬季是光合有效辐射(PAR);春季秋茄Pn的主要限制因子是RH。海莲春季、夏季和冬季Pn的主要决定因子是Cond;秋季则是PAR,春季和秋季海莲Pn的主要限制因子分别是饱和水气压差(Vpdl)和Ca。(7)红海榄在高温、高盐以及高光强环境下光合能力较秋茄和海莲高,具有更强的适应性;秋茄生理调控能力以及对生境变化的适应性较红海榄和海莲强,具有更广的生境范围;海莲水分利用效率最高,表明海莲具有更好的耐旱性能。综合分析表明,3种红树植物在不同季节的光合变化表现出不同的生长模式,其中红海榄和海莲在夏季生长模式优于秋季和冬季,秋茄在秋季和冬季的生长模式优于春季和夏季。3个树种中,红海榄光合能力强于秋茄和海莲,秋茄对于生境变化的适应性强于红海榄和海莲,海莲抗旱能力强于红海榄和秋茄。该研究为红树林湿地生态系统的恢复、重建、保育提供科学依据,为国家“南红北柳”生态工程的实施提供数据积累。
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