美国黑核桃实生苗单叶片光合作用生理生态模型的建立与验证

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1、维普资讯http://www.cqvip.comJournalof◎生物数学学报2004，19(2)：213—218Biomathematics美国黑核桃实生苗单叶片光合作用生理生态模型的建立与验证张继祥毛志泉魏钦平于强。束怀瑞f1山东农业大学园艺学院，山东泰安271018；2北京市农科院林果所，北京i00000；3中国科学院地理研究所禹城试验站，北京i00101)摘要：在对叶片光合过程机理分析的基础上，结合数学分析方法，建立了模拟美国黑核桃单叶片光合作用的机理模型，该模型包含了叶片光合作用的限速的生化过程和气孔调节因素，对光合

2、作用一气孔导度的耦合模型进行了简化，使之既便于应用，又能较准确地反映田间条件下的情况，并就光合作用对环境因子(太阳辐射、温度及C02浓度等)变化的响应特征及响应的合理性进行了分析，使用整个生长季实测的叶片生理数据及生态环境数据对所建模型进行了验证，结果表明，模型可以较准确地模拟田间美国黑核桃叶片的光合速率；确定了美国东部黑核桃、北加州黑核桃等两种黑核桃单叶片光合作用与环境因子互作的数量关系，关键词：美国黑核桃；光合速率；环境因子；生态生理模型中图分类号Q948MR分类号：92B05文献标识码：A文章编号：i001-9626(20

3、04)02—0213—060引言美国黑核桃属核桃科(Juglandaceae)，核桃属(JuglansL，)，黑核桃组(Sect，Rhysocaryon)．原产美国，是美国珍贵的自然资源和非常有价值的落叶硬乔木．我国自1984年开始引进黑核桃，中国林科院奚声珂研究员在河南省进行美国黑核桃引种试验【，引．目前已从美国引进美国黑核桃优良品种30个、优良品系100多个，建立了良种园、采穗园、种子园、试验林和种源试验区，在河南、北京、山东、陕西、山西、宁夏、四川、云南、贵州、江西、新疆、吉林、黑龙江等地进行了引种栽培试验，并获得了成功【

4、1，引．关于植物叶片光合作用对环境因子的响应的研究已有很多报道，迄今已有很多模型可以模拟它对单环境因子的响应，如常用直角双曲线模拟光合作用对光的响应，但这种关系是单一的，并且常常是经验性的【】．另一类为生化模型，它们详细地描述了光合作用的生化反应过收稿日期：2002—09—10；收修改稿日期：2003—10-15基金项目：山东省政府“三O”工程资助项目及中国科学院开放课题基金项目作者简介：张继样(1961一)，男，山东嘉祥人，副教授，博士．通讯作者维普资讯http://www.cqvip.com生物数学学报第19卷程，其机理意义

5、较强[7]．但由于没有考虑气孔调节和气体传输等因素，还不能直接模拟光合速率的耦合效应，需要用复杂的机理模型来模拟．目前综合叶片上的物质传输、气孔调节、生化反应和能量平衡的耦合模型已有报道，如光合作用一气孔导度的耦合模型等[Io,15]，但这些模型的求解需要复杂的迭代，因而不便于使用．目前，生理生态的机理模拟研究多集中于大田农作物如小麦、玉米、大豆等，在果树上的应用报道较少，关于黑核桃叶片光合作用过程的机理模拟尚未见报道．本文通过对黑核桃单叶片光合作用机理过程的模拟，探讨其生长发育过程中生态环境因子的指标；为黑核桃的生态适应性研究

6、、新品种的选育、工厂化育苗、加快黑核桃在我国的发展提供理论依据．1材料与方法1．1材料试验于2000—2002年在中科院禹城生态实验站(36。57N，1l6。36E)进行．供试材料为美国东部黑核桃(Juglansnigra)及北加州黑核桃(Juglanshmdsii)1年生实生苗(种子来源于中国林科院河南洛阳黑核桃试验站)．田问常规种植，种植密度为60cmx40cm，播种前施有机肥约80000kg．hm一。，6月初追施磷酸二铵900kg．hm一。．整个生长季土壤相对湿度控制在60％以上，确保黑核桃生长发育对肥水的要求．1．2观测

7、项目在整个生长季内，用美国产cid301型及AP4气孔阻力测定仪测定之．每隔l5天，从上午8时至下午l8时连续观测l0个小时，每两个小时测量1次，每次每个处理重复观测10次．观测时，从2种试验材料中分别选择生长一致性好、有代表性的5株植株，从上数第5、6片复叶的中部叶片进行测量．测量项目为：气温T。(。C)、叶温Tf(。C)、空气相对湿度RH(％)、光合有效辐射通量密度PAR(#mo1．ins)、叶片上空气CO2浓度C(#mol·mol)、净光合速率P(#molms)、蒸腾速率E(#mo1．ins)、细胞间隙的CO2浓度Ci(#

8、tool·mol)、气孔阻力r。(m)同时，还进行了变光环境下净光合速率的测量，变光幅度分别为50、100、200、300tzmo1．ms一。⋯⋯．另外，用中子测试仪检测0cm~60cm深土层的湿度，每5天测量1次，当土层的平均相对湿度<60％时，进行灌溉补水．