季节性干旱对反枝苋和大豆光合特性及其竞争机制的影响

发布时间：2020-07-05 19:03

【摘要】：降雨格局变化是指降雨量、降雨强度和降雨频率的改变。降雨格局变化是全球气候变化现象之一。我国东北农田以旱作雨养农业为主,受自然降水影响明显,年际、年内降雨波动大,干旱是常见的气象灾害之一。但尚未有针对不同季节干旱对C_4外来杂草光合特性的影响,以及将C_4外来杂草与C_3本地作物光合特性在季节性干旱条件下相比较的研究工作。开展这些研究,将有助于我们更好地理解C_4外来杂草的入侵机制。因此,本研究以C_4外来杂草反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)和C_3作物大豆(Glycine max(Linn)Merr.)为研究材料,通过盆栽控制试验,在遮雨棚中模拟干旱年四种季节性干旱降雨格局(降雨量相同低于正常降雨年型20%,初高峰式,降雨主要集中在生长季早期;中高峰式,降雨主要集中在生长季中期;末高峰式,降雨主要集中在生长季晚期;初末高峰式,降雨主要集中在生长季早期和晚期),以正常降雨年型中高峰式为对照,比较两种植物在不同竞争模式下叶片含水量(LW)、比叶面积(SLA)、气体交换参数、叶绿素含量及组成、植株总生物量和相对生物量的动态变化。结果表明,季节性干旱对反枝苋和大豆LW、SLA影响显著,两种植物LW及SLA在四种季节性干旱处理下均低于对照。大豆SLA是反枝苋的1.9-3.1倍,可能是两者竞争光的策略不同,大豆倾向于形成较大的比叶面积,而反枝苋倾向于通过较高的株高获得更多光能。在相同降雨格局下,反枝苋比大豆具有更高的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(E)、光合水分利用效率(WUE)和光合氮利用效率(PNUE),尤其是在生长季初期反枝苋Pn为大豆的2-5倍,从而使其光合能力在种间竞争中处于优势地位。反枝苋在不同季节干旱条件下WUE波动不显著,而大豆WUE则随降雨量减小而减小,说明反枝苋更适应干旱环境。初末高峰式降雨格局对两种植物的光合作用有较大抑制,如在生长中期初末高峰式降雨格局的反枝苋Pn仅为对照条件下的54%-58%,初末高峰式降雨格局的大豆Pn值仅为对照条件下的37-39%。在生长初期,四种季节性干旱格局下两种植物总叶绿素含量(chl(a+b))均低于对照,或与对照相差不大。生长中期,在初末高峰降雨格局下两种植物的chl(a+b)高于其它降雨格局,可能因为降雨量较低使两种植物叶片生长缓慢,使得叶绿素浓度升高。季节性干旱对两种植物的总生物量影响显著,在季节性干旱处理下两种植物的总生物量均有所减少,生长初期,两物种均是在末高峰降雨格局下总生物量最小;在生长后期,反枝苋在初末高峰式降雨格局下总生物量最小,单种大豆在初末高峰式降雨格局下最小,混种大豆最小值则出现在末高峰或中高峰式降雨格局中。相同降雨格局下反枝苋总生物量显著大于大豆。季节性干旱和生长时期对两种植物植株相对生物量影响显著,反枝苋植株相对生物量随着生长时期的推移逐渐升高,大豆则在生长初期达到最大值后显著降低,7-8月初末高峰式降雨格局下反枝苋相对生物量最大;大豆则在7月时初高峰式降雨格局下相对生物量最大,8月在末高峰式降雨格局中相对生物量最大。种间竞争对两种植物的LW影响显著,单种反枝苋LW低于混种反枝苋,而单种大豆LW则高于混种大豆。种间竞争对反枝苋SLA影响显著,对大豆SLA影响不显著,混种反枝苋SLA大于单种反枝苋;种间竞争对两植物气体交换参数及光合色素含量均有显著影响,混种反枝苋Pn、E、PNUE高于单种反枝苋,而混种大豆Pn、E、PNUE低于单种大豆,两种植物Gs和WUE则表现为单种高于混种;单种反枝苋叶绿素a含量(chla)低于混种反枝苋,单种大豆chla、叶绿素b含量(chlb)、chl(a+b)高于混种大豆。种间竞争对两种植物的总生物量影响显著,在7-9月,混种反枝苋总生物量显著大于单种反枝苋,而混种大豆总生物量则显著小于单种大豆;并且反枝苋植株相对生物量显著大于1,大豆植株相对生物量则显著小于1,说明种间竞争对反枝苋生长有促进作用,对大豆有抑制作用。总之,相较于大豆,外来杂草反枝苋对季节性干旱的适应能力更强,干旱气候或将加剧反枝苋对东北地区大豆田的入侵。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S451;S565.1
【图文】：

技术路线图,反枝苋,大豆,素色

前言4 种降雨格局，分别为初高峰式降雨格局、中高峰式降雨格局、初末高峰式降雨格局峰式降雨格局，以正常降雨年中高峰式降雨格局为对照。设置两种竞争模式（种内竞间竞争，种内竞争即每盆种植相同植物两株，两株大豆或两株反枝苋；种间竞争，即物各一株）。具体研究内容如下：（1）研究在不同季节干旱条件下，反枝苋与大豆的叶片含水量、比叶面积、气体交、光合水分利用效率、光合氮利用效率、光合素色含量及组成、生物量积累的变化规究反枝苋与大豆间的异同点；（2）研究在不同竞争模式下，反枝苋与大豆的叶片含水量、比叶面积、气体交换参合素色含量及组成、生物量积累的变化规律，探究反枝苋与大豆间的异同点；（3）研究在不同季节干旱和不同竞争模式的共同作用下，反枝苋与大豆的叶片含水叶面积、气体交换参数、光合素色含量及组成、生物量积累的变化规律，探究反枝苋间的异同点。4 技术路线

哈尔滨市,试验期,平均气温

东北农业大学理学硕士学位论文材料与方法.1 研究区域概况盆栽控制试验于 2016-2017 年在东北农业大学塑料大棚内进行，试验地为寒温带大陆候，无霜期大气温度平均值是 3.78℃，全年降雨总量为 400~600 mm。2016-2017 年试验气温如图 2-1 所示，资料由哈尔滨市气象局提供。

降雨模拟,反枝苋

发现东北黑土区的降水波动范围为±20%[101]，故本试验设置干旱年型降年型的 20%，即干旱年型在 6-9 月的平均降水量为 332 mm。本试验设置四种干分别为初高峰式（initial peak,IP）、中高峰式（medium peak,MP）、末高峰式（te、初末高峰式（initial and terminal peaks,ITP）；即在植物生育期降雨总量相同雨主要集中在生长季前期；或降雨主要集中在生长季中期；或降雨主要集中在或降雨主要集中在生长季的前期和后期，但中期降雨较少。对照为植物生育期15 mm 的中高峰式。按照随机区组原理共设置 4 个区组，每个区组包括 5 个小区，每个小区为一种包含 3 种物种组合（单种反枝苋、单种大豆和反枝苋与大豆混种，每盆中两株中处理或对照 9 次重复。在 2016 和 2017 年 5 月中旬播种，每盆栽种反枝苋或大豆种子若干，出苗 1 周争组合保留反枝苋 2 株或大豆 2 株或反枝苋和大豆各 1 株。试验周期为 6 月 1，试验周期为 120 天，采用每隔一天浇一次水的方式，共浇水 60 次。通过桶量计算出每次浇水的量，用量杯量取每次所需水量并用喷壶模拟降雨。为减少周围环境中水蒸发量的差别，本次试验采用的遮雨棚塑料透光性良好，且四周 1.5 m 高以保证通风状况良好。浇水图如下图 2-2。

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