摘要：以4年生蒙古櫟（Quercusmongolica）幼樹為實(shí)驗(yàn)材料，分別于2007,2008年6～9月采用開頂箱法,研究了高濃度CO2和O3及復(fù)合作用對蒙古櫟葉片光合量變化和生長的影響。
　　關(guān)鍵詞：蒙古櫟葉片；高濃度CO2、O3；日光合總量；生長；
　　1材料與方法
　　1.1研究區(qū)域與實(shí)驗(yàn)設(shè)備
　　研究區(qū)位于中國科學(xué)院沈陽樹木園內(nèi)(41º46´N，123º26´E)，占地面積約5hm².2005年，在樹木園內(nèi)建立了一套適用于木本植物生長的OTC-I型開頂式氣室氣體監(jiān)控測試系統(tǒng)，氣室完全采用鋼制骨架，底面為正六邊形直徑為400cm，高為300cm，氣室上部為向內(nèi)傾斜45º斜面，以減少充入氣體從頂部飄出，鋼梁之間全部鑲玻璃，玻璃表面保持清潔以達(dá)到較高的透光率，以環(huán)保型玻璃膠密封各處接縫，保持氣室下部良好的氣密性，防止氣體散失．各氣室之問的距離為400cm，避免氣室之問相互遮光。
　　CO2氣體以鋼瓶裝純CO2提供氣源，O3氣體利用GP-5J型高頻O3發(fā)生器，采用高性能瑞典SenseAirCO2傳感器與新西蘭Series90003分析儀直接吸入氣體，分別實(shí)現(xiàn)對CO2與O3的監(jiān)測，輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓及電流信號，進(jìn)入氣室控制系統(tǒng)。
　　1.2實(shí)驗(yàn)材料與處理
　　選取4年生蒙古櫟幼苗（Quercusmongolica）為實(shí)驗(yàn)材料，于2007年4月將其移栽于開頂箱內(nèi)每箱各20株，隨機(jī)分布。實(shí)驗(yàn)采用露地栽培，為確保各箱土質(zhì)、肥力均勻，取出30cm厚度內(nèi)表層土壤拌勻滅菌后回填，實(shí)驗(yàn)期問保證水分充足，無水、肥、病蟲害等非實(shí)驗(yàn)因索影響，分別于2007年6月18日～9月20日，2008年6月13日～9月15日針對同一實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行通氣處理，CO2每天24h不間斷通氣，O3每天9h（08：00～17：00)熏蒸。
　　實(shí)驗(yàn)共設(shè)4個處理T1~T4)，每個處理設(shè)3次重復(fù)，共12個開頂箱T1(AA))為OTC對照箱，氣室內(nèi)不通任何氣體，CO2濃度約為380μmol/mol，O3濃度為40nmol/mol，均為本底濃度；T2(EO))中O3濃度為80nmol/mol，約為日前本底O3濃度的2倍，CO2為本底濃度；T3(EC)中CO2濃度為700μmol/mol，約為日前大氣本底CO2濃度的2倍，O3為本底濃度；T4(EO+EC)中CO2濃度為700“μmol/mol，濃度為nmol/mol。
　　1.3測定方法
　　1.3.1日光合總最測定采用Li-6400便攜式光合測定儀，分別在2007和2008年度選取晴好、無風(fēng)的典型觀測日，對開頂箱內(nèi)蒙古櫟葉片進(jìn)行環(huán)境條件下的定位觀測，通氣處理前測定1次，之后每間隔15d測定1次，取樣方法：隨機(jī)選取測試樹木東南方方向陽枝條中部葉，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，讀取3～5個瞬時光合速率值，每個處理重復(fù)3次( 即從3個開頂箱分別取樣)，計(jì)算其平均值，繪制樹木光合作用日變化曲線，根據(jù)光合日變化曲線計(jì)算日光合總量．其同化量是凈光合速率曲線與時間橫軸圍合的面積以此為基礎(chǔ)，設(shè)凈同化量為P，其計(jì)算公式如式(1)所示：
　　式中，p為測定日的光合總量，mmo/(m².d);Pi為初測點(diǎn)的瞬時光合速率，Pi+1為下一測點(diǎn)的瞬時光合速率μmol/（m²•s）;ti為初測點(diǎn)的瞬時間，ti+1為下一測點(diǎn)的時間，h:j為測試次數(shù)3600為每小時3600s，1000為lmmol為10001μmol。
　　1.3.2葉片鮮重、干重和含水量測定2007年，通氣20d和90d時測定蒙古櫟葉片鮮重、干重，并計(jì)算20-90d各處理增量，2008年度，通氣0d和90d時測定蒙古櫟葉片鮮重、干重。
　　對不同處理?xiàng)l件下的植株每個開頂箱隨機(jī)測定10片，即每個處理30片，葉片子重的測定方法，于上午9：00采摘葉片，測定其鮮重，先在烘箱內(nèi)105ºC殺青10min，然后降至70℃，24h烘干，測其千重。
　　1.3.3葉面積測定2007年，通氣0d、20d、90d時分別測定蒙古櫟單葉面積，2008年度，通氣0d、90d時分別測定蒙古櫟單葉面積。
　　對不同處理?xiàng)l件下的植株每個開頂箱同樣隨機(jī)測定10片，即每個處理30片，用LI-3000型便攜式葉面積儀測量出單葉面積。
　　1.3.4數(shù)據(jù)處理，部分?jǐn)?shù)據(jù)采用方差分析(one-wayANOVA)和LDS多重比較檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P<0.05為差異顯著。
　　2結(jié)果
　　2.1對蒙古櫟葉片生長的影響
　　2.1.1對蒙古櫟葉片干、鮮重的影響如表1所示，2007年，高濃度O3處下，蒙古櫟20~90d單葉鮮重、單葉干重平均增長量顯著（P<0.05)低于對照處理,降低比率分別達(dá)到60.2％和35.8％;相反，高濃度CO2處理下，葉片干鮮重增最顯著(P<0.05)高于對照，與對照相比鮮重提高38.4％，干重提高35.1％；復(fù)合處理下，單葉鮮重增長量顯著(P<0.05)低于對照，但高于O3單獨(dú)處理，與對照相比下降比率為26.1％，單葉干重增長量顯著(P<0.05)高于O3單獨(dú)處理，與對照比較略有下降，但差異未達(dá)到顯著水平。
　　表1
　　2007年高濃度CO2、O3對蒙古櫟葉片單葉鮮重和單葉干重的影響
　　注：同列相同小寫字母表示差異不顯著(P<0.05)，不同小寫字母
　　表示差異顯著(P<0.05)
　　圖l2008年高濃度CO2、O3對蒙古櫟葉片單葉鮮重和單葉干重的影響
　　如圖l所示，2008年度各處理蒙古櫟葉片變化趨勢與2007年基本一致，處理90d時，高濃度O3處理下，單葉鮮重、干重低于對照；而高濃度CO2處理使單葉鮮重、干重高于對照；復(fù)合處理后單葉鮮重、干重均低于對照而高于O3單獨(dú)處理．但各處理差異均不顯著。
　　2.1.2對蒙古櫟葉片面積的影響2007年蒙古櫟各處理單葉面積變化如圖2所示，高O3處理20，90d時單葉面積低于對照，90d時差異顯著(P<0.05)，高CO2處理90d時單葉面積高于對照，復(fù)合處理20，90d時單葉面積則低于對照而高于O3單獨(dú)處理，2008年度蒙古櫟各處理單葉面積變化趨勢同2007年度相一致，但差異均不顯著。
　　圖2高濃度CO2、O3對蒙古櫟單葉面積的影響
　　2.1.3對蒙古櫟日光合總景影響，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，蒙占櫟葉片日光合總最表現(xiàn)為：高濃度O3處理下低于對照；商濃度CO2處理下，2007年處理30d后高于對照；2008年則75d前普遍高于對照；兩年度復(fù)合處理下，葉片日光合總量低于對照而普遍高于O3單獨(dú)處理(圖3)。
　　圖3蒙古櫟單位葉面積日光合總量對高濃度CO2和O3的動態(tài)響應(yīng)
　　3論文討論
　　3.1高濃度O3和CO2對蒙古櫟葉片生長的影響。
　　植物的生長依賴于光合作用，由于O3對植物光合有抑制作用，因此對植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響。還有觀點(diǎn)認(rèn)為，植物以消耗用于維持生長的能量為代價(jià)，將其用于抵御和修復(fù)逆境傷害。不同植物對O3的響應(yīng)有很大差異，有研究運(yùn)用模型來解釋不同種類植物對近地層大氣O3的敏感性，得出結(jié)論：草本植物比落葉喬木敏感，而落葉喬木又比針葉樹敏感。本實(shí)驗(yàn)中高濃度O3降低了蒙古櫟單葉鮮重、單葉干重、單葉面積，2007年與對照相比差異顯著，降低比率可分別達(dá)到60.2％、35.8％和26.22％。
　　CO2是植物光合作用唯一碳源，大量實(shí)驗(yàn)表明，在大氣CO2濃度升高條件下，植物生物量和農(nóng)作物產(chǎn)量均得到增加。其原因可能是光合的增加和呼吸的減少引起的，最終導(dǎo)致植物生物量的增加。但是并不是所有植物的生物量都是隨著CO2濃度的增加而提高，如有研究發(fā)現(xiàn)，高濃度CO2脅迫下綠豆生長受到嚴(yán)重抑制，植株在形態(tài)上表現(xiàn)為單葉面積減少、莖細(xì)和根長下降．生長25d的綠豆植株總生物量下降50％左右。本研究結(jié)果表明，高濃度CO2處理下，蒙古櫟葉片干、鮮重以及單葉面積均高于對照，2年度結(jié)果相一致。有關(guān)2種氣體同時增加對樹木生長的影響機(jī)制目前尚無定論，Kellomaki等對松樹的研究指出：O3和CO2的混合氣體對生長的影響和單獨(dú)O3氣體雙倍濃度處理很相似。而對北美鵝掌楸(LiriodendrontulipiferaL．)的研究表明復(fù)合作用促進(jìn)了葉的生長，高濃度CO2緩解了O3對鵝掌楸生長和根的生物量的抑制作用。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，復(fù)合處理下，蒙古櫟單葉鮮重、單葉干重、單葉面積均低于對照，但高于O3單獨(dú)處理，兩年度實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。兩種氣體共同作用結(jié)果表明高濃度O3對生物最的負(fù)效應(yīng)高于高濃度CO2所引起的正效應(yīng)。
　　3.2濃度O3、CO2及其復(fù)合作用對蒙古櫟葉片日光合總量季節(jié)變化的影響。
　　本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高濃度O3降低了蒙古櫟葉片日光合總量，進(jìn)而抑制了葉的生長量；相反，高濃度CO2處理下，蒙古櫟日光合總量前期高于對照處理，2008年后期(90d)與對照無明顯差異，但總體表現(xiàn)為高于對照，進(jìn)而促進(jìn)葉總同化量，使其季末干鮮重高于對照。復(fù)合處理下，蒙古櫟光合總量則低于對照而高于O3單獨(dú)處理，說明高濃度CO2可以通過減緩O3對植物光合的抑制進(jìn)而減少O3傷害，這一點(diǎn)也可以從葉片干重變化上得以體現(xiàn)。
　　4論文結(jié)論
　　4.1濃度CO2處理后，蒙古櫟葉片未出現(xiàn)明顯可視傷害癥狀，蒙古櫟葉片日光合總量總體高于對照，進(jìn)而促進(jìn)葉總同化量，使其葉片干鮮重及單葉面積均高于對照，2年度結(jié)果相一致．可見，作為植物光合作用唯一碳源，大氣CO2濃度升高條件下，蒙古櫟葉片生物量增加。
　　4.2復(fù)合處理下。2007年蒙古櫟葉片72d出現(xiàn)棕斑，傷害癥狀出現(xiàn)時間晚于O3單獨(dú)處理，且傷害比率減少，表明CO2能減輕O3對蒙古櫟葉片可視傷害程度。復(fù)合作用下，日光合總量低于對照而高于O3單獨(dú)處理，說明高濃度CO2可以通過減緩O3對植物光合的抑制進(jìn)而減輕高濃度O3傷害，這一點(diǎn)也可以從葉片干重變化上得以體現(xiàn)。