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黄土高原中部地区的兰州市是丝绸之路的重要节点城市,属于典型的半干旱地区,有降水少蒸发大,干旱严重,森林覆被率低、植被稀疏、土地贫瘠等特点。为改善该地区生态环境状况,自上世纪五十年代以来我国就在黄土高原地区开展了大规模的植树造林工作,已取得了一定的成效,森林覆盖率显著提高;但在植树造林过程中还存在着很多问题,比如植物的成活率、保存率、生长率都较低。因此对黄土高原地区植树造林物种的选择是其植被恢复与重建的关键,所以要结合当地水资源匮乏、土地贫瘠的现状,选择选择抗旱性能好,对土地资源需求少,但资源权衡更合理的物种,以提高该地区植被恢复的成活率和可持续性。本文以兰州市九州台主要绿化植物乔木、灌木、草本3种主要生活型植物为研究对象,使用直角双曲线修正模型、生物化学光合模型(Farquhar-von Caemmerer-Bery model,FvCB)对不同生活型植物的光响应曲线及CO2响应曲线进行拟合,并测定叶片功能性状,揭示不同生活型植物对光、CO2环境变化的适应机理,并分析植物资源权衡配置差异,以期为黄土高原地区生态恢复工作中对物种的选择和栽培提供一定的理论依据。研究结果如下:(1)乔木、灌木和草本的光响应曲线变化过程及拟合参数均存在较大差异。不同生活型植物净光合速率(Net photosynthetic rate,Pn,μmol·m–2·s–1)随着光照有效辐射(Photosynthetic effective radiation,PAR,μmol·m–2·s–1)的增加均呈上升趋势,后达到稳定。其中灌木植物—大叶黄杨、草本植物—萱草出现了不同程度上的光抑制情况。使用直角双曲线修正模型得到光响应曲线拟合参数。最大净光合速率(Maximum net photosynthetic rate,Pnmax,μmol·m–2·s–1)、表观量子效率(Apparent quantum efficiency,AQE,μmol·mol-1)、暗呼吸速率(Day respiration,Rd,μmol·m–~2·s–1)均表现为草本植物最大,乔木次之,灌木最低。不同生活型型植物的光饱和点(Light saturation point,LSP,μmol·m–2·s–1)差异不大,乔木与灌木光补充点(Light compensation point,LCP,μmol·m–2·s–1)大于草本植物。(2)CO2响应曲线拟合结果显示,起初光合速率呈线性快速上升,但到一定CO2浓度时,光合速率不再增加。其中当胞间CO2浓度(Intercellular CO2concentration,Ci,mmol·μmol–1)为1548μmol·mol-1时,黑麦草的光合速率达到最大值为16.3μmol·m-2·s-1,随着CO2浓度的进一步升高,光合速率下降。其他植物在到达CO2出现饱和现象后,未出现光合速率下降的情况。不同生活型植物CO2补偿点(CO2 compensation point,CCP,μmol·m–2·s–1)差异不大;CO2饱和点(CO2 saturation point,CSP,μmol·m–2·s–1)乔木、灌木显著大于草本植物;最大羧化效率(Maximal carboxylation rate,Vcmax,μmol·m–2·s–1)、最大电子传递效率(Maximal electron transport rate,Jmax,μmol·m–2·s–1)与磷酸丙糖利用效率(Maximal electron transport rate,TPU,μmol·m–2·s–1)均表现为草本植物最大,乔木次之,灌木最小。Jmax/Vcmax无明显规律,其中草本植物—车轴草Rd值显著大于其他植物。(3)植物叶片比叶重(Specific leaf weight,LMA,g·m–2)表现为乔木、灌木略大于草本植物。叶片含水量(Leaf moisture content,LWC,%)、叶绿素含量(Chlorophyll content,Chl,mg·g–1)表现为乔木、草本显著大于灌木植物。水分利用效率(Water use efficiency WUE,μmol·μmol–1)表现为乔木及灌木明显大于草本。不同生活型植物光能利用效率(Light use efficiency,LUE,mol·mol-1)、光合氮素利用效率(Photosynthetic nitrogen use efficiency,PNUE,μmol·g–1·s–1)、光合磷素利用效率(Photosynthetic phosphorus utilization efficiency,PPUE,μmol·g–1·s–1)表现差异较大,草本明显大于乔木及灌木。车轴草将较大比例的叶氮分配在生物力能学组分、羧化系统中,所以在光合氮素内部分配具有相对优势。(4)Pnmax、Rp、Vcmax、Jmax、TPU均与LMA呈显著负相关关系,说明植物为了适应外界环境,将较多的生物量分配于细胞壁中,这样可以增强叶片的韧性,然而分配到光合细胞中的生物量较少,致使其光合能力较低。植物叶片LSP、LCP与Chl含量呈显著正相关关系,说明较低的Chl限制了植物对光的利用效率。TPU与LWC呈显著正相关关系,LWC降低,植株为减少蒸腾作用,叶片气孔会关闭,因此对CO2的扩散阻力有显著影响,进而降低TPU。