模拟增温对河西走廊典型荒漠灌木光合作用的影响

doi:10.11686/cyxb2024333

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (7): 145-157.DOI: 10.11686/cyxb2024333

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模拟增温对河西走廊典型荒漠灌木光合作用的影响

郭彬¹(), 罗维成², 单立山¹(), 安宁²^,³, 刘冰²

^1.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070
^2.中国科学院西北生态环境资源研究院，干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室，中国科学院临泽内陆河流域研究站，甘肃兰州 730000
^3.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2024-08-28 修回日期:2024-11-06 出版日期:2025-07-20 发布日期:2025-05-12
通讯作者: 单立山
作者简介:E-mail： shanls@gsau.edu.cn
郭彬（2000-），男，甘肃庆阳人，在读硕士。E-mail： guo486246@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(42177457);中国科学院西部青年学者项目资助

Effects of simulated warming on photosynthesis of typical desert shrubs in the Hexi Corridor

Bin GUO¹(), Wei-cheng LUO², Li-shan SHAN¹(), Ning AN²^,³, Bing LIU²

^1.Forestry College of Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，National Key Laboratory of Ecological Security and Sustainable Development in Arid Region，Linze Inland River Basin Research Station，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^3.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China

Received:2024-08-28 Revised:2024-11-06 Online:2025-07-20 Published:2025-05-12
Contact: Li-shan SHAN

摘要/Abstract

摘要：

在全球气候变暖的背景下，西北地区气候趋于暖湿化，对植物的生长发育和生理生态过程产生重要影响。然而，气候变暖对荒漠植物光合作用的具体影响尚无一致结论。本研究以河西走廊典型荒漠灌木泡泡刺、梭梭、柠条和荒漠区植物柽柳为对象，利用不同高度（1.0、1.8和2.3 m）开顶式气室（OTC）模拟增温，探究典型荒漠灌木光合作用对增温的响应机制。结果表明：1）在植物生长季（4-9月），不同高度OTC使空气平均温度分别升高1.7、2.5和3.5 ℃，10 cm土壤温度升高0.6、1.2和1.8 ℃，40 cm土壤温度升高0.8、1.2和1.8 ℃。2）增温显著提高了C₃植物泡泡刺、柽柳和柠条的净光合速率，但对C₄植物梭梭的影响不显著，其中柠条的净光合速率随增温幅度增加先下降后上升。3）增温显著提高了泡泡刺、梭梭和柠条的气孔导度和胞间CO₂浓度，而柽柳的气孔导度和胞间CO₂浓度随增温幅度增加先升后降。4）增温显著提高了梭梭的蒸腾速率，柠条仅在最高温下显著提高，柽柳显著降低，而泡泡刺无显著变化。增温还显著提高了泡泡刺、柽柳和柠条的水分利用效率，但显著降低了梭梭的水分利用效率。4种植物的凌晨水势和正午水势均显著降低。综上所述，荒漠植物对增温表现出较强适应性，其中C₄植物比C₃植物在高温环境中更具优势。增温条件下，C₄植物梭梭的蒸腾速率提高和水势降低有助于其水分吸收，维持光合作用稳定；而C₃植物泡泡刺、柽柳和柠条的气孔导度和胞间CO₂浓度的增加促进了光合作用。

关键词: 荒漠灌木, 光合作用, 模拟增温, 水分利用效率, 水势

Abstract:

With global climate warming， the climate in Northwest China is becoming increasingly warm and humid. This is significantly impacting plant growth and development， and physiological-ecological processes. However， the specific effect of climate warming on the photosynthesis of desert plants is still not fully understood. In this study， typical desert shrubs of the Hexi Corridor， including Nitraria sphaerocarpa， Haloxylon ammodendron， and Caragana korshinskii， along with the desert plant Tamarix ramosissima， were grown in open top chambers （OTCs） of varying heights （1.0， 1.8， and 2.3 m） to simulate increased temperatures， and the photosynthetic responses of these typical desert shrubs to warming were investigated. The results indicated that： 1） During the plant growing season （April to September）， the OTCs of 1.0， 1.8， and 2.3 m height increased the average air temperature by 1.7， 2.5， and 3.5 ℃， respectively； the soil temperature at 10 cm depth by 0.6， 1.2， and 1.8 ℃， respectively， and the soil temperature at 40 cm depth by 0.8， 1.2， and 1.8 ℃， respectively. 2） Warming significantly increased the net photosynthetic rate of the C₃ plants N. sphaerocarpa， T. ramosissima， and C. korshinskii， but had no significant effect on the C₄ plant H. ammodendron. Under increasing temperature， the net photosynthetic rate of C. korshinskii initially decreased before increasing. 3） Warming significantly increased stomatal conductance and the intercellular CO₂ concentration in N. sphaerocarpa， H. ammodendron， and C. korshinskii； however， in T. ramosissima， the stomatal conductance and intercellular CO₂ concentration initially increased before subsequently declining as the temperature increased. 4） Warming significantly increased the transpiration rate of H. ammodendron. The transpiration rate of C. korshinskii was increased only at the highest temperature， and that of T. ramosissima exhibited a significant decrease under increased temperatures. Warming did not significantly affect the transpiration rate of N. sphaerocarpa. Warming significantly enhanced the water use efficiency of N. sphaerocarpa， T. ramosissima， and C. korshinskii， but significantly reduced that of H. ammodendron. The predawn and midday water potentials of all four plant species were significantly reduced under warming conditions. In summary， these desert plants exhibited strong adaptability to warming， with C₄ plants demonstrating greater advantages over C₃ plants in the high-temperature environments. Under warming conditions， the increased transpiration rate and reduced water potential of the C₄ plant H. ammodendron facilitated its water absorption and stabilized photosynthesis， and the increase in stomatal conductance and intercellular CO₂ concentration promoted photosynthesis in the C₃ plants N. sphaerocarpa， T. ramosissima， and C. korshinskii.

Key words: desert shrubs, photosynthesis, simulated warming, water use efficiency, water potential

郭彬, 罗维成, 单立山, 安宁, 刘冰. 模拟增温对河西走廊典型荒漠灌木光合作用的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(7): 145-157.

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图/表 11

图1 增温对植物生长季空气温度和相对湿度的影响

Fig.1 Effect of warming on air temperature and relative humidity during the growing season of plants

表1 植物生长季不同增温处理下空气温度变化

Table 1 Changes in air temperature under different warming treatments during plant growing season （℃）

项目Items	T₀	T₁	T₂	T₃
最高温度Maximum temperature	31.8	33.2	36.8	38.2
最低温度Minimum temperature	4.3	5.0	5.7	6.6
平均温度Average temperature	20.1	21.8	22.6	23.6

图2 增温对植物生长季土壤温度的影响

Fig.2 The effect of warming on soil temperature during the growing season of plants

表2 植物生长季不同增温处理下不同土层土壤温度变化

Table 2 Changes in soil temperature in different soil layers under different warming treatments during plant growing season （℃）

土层 Soil layer	项目 Items	T₀	T₁	T₂	T₃
10 cm	最高温度Maximum temperature	27.2	27.8	28.3	29.0
	最低温度Minimum temperature	4.5	4.7	5.2	5.9
	平均温度Average temperature	18.1	18.7	19.3	19.9
40 cm	最高温度Maximum temperature	25.6	26.3	26.5	27.1
	最低温度Minimum temperature	3.0	3.5	3.8	4.3
	平均温度Average temperature	16.4	17.2	17.6	18.2

图3 增温对植物生长季土壤含水量的影响

Fig.3 Effect of warming on soil water content during the growing season of plants

图4 增温对典型荒漠灌木净光合速率的影响*表示该温度下指标值与T0相比差异显著（P<0.05），下同。* indicates a significant difference of the index at this temperature compared to T0 （P<0.05）， the same below.

Fig.4 Effects of warming on net photosynthesis rate （Pn） of typical desert shrubs

图5 增温对典型荒漠灌木气孔导度的影响

Fig.5 Effects of warming on stomatal conductance （Gs） of typical desert shrubs

图6 增温对典型荒漠灌木胞间CO2浓度的影响

Fig.6 Effects of warming on intercellular CO2 concentration （Ci） of typical desert shrubs

图7 增温对典型荒漠灌木蒸腾速率的影响

Fig.7 Effects of warming on transpiration rate （Tr） of typical desert shrubs

图8 增温对典型荒漠灌木水分利用效率的影响

Fig.8 Effects of warming on water use efficiency （WUE） of typical desert shrubs

图9 增温对典型荒漠灌木水势的影响

Fig.9 Effects of warming on water potential （Ψ） of typical desert shrubs

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模拟增温对河西走廊典型荒漠灌木光合作用的影响

Effects of simulated warming on photosynthesis of typical desert shrubs in the Hexi Corridor

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图/表 11

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