河西走廊3种杨树（ Populus spp.）防护林气体交换特性对环境因子的响应

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00176

摘要/Abstract

摘要：

探究不同杨树（Populus spp.）的气体交换特性及其对多情景环境的响应差异，有利于促进对防护林环境适应策略的理解，对维护干旱区绿洲生态系统的可持续发展具有重要生态意义。本研究利用LI-6800F光合-荧光全自动测量系统对3种典型杨树——胡杨（Populuseuphratica）、新疆杨（Populus alba var. pyramidalis）、二白杨（Populus gansuensis）的温度、饱和水汽压差（VPD）和CO₂光合响应曲线进行观测，通过模拟增温、增加VPD及升高CO₂浓度变化，对比分析多情景模式下净光合速率（P_n）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（G_s）和水分利用效率（WUE）的差异。结果表明：（1）增温显著影响了3种杨树的P_n、G_s、Tr和WUE，随增温幅度增加，3种杨树的P_n、G_s、Tr均呈现先上升后下降的趋势，WUE均呈现先下降后上升的趋势，整体来看，胡杨具有更高的P_n、G_s和Tr，新疆杨具有更高的WUE。（2）增加VPD显著降低了3种杨树的P_n，但显著提高了其WUE（新疆杨除外），胡杨和二白杨的G_s及Tr随VPD的增加呈现先升高后降低的趋势（二白杨Tr为线性下降），整体来看，胡杨具有更高的P_n、G_s和Tr，但WUE明显小于另外2种杨树。（3）CO₂浓度升高显著提高了3种杨树P_n和WUE，而对其G_s和Tr的影响存在差异，其中新疆杨的G_s和Tr及胡杨的Tr随CO₂浓度升高呈现先上升后下降的趋势，二白杨的G_s和Tr及胡杨的G_s随CO₂浓度变化不显著。（4）无论是增温还是VPD升高处理下，胡杨均表现出更高的P_n、G_s和Tr，表明在同一生境中，胡杨对温度和水分的适应能力强于新疆杨和二白杨；当CO₂浓度不高于400 µmol·mol^-1时，二白杨与胡杨的P_n差异不明显，当CO₂浓度高于400 µmol·mol^-1时，二白杨的P_n明显更大，表明二白杨对高CO₂环境的响应更为敏感。在不同情景模式下，3种杨树的气体交换特性存在明显种间差异。干旱区生存环境严酷，而胡杨在高温、干旱等恶劣环境中表现出较强的生态适应能力，故建议优先将其作为研究区的优势造林树种。

关键词: 杨树防护林, 气体交换, 环境因子, 光合响应曲线, 水分利用效率

Abstract:

Exploring how gas-exchange characteristics of different Populus shelterbelts respond to multiple environmental scenarios can deepen our understanding of their environmental adaptation strategies and provide important ecological insights for sustaining oasis ecosystems in arid regions. Using the LI-6800F photosynthesis-fluorescence automatic measurement system， we conducted field experiments to assess photosynthetic response curves of three typical Populus species （P.euphratica， P. alba var. pyramidalis， and P. gansuensis） to changes in temperature， saturation vapor pressure difference （VPD）， and CO₂. By simulating increased temperature， VPD， and CO₂ concentration， we analyzed changes in net photosynthetic rate （P_n）， transpiration rate （Tr）， stomatal conductance （G_s）， and water-use efficiency （WUE） across scenarios. The results showed：（1） Warming significantly affected P_n， G_s， Tr， and WUE in all three species. With increasing temperature， P_n， G_s， and Tr showed an initial rise followed by a decline， whereas WUE showed the opposite trend. Overall， P.euphratica maintained higher P_n， G_s， and Tr， while P. alba var. pyramidalis demonstrated higher WUE. （2） Increasing VPD significantly reduced P_n but enhanced WUE （except for P.alba var. pyramidalis） in all species. The G_s and Tr of P.euphratica and P. gansuensis first increased and then decreased with rising VPD. Although P.euphratica exhibited higher P_n， G_s， and Tr， its WUE was significantly lower than that of the other two species. （3） Elevated CO₂ significantly increased P_n and WUE in all species， but G_s and Tr responded differently： They increased and then declined in P. alba var. pyramidalis and P.euphratica， while changes in P. gansuensis and the G_s of P.euphratica were minimal. （4） Under both warming and elevated VPD， P.euphratica showed superior P_n， G_s， and Tr， indicating stronger ecological adaptability to temperature and water stress compared to P. alba var. pyramidalis and P. gansuensis. Under elevated CO₂， there was no significant difference in P_n between P. gansuensis and P.euphratica at CO₂ concentrations no higher than 400 µmol·mol^-1， whereas P. gansuensis showed higher P_n than P.euphratica at CO₂ concentrations above 400 µmol·mol^-1， suggesting greater sensitivity to high CO₂. Overall， significant interspecific differences were observed in gas exchange responses， with P. euphratica demonstrating the greatest adaptability to extreme arid conditions， supporting its designation as the dominant pioneer species for afforestation in the study region.

Key words: Populus shelterbelts, gas exchange, environmental factors, photosynthetic response curve, water-use efficiency

中图分类号:

S718.55+1.2

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图/表 6

图1 3种杨树监测样地分布

Fig.1 Distribution of the monitoring plots of three Populus species

表1 3种杨树植株特征

Table 1 The plant characteristics of three Populus species

树种	树高 /m	胸径 /cm	水势/MPa
树种	树高 /m	胸径 /cm	凌晨Ψ_pd	正午Ψ_mid
胡杨	9.54±0.25^c	22.15±0.42^c	-3.00±0.07^b	-3.16±0.09^b
新疆杨	12.48±0.19^a	28.65±0.55^a	-0.49±0.01^a	-1.72±0.13^a
二白杨	10.67±0.28^b	23.75±0.27^b	-0.41±0.03^a	-1.82±0.12^a

图2 3种杨树气体交换特性与温度的关系

Fig.2 Relationship between gas exchange characteristics and temperature of three Populus species

图3 3种杨树气体交换特性与VPD的关系

Fig.3 Relationship between gas exchange characteristics and VPD of three Populus species

图4 3种杨树气体交换特性与CO2的关系

Fig.4 Relationship between gas exchange characteristics and CO2 of three Populus species

表2 3种杨树气体交换特性与环境因子相关系数

Table 2 Correlation coefficient between gas exchange characteristics and environmental factors of three Populus species

树种	环境因子	净光合速率P_n	蒸腾速率Tr	气孔导度G_s	水分利用效率WUE
胡杨	温度	0.518^**	-0.017	-0.065	0.486^**
	饱和水汽压差VPD	-0.791^**	-0.526^**	-0.801^**	0.724^**
	CO₂浓度	0.960^**	0.352	-0.441^*	0.974^**
新疆杨	温度	-0.770^**	-0.434^*	-0.643^**	0.417^*
	饱和水汽压差VPD	-0.736^**	-0.061	0.079	-0.543^**
	CO₂浓度	0.915^**	0.838^**	0.688^**	0.904^**
二白杨	温度	-0.724^**	-0.789^**	-0.797^**	0.787^**
	饱和水汽压差VPD	-0.656^**	0.120	-0.773^**	0.728^**
	CO₂浓度	0.959^**	0.006	0.076	0.954^**

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