草坪草光合效率的土壤水分临界效应及机理

本项目以北方城市广泛应用的5种草坪草-草地早熟禾、多年生黑麦草、高羊茅、结缕草、狗牙根为试验材料，采用大田植物和盆栽植物并行观测试验，利用人工给水与自然耗水相结合而获得多级土壤水分梯度的方法，分析不同草坪草光合效率指标在土壤饱和湿度至凋萎湿度内的连续变化过程，阐明其在不同土壤水分梯度下的生理响应与适应机理（气孔因素、叶绿体碳同化活性和PSⅡ光化学活性限制等）；确定不同草坪草光合效率指标发生显著变化的"土壤水分光合效率临界点"（包括土水补偿点、土水饱和点、土水高效点和土水气孔限制转折点等）与"土壤水分阈值"（包括无产无效水、低产低效水、中产高效水、高产中效水、中产低效和高产高效水等级）。研究成果对丰富和发展植物光合生理与水分生理研究具有理论价值，对科学指导北方城市绿化建设中合理的草坪草选择、立地配置和水分的量化管理具有实践价值。

本项目以北方城市广泛应用的5种草坪草为试验材料，采用盆栽试验和大田测定相结合的方法，对草坪草的蒸腾耗水特性和土壤水分阈值进行了研究。结果表明，草坪草日蒸散量呈单峰变化趋势，蒸散量在8:00-12:00之间随着温度的升高而增加，并在12:00-14:00之间达到峰值，之后呈下降趋势。草坪耗水的高峰期仍是一天中温度较高的时期，65％-70％的蒸散量集中在10:00-16:00，不同草种间日蒸散量存在差异，其结果表现为高羊茅（3.09 mm）>多年生黑麦草（2.59 mm）>草地早熟禾（2.29 mm）>狗牙根（2.22 mm）>日本结缕草（2.15 mm）。2种水分条件下草坪草月蒸散量的变化与日变化的规律相一致，表明高羊茅耗水最多，结缕草较节水，冷季型草坪草的蒸散量要大于暖季型草坪草。确定了5种草坪草均属于夏季耗水型，草坪草最适土壤含水量的范围出现在水分胁迫的第3d-6d。5种草坪草在水分胁迫条件下，外观质量随着水分胁迫时间的增加呈下降趋势，叶片相对含水量、叶绿素含量、根系活力等生理指标的变化在第3d达到最大值，之后呈现逐渐下降的趋势。阐明了在土壤水分较高时，Pn（净光合速率）下降的主要原因是气孔限制因素，随着土壤水分的降低， Pn降低则主要是叶肉细胞光合活性降低引起的。确定了草坪草的土壤水分阈值范围，如高羊茅在Wv（土壤体积含水量）为19.2%时为其土水气孔限制转折点，Wv为24.6%时为土水高效点。在24.6%≤Wv≤30.4%时为高产高效水，在19.2%≤Wv＜24.6%时为中产高效水，在14.5%＜Wv＜19.2%和30.4＜Wv＜35.1%时为中产中效水，其适宜的土壤水分阈值范围为19.2%＜Wv＜30.4%等。高羊茅在生长季年人工灌水总量为684mm，灌水次数为21次。研究结果可为城市绿化建设中合理的草坪草的选择、高质量草坪的营建及水资源的量化管理提供科学依据。