摘要：以4年生蒙古櫟（Quercusmongolica）幼樹為實驗材料，分別于2007,2008年6～9月采用開頂箱法,研究了高濃度CO2和O3及復合作用對蒙古櫟葉片光合量變化和生長的影響。
　　關鍵詞：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研究區域與實驗設備
　　研究區位于中國科學院沈陽樹木園內(41º46´N，123º26´E)，占地面積約5hm².2005年，在樹木園內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控測試系統，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到較高的透光率，以環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，分別實現對CO2與O3的監測，輸出標準電壓及電流信號，進入氣室控制系統。
　　1.2實驗材料與處理
　　選取4年生蒙古櫟幼苗（Quercusmongolica）為實驗材料，于2007年4月將其移栽于開頂箱內每箱各20株，隨機分布。實驗采用露地栽培，為確保各箱土質、肥力均勻，取出30cm厚度內表層土壤拌勻滅菌后回填，實驗期問保證水分充足，無水、肥、病蟲害等非實驗因索影響，分別于2007年6月18日～9月20日，2008年6月13日～9月15日針對同一實驗材料進行通氣處理，CO2每天24h不間斷通氣，O3每天9h（08：00～17：00)熏蒸。
　　實驗共設4個處理T1~T4)，每個處理設3次重復，共12個開頂箱T1(AA))為OTC對照箱，氣室內不通任何氣體，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、無風的典型觀測日，對開頂箱內蒙古櫟葉片進行環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：隨機選取測試樹木東南方方向陽枝條中部葉，待系統穩定后，讀取3～5個瞬時光合速率值，每個處理重復3次( 即從3個開頂箱分別取樣)，計算其平均值，繪制樹木光合作用日變化曲線，根據光合日變化曲線計算日光合總量．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，設凈同化量為P，其計算公式如式(1)所示：
　　式中，p為測定日的光合總量，mmo/(m².d);Pi為初測點的瞬時光合速率，Pi+1為下一測點的瞬時光合速率μmol/（m²•s）;ti為初測點的瞬時間，ti+1為下一測點的時間，h:j為測試次數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。
　　對不同處理條件下的植株每個開頂箱隨機測定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。
　　對不同處理條件下的植株每個開頂箱同樣隨機測定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數據處理，部分數據采用方差分析(one-wayANOVA)和LDS多重比較檢驗進行統計分析，并以平均值±標準差表示，P<0.05為差異顯著。
　　2結果
　　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單獨處理，與對照比較略有下降，但差異未達到顯著水平。
　　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；復合處理后單葉鮮重、干重均低于對照而高于O3單獨處理．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，復合處理20，90d時單葉面積則低于對照而高于O3單獨處理，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，本實驗結果表明，蒙占櫟葉片日光合總最表現為：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；兩年度復合處理下，葉片日光合總量低于對照而普遍高于O3單獨處理(圖3)。
　　圖3蒙古櫟單位葉面積日光合總量對高濃度CO2和O3的動態響應
　　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育和產量產生負面影響。還有觀點認為，植物以消耗用于維持生長的能量為代價，將其用于抵御和修復逆境傷害。不同植物對O3的響應有很大差異，有研究運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。本實驗中高濃度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，降低比率可分別達到60.2％、35.8％和26.22％。
　　CO2是植物光合作用唯一碳源，大量實驗表明，在大氣CO2濃度升高條件下，植物生物量和農作物產量均得到增加。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，如有研究發現，高濃度CO2脅迫下綠豆生長受到嚴重抑制，植株在形態上表現為單葉面積減少、莖細和根長下降．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年度結果相一致。有關2種氣體同時增加對樹木生長的影響機制目前尚無定論，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．)的研究表明復合作用促進了葉的生長，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。本實驗結果表明，復合處理下，蒙古櫟單葉鮮重、單葉干重、單葉面積均低于對照，但高于O3單獨處理，兩年度實驗結果一致。兩種氣體共同作用結果表明高濃度O3對生物最的負效應高于高濃度CO2所引起的正效應。
　　3.2濃度O3、CO2及其復合作用對蒙古櫟葉片日光合總量季節變化的影響。
　　本實驗結果表明，高濃度O3降低了蒙古櫟葉片日光合總量，進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，但總體表現為高于對照，進而促進葉總同化量，使其季末干鮮重高于對照。復合處理下，蒙古櫟光合總量則低于對照而高于O3單獨處理，說明高濃度CO2可以通過減緩O3對植物光合的抑制進而減少O3傷害，這一點也可以從葉片干重變化上得以體現。
　　4論文結論
　　4.1濃度CO2處理后，蒙古櫟葉片未出現明顯可視傷害癥狀，蒙古櫟葉片日光合總量總體高于對照，進而促進葉總同化量，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復合處理下。2007年蒙古櫟葉片72d出現棕斑，傷害癥狀出現時間晚于O3單獨處理，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。復合作用下，日光合總量低于對照而高于O3單獨處理，說明高濃度CO2可以通過減緩O3對植物光合的抑制進而減輕高濃度O3傷害，這一點也可以從葉片干重變化上得以體現。