توان فتوسنتزی و نرخ تبادلات گازی راش اروپایی (Fagus sylvatica) در طیف تابش فعال فتوسنتزی (PAR)

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: جنگل ها عامل مهمی برای فرونشاندن دی اکسیدکربن نیوار محسوب می شوند، مهم‎ ترین گاز گلخانه ای که عامل مهم تغییرات مداوم اقلیمی کره زمین محسوب می شود. پیش بینی های اقلیمی حاکی از رسیدن غلظت دی‎ اکسید کربن نیوار به ۷۰۰ میکرومول بر مول تا سال ۲۱۰۰ میلادی است که باعث وقوع رخداد خشک سالی و افزایش دما در اروپا با وسعت فراگیر و مدت زمان طولانی خواهد شد. بیشترین عواقب ناشی از این اختلالات اقلیمی دامن‎گیر جنگل های اروپا، به ویژه جنگل های راش اروپایی خواهد شد. پژوهش های پیشین نشان داده‎ اند که مرگ و میر راش بیشتر تحت تاثیر خشک‎ سالی است تا سایر عوامل، بنابراین، طی سال های اخیر مطالعات زیادی بر ارتباط عوامل بوم شناختی نظیر دما و نور با نرخ فتوسنتز، جذب CO۲، تعرق و سایر عوامل فیزیولوژیک راش اروپایی متمرکز شده ‎اند چرا که این گونه، شاخصی برای حساسیت جنگل های پهن برگ اروپا نسبت به اثرات تغییر اقلیم شناخته می شود. در این پژوهش، اثرات شدت های مختلف نور بر نرخ فتوسنتز برگ، تعرق، غلظت دی اکسیدکربن بین سلولی و هدایت روزنه ای بررسی شد. مواد و روش ها: برای مطالعه فیزیولوژی نرخ فتوسنتز و تبادلات گازی درختان راش اروپایی در پارک ملی هاینیش آلمان، پنج درخت جوان که ارتفاع هر یک ۵/۲ متر بود زیر تاج درختان مادری انتخاب شدند. از هر درخت، پنج برگ بالغ و سالم که به طور طبیعی رشد کرده بودند جهت بررسی انتخاب شدند. اندازه گیری ها با استفاده از دستگاه LC Pro+ در ۱۰ شدت مختلف از طیف نور فعال فتوسنتزی از ۰ تا ۶۹۶ میکرومول فوتون بر مترمربع در ثانیه و در پنج تکرار، در دمای کنترل شده °C ۱±۲۱ انجام شدند. ۶/۲۵ سانتی متر مربع از برگ زنده راش درون اتاقک اندازه گیری قرار گرفت. غلظت­ های CO۲ و H۲O پس از اندازه گیری اولیه به هر دو سطح برگ قرار داده شده درون اتاقک، هدایت شدند. غلظت CO۲ هوای تخلیه شده از اتاقک، پس از استفاده در فرایند فتوسنتز (که به طور طبیعی کاهش یافت) و غلظت H۲O (آزادشده پس از انجام فتوسنتز برگ) مجددا اندازه گیری و تجزیه شد. از تفاوت های میان غلظت ورودی (مقادیر 'مرجع') و غلظت نهایی (مقادیر تجزیه شده) گازهای CO۲ و H۲O، نرخ جذب (آسیمیلاسیون) و تعرق به‎ صورت مداوم محاسبه شد. سپس، منحنی های پاسخ نوری بر اساس میانگین داده ها برای گونه راش اروپایی رسم شدند. یافته ها: نقطه جبران نوری، که طبق تعریف شدت نوری است که نرخ جذب CO۲ با نرخ مصرف CO۲ در فرایند فتوسنتز در برگ گیاه برابر می شود، برای گونه راش اروپایی در شدت نور ۷/۵ میکرومول فوتون بر مترمربع در ثانیه به‎ دست آمد. نرخ تنفس در تاریکی نیز به طور متوسط بر اساس میانگین کل آزمایشات انجام شده حدود ۰/۱۹- میکرومول دی اکسیدکربن بر مترمربع در ثانیه اندازه گیری شد. نرخ فتوسنتز در راش اروپایی با افزایش شدت تابش فعال فتوسنتزی از ۰ تا ۱۷۴ با شیب زیادی افزایش یافت و بیشینه آن در تابش ۴۳۵ میکرومول فوتون بر مترمربع در ثانیه ایجاد شد که به طور متوسط ۰/۶۵±۲/۹۴ میکرومول دی اکسیدکربن بر مترمربع در ثانیه به ‎دست آمد. با افزایش PAR، گونه راش اروپایی تمایل زیادی به مصرف فوری CO۲ با دریافت کمینه نور رسیده بر سطح برگ های خود را داشت؛ به طوری که با اندک افزایش در شدت نور و رسیدن نور از مقدار صفر تا ۴۴ میکرومول بر مترمربع در ساعت، غلظت CO۲ موجود در فضای بین سلول های مزوفیل برگ، به شدت کاهش یافت و به کمینه مقدار خود (۲۶۴ میکرومول دی اکسیدکربن بر مول هوا) رسید. این کاهش به دلیل ورود ناگهانی دی اکسیدکربن بین سلولی به درون کلروپلاست ها جهت آغاز فرآیند فتوسنتز در شدت های نور بسیار پایین است. این موضوع، کاهش شدید در مقدار هدایت روزنه ای را نیز موجب می شود. از شدت نور ۴۴ میکرومول بر مترمربع در ثانیه به بعد، هدایت روزنه ای و تعرق با شیب ملایمی افزایش مداوم داشتند تا این که در تابش ۶۹۶ میکرومول بر مترمربع در ثانیه به بیشینه مقدار خود رسیدند. با این‎حال، غلظت دی اکسیدکربن بین سلولی (Ci) از تابش ۴۴ میکرومول بر مترمربع در ثانیه با شیب بسیار کمتری تا رسیدن به تابش ۶۹۶ میکرومول بر مترمربع در ثانیه افزایش نسبی و ملایمی داشت و هیچ گاه به مقدار بیشینه خود که در تاریکی یا شدت نور صفر بود ن رسید. با توجه به بیشینه نرخ فتوسنتز برای نهال های راش اروپایی که برابر با ۲/۹۴ میکرومول بر مترمربع در ثانیه به دست آمد، جذب خالص دی اکسیدکربن آن حدود ۴/۶۶ کیلوگرم در هکتار در هر ساعت در تابش ۴۳۵ میکرومول فوتون بر مترمربع در ثانیه و یا جذب C (کربن) برابر با ۱۱۱۳ گرم بر مترمربع در هر سال (g C m-۲ yr-۱) را ایجاد خواهد نمود. نتیجه گیری کلی: مطالعه حاضر نشان می‎دهد که گونه راش اروپایی گونه ای بسیار سایه پسند است و نسبت به تغییرات محیطی نظیر نور، واکنش زیادی نشان می دهد که باعث می شود راش اروپایی گونه درختی بسیار حساس نسبت به تغییر شرایط بوم شناختی در بوم سامانه های اروپا محسوب شود.

کلیدواژه ها:

European beech ، Photosynthetically active radiation ، Photosynthesis rate ، Shade tolerance ، Stomatal conductance ، Transpiration ، راش اروپایی ، شدت فتوسنتز ، تعرق ، سایه پسند ، تابش فعال فتوسنتزی ، هدایت روزنه ای