干旱胁迫对三种豆科灌木生理生态的影响

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干旱胁迫是影响植物生存、生长、发育和分布的重要因子之一。随着社会经济的发展,城市建设及基础设施建设步伐加快,在铁路、公路等工程建设中,开挖大量边坡,破坏了原有植被覆盖层,导致大量次生裸地、严重水土流失现象,造成生态环境的严重破坏、失衡。并且,此类新产生地段因其土壤贫瘠、石块繁多等极其恶劣环境条件,使得植物再生十分困难,其中水分缺乏问题也尤为突显。这种趋势若不能有效遏制,将严重阻碍这此工程设施的正常运转,并且威胁到这些地段区域生态安全。因此,进行边坡植被恢复研究成为解决这些问题的关键。水分匮乏是限制是边坡生态恢复的其中关键因素,特别在全球气候变化的背景下,水分胁迫在区域尺度上可能会加重,并使得周边地区的生态环境更加恶化,使得人工生态恢复难度增加。因此,深入研究边坡植物对干旱胁迫的响应和适应机理,具有非常重要的理论和实践意义。 本论文以现有边坡生态恢复中常用植物山毛豆、猪屎豆和乡土豆科灌木望江南为研究对象,其中现应用较广的山毛豆、猪屎豆在对干旱胁迫的响应和适应机理方面还没有见其相关报道。在人工控制条件下设计4个连续干旱胁迫处理、系统地研究了灌木的生长、生物积累和水分利用率(WUE)、根系和生理过程等对干旱胁迫的反应,揭示了植物的干旱适应能力及其种间差异,主要研究结论如下: 1)灌木生长和繁殖对于干旱胁迫的反应 在干旱胁迫下,植株生长速率显著减小,叶片衰老和脱落概率增大,并随水分胁迫强度加剧而累积。叶片、茎对干旱胁迫反应均比较敏感。在中度干旱胁迫下,植株的生殖繁育被限制,生育繁殖延迟,在严重干旱胁迫下,植株有性繁殖能力严重受阻。 2)灌木生物量积累及其分配和WUE对干旱胁迫的反应 在干旱胁迫下,灌木各器官的生物量都显著减小,但是生物量分配侧重于地下部分,使得根茎比在干旱条件下增大,地上部与地下部分生物量之比减小;在轻度干旱胁迫下,山毛豆、望江南水分利用率最大,在中度、重度干旱胁迫下WUE较小:猪屎豆在中、重干旱条件下,WUE较高;在对照、轻度干旱条件下较低。山毛豆在轻度干旱胁迫下较对照组生物量等要高。 3)灌木对干旱胁迫的生理响应 在干旱胁迫下,叶片相对含水量(RWC)、脯氨酸Pro;MAD丙二醛、SOD超氧物歧化酶、叶绿素荧光值、Chla叶绿素a、Chlb叶绿素b都发生不同程度的变化。在土壤含水量方向,望江南、猪屎豆RWC逐渐降低,脯氨酸含量、SOD酶活性、丙二醛含量显著增加,叶绿素总量呈下降趋势。PSⅡ内禀光能转换效率(Fv/Fm)逐渐降低,山毛豆呈现出先降低后升高的趋势。其中,叶绿素b较叶绿素a对水分胁迫变化更明显。 4)干旱胁迫对灌木根系影响结果 根系的长度、表面积、体积均发生了显著变化,随水分胁迫的加剧降低。三种灌木相比,望江南在各个水分梯度下均有较大的根长、根系面积与根体积,能够很好提高土体抗剪能力。在土壤水分方向上,山毛豆根系类似生物量变化规律先增加后降低变化。猪屎豆在轻中干旱条件下,根系能较好生长,在严重干旱条件下受到严重抑制。此外,根长的变化比根表积、根体积明显,因此可以作为根长对水分胁迫程度反应参数。 5)三种灌木种子在干旱胁迫下发芽情况 水分胁迫使三种灌木望江南、山毛豆和猪屎豆发芽率、发芽指数都发生不同程度的显著降低。在正常水分情况下三种灌木种子发芽率都较低40%左右,因此播种前对种子的前期预处理十分重要。 6)灌木对水分胁迫的适应能力及其种间差异 三种灌木对干旱胁迫具有良好的适应能力,在25%FC,植株也能存活。75%FC、100%FC下,植株均能良好生长。猪屎豆对于干旱胁迫的忍受能力较弱,具有干旱回避机制,因而适宜于较为湿润的生境中生长。山毛豆在75%FC下生长最为适宜,在100%FC下有掉叶、黄叶和烂根现象,因此山毛豆能够在较为干旱的环境中生长。望江南在严重干旱下,不结实,只开花,有性繁殖受限,表现出较强干旱忍受能力,在水分充足条件下,能够迅速生长,完成发育、生殖过程,可以做为边坡生态恢复备选物种材料。
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