三种植物对高pH和低营养的响应及其在生态修复中的应用

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土壤偏碱性和肥力低下是喀斯特生态环境脆弱的重要表现之一,它们影响了植物对营养元素的吸收,对植物的生长有极大的限制作用,使得许多喜酸、喜湿、喜肥的植物在这里难以生长,导致群落结构相对简单,生态系统容易遭到破坏,所以在西南喀斯特退化生态环境的治理上,其先锋植物的选择和培育就显得至关重要,因此对喀斯特先锋植物的生理生态特性进行研究,可以进一步了解其适应性特征和适应机理,从而为该地区退化生境的治理提供科学依据。本文以喀斯特适生藤本植物金银花(Lonicera japonica Thunb.)为研究材料,以常见藤本植物牵牛花(Pharhiris nil)与爬山虎(Parthenocissus tricuspidata(Sieb.etZucc.)Planch)作为对比,通过模拟西南喀斯特地区土壤高pH和低营养元素浓度的环境特点,分别对两种环境条件下金银花、牵牛花、爬山虎三种藤本植物的生理指标(碳酸酐酶活性、叶绿素荧光参数),以及植株养分(N、P)吸收和生长状况(株高、茎粗、叶面积、植物干重、叶绿素含量)等进行对比分析,以探讨三种植物对喀斯特地区土壤高pH和低营养元素浓度的适应性特征和适应机理。取得结果如下:[1]金银花与牵牛花均具有较高的碳酸酐酶活性,远远大于爬山虎;在pH8.2处,金银花生长最好,在pH7.2处,牵牛花生长最好,其碳酸酐酶活性均出现最低值;在1/4营养液浓度处,金银花和牵牛花处于逆境,其碳酸酐酶活性均出现最大值,得到较好表达,随着浓度降低,牵牛花碳酸酐酶活性持续降低,金银花则稍有回升。结果证明,金银花碳酸酐酶能够忍受偏碱性(pH8.2)和低营养浓度的影响,牵牛花碳酸酐酶在较低营养液浓度下则受到抑制,爬山虎酶活性过低,几乎无法测出。[2]金银花实际光合效率ΦPSⅡ随pH的增高而明显上升,在pH8.2处达到最大值,爬山虎各叶绿素荧光参数值则明显下降,牵牛花在pH6.2处达到最大值后随pH增高再无明显变化;随营养液浓度的降低,金银花各荧光参数值也有所升高,并在1/8原始营养液浓度处达到最大值,爬山虎变化幅度则不大,牵牛花整体上表现为下降趋势,但是其值仍然很高。结果证明,在偏碱性(pH8.2)和低营养环境中,金银花和牵牛花的光合效率好于爬山虎,牵牛花的光合效率几乎不受pH变化的影响,爬山虎则受营养液浓度变化的影响不大,光合效率比较稳定,金银花则均有所升高。[3]在高pH(pH8.2)下,金银花植株中总N、P累积量分别达到最大值,牵牛花没有明显的升高或降低趋势,爬山虎则缓慢降低;低营养(1/8浓度)下,金银花总N、P累积量同样达到最大值,牵牛花缓慢下降,爬山虎则没有明显上升或者下降趋势。[4]随着营养液pH的增高,金银花各生长指标和叶绿素含量逐渐升高,在pH8.2处达到最大值,爬山虎在pH6.2处达到最大值,牵牛花在pH从5.2变化到9.2之间,除了植物干重外,各生长指标和叶绿素含量变化不大;随营养液浓度的降低,金银花各生长指标和叶绿素含量同样逐渐增高,并在1/8原始营养液浓度处达到最大值,爬山虎整体上没有明显的上升或下降,牵牛花则有所下降;结果证明,在高pH环境中,金银花的生长状况好于爬山虎,牵牛花的生长则几乎不受pH变化的影响。在低营养浓度环境中,金银花的生长状况好于牵牛花,爬山虎的生长受营养液浓度变化的影响不大。综上所述,金银花对喀斯特高pH和低营养环境具有很好的适应性;牵牛花对pH适应性强但低营养适应性弱,而爬山虎则反之。一方面这些结论可以为我们筛选喀斯特适生植物提供依据,另一方面在利用它们进行喀斯特石漠化生态修复过程中,可以通过施用不同肥料改良土壤,从而可以广泛种植金银花、牵牛花和爬山虎,利用植物修复原理来修复喀斯特地区遭受破坏的脆弱的生态环境。
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