随着人类社会经济的快速发展,对矿产资源需求急剧增大,对矿产资源的开采造成植被和土地破坏,引起环境污染、生物多样性丧失、易发生滑坡、泥石流地质灾害等系列环境问题。因此,进行矿山废弃地的植被恢复显得十分迫切。由于矿山废弃地生境条件劣恶,植物生长不良,进行矿山废弃地的植被恢复极为困难,成为当前环境科学界急需解决的重大课题。长汀稀土矿是我国南方典型的离子型稀土矿,长期以来对稀土开采造成矿区废弃地及周围的生态环境恶化,急需采取措施进行治理。导师课题组前期在开展稀土矿废弃地植被恢复研究中发现:稀土矿废弃地因用酸浸提稀土,导致废弃地土壤过酸和重金属污染,植物生长环境恶劣。但类芦(Neyraudia reynaudiana)却能在长汀稀土矿废弃地上正常生长,保持较高的生物量。类芦能在其他植物无法生长的稀土矿废弃地生长,其中可能存在对酸和重金属胁迫的特殊适应机制。但目前国内外对类芦的研究主要集中在水土流失治理、根系固土作用及其对干旱胁迫的响应等方面,而对类芦适应土壤酸及重金属胁迫的策略尚不清楚。鉴于此,本文以能在福建长汀稀土矿废弃地生长的类芦为研究对象,通过室内模拟胁迫试验,设计不同的土壤酸度和重金属胁迫水平,测定在不同胁迫条件下类芦地上部分、根系、叶绿素、抗氧化酶、丙二醛含量等等形态和生理学指标,比较类芦对不同酸及重金属胁迫在形态和生理指标上的差异,揭示类芦对酸和重金属胁迫响应的内在机制,为稀土矿废弃地的植被恢复提供科学依据。主要研究结果如下:(1)酸胁迫对类芦株高、最大叶宽、叶片数、最大叶长及分蘖数有一定促进作用,随着胁迫时间的增加,促进作用逐渐增强;随酸胁迫强度的增加,类芦的最大叶宽逐渐增大,最大叶长呈先增加后减少,而对株高、叶片数及分蘖数影响较小。酸胁迫对类芦根长、根表面积、根体积及根平均直径均有促进作用,pH4.5处理类芦根长、根表面积、根体积及根平均直径均达最大值,与稀土矿废弃地土壤pH表现出一致性。酸胁迫对类芦生物量的累积有一定促进作用,随酸胁迫强度的增加,类芦地上部分生物量、根生物量、全株生物量均呈现先增大后减小的趋势。(2)酸胁迫处理对类芦的叶绿素含量有一定促进作用,除pH3.5外其他处理均达显著水平;叶绿素a/b在pH5.6处理下达最大,且显著高于其他处理;酸胁迫处理对类芦叶片的基础荧光F0、最大荧光Fm、可变荧光Fv及 PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm均有促进作用,且随着酸胁迫强度的增加均最大荧光Fm、可变荧光Fv及 PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm呈现先增加后减少的趋势,基础荧光F0则呈逐渐下降的趋势;pH5.0处理对类芦PSⅡ潜在的光化学活性Fv/F0有抑制作用。(3)pH5.0处理对类芦叶片的POD、SOD及CAT活性有促进作用,其他酸胁迫处理则表现为抑制作用,且随酸胁迫强度的增加抑制作用逐渐增大;除pH5.0外其他酸胁迫对类芦MDA含量有显著促进作用,酸胁迫强度越大促进作用越明显;酸胁迫条件下,类芦根际土壤酶活性均大于非根际土壤酶活性;pH5.0处理对类芦根际土壤的过氧化氢酶、酸性磷酸酶及脲酶活性均有促进作用,其他酸胁迫处理则表现为抑制作用。(4)Pb胁迫初期,类芦株高、最大叶宽受到抑制作用,随着胁迫时间的增加,对类芦的株高呈显著促进作用,但对最大叶宽的促进作用不显著;Pb250处理对类芦叶片数有促进作用,其他Pb胁迫处理与对照无显著差异;Pb胁迫对类芦的最大叶长及分蘖数没有明显影响;土壤Pb浓度小于750mg·kg-1条件下对类芦根长、根表面积及根体积均有促进作用,但大于750 mg·kg-1处理则表现为抑制作用;Pb250处理对类芦根平均直径有抑制作用外,其他处理均表现为促进作用;随着Pb胁迫浓度的增加,类芦的根长、根表面积及根体积呈先增大后减小的趋势,而根平均直径呈先减小后增大的趋势;土壤Pb浓度小于750 mg-kg-1处理,对类芦地上部分生物量、根生物量及全株生物量累积均有促进作用,但大于750 mg·kg-1处理则表现为抑制作用。(5)Pb胁迫处理对类芦叶绿素a、叶绿素b及叶绿素a+b含量均有促进作用,Pb250处理下达到最大且显著高于其他处理;Pb胁迫对叶绿素a/b有抑制作用,且不同Pb胁迫处理间两两无显著差异;Pb胁迫处理对类芦叶片基础荧光F0、最大荧光Fm及可变荧光Fv均有促进作用,随着Pb胁迫浓度的增大呈先增大后减小的趋势;Pb500处理对类芦的PSⅡ潜在的光化学活性Fv/F0有抑制作用;Pb胁迫处理对类芦PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm无显著影响。(6)随着Pb胁迫浓度的增加,类芦叶片的POD、SOD、CAT活性均呈逐渐降低的趋势,MDA含量呈逐渐增加的趋势;Pb胁迫条件下,类芦根际土壤酶活性均大于非根际土壤酶活性;Pb250处理对类芦生长土壤的过氧化氢酶活性有促进作用,Pb500处理对类芦生长土壤的脲酶活性有促进作用,Pb胁迫对类芦生长土壤的酸性磷酸酶活性有抑制作用。(7)随着Pb胁迫浓度的增加,类芦根系及地上部分Pb含量逐渐增加,地上部分Pb含量远大于根系Pb含量,在Pb750处理时类芦地上部分Pb含量最大值为140mg·kg-1,并未达到富集植物含量。(8)Cd胁迫对类芦株高的生长具有抑制作用,但随着胁迫浓度的增加呈逐渐减小的趋势;Cd胁迫的各时期,Cd25处理对类芦最大叶长及叶片数生长均有促进作用,其他Cd处理则均有抑制作用;Cd胁迫初期对类芦最大叶宽有显著抑制作用,随着胁迫时间的增加,抑制作用逐渐减小;随Cd胁迫浓度的增加,类芦的根长及根表面积均呈逐渐减少的趋势,根体积呈先增大后减小的趋势,Cd胁迫处理对类芦的根平均直径有促进作用;随着Cd胁迫浓度的增加,类芦的地上部分生物量、根生物量及全株生物量均呈逐渐减少的趋势。(9)Cd胁迫处理对类芦叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b均有促进作用,且均显著高于对照;对叶绿素a/b有抑制作用,在Cd25处理下达到最小,且显著小于其他处理;Cd胁迫处理对类芦叶片的基础荧光F0、最大荧光Fm、可变荧光Fv及PSⅡ最大光化学效率Fv/Fm均有促进作用,对PSⅡ潜在的光化学活性Fv/F0无显著影响。(10)随Cd胁迫浓度的增加,类芦叶片的POD、SOD、CAT活性均呈逐渐降低的趋势,MDA含量呈逐渐增加的趋势;随Cd胁迫浓度的增加,类芦根际土壤酶活性均大于非根际土壤酶活性,根际土壤的过氧化氢酶、酸性磷酸酶及脲酶活性均呈逐渐降低的趋势。(11)随着Cd胁迫浓度的增加,类芦根系及地上部分Cd含量逐渐增加,地上部分Cd含量远大于根系Cd含量,在Cd100处理时类芦地上部分Cd含量最大值为29.20mg·kg-1,并未达到富集植物含量。综上所述,类芦主要通过根的伸长及增粗、地上部分生物量及分蘖能力的改善、叶绿素含量、叶绿素基础荧光F0、最大荧光Fm、可变荧光Fv及PSⅡ潜在光化学活性的提高等途径来适应土壤酸胁迫;类芦主要通过根的伸长形成更强大的根网来避免Pb胁迫、提高叶绿素含量、叶绿素基础荧光F0、最大荧光Fm、可变荧光Fv及PSⅡ潜在的光化学活性、增加类芦地上部分生物量,将土壤中的重金属转移到地上部分,以减弱重金属对根系的伤害,由此来适应环境重金属胁迫。