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由于三峡库区消落带水位的周期性变化,消落带土壤水分含量呈现出从干旱到全水淹状态的一系列梯度,以致很多原有植物无法生存,进而给库区消落区造成水土流失、环境污染等一系列问题,这也是三峡水利工程建设带来的最严重的生态问题之一。采取在消落区内人工构建植被是保护三峡库区消落区生态环境的重要措施之一,在人工植被构建过程中,筛选适于在三峡库区消落带这种水分环境复杂多变条件下生长的最佳适生树种则显得尤为重要,是解决三峡库区消落区问题迫切所需的。
本文选取当年生的新银合欢(L. Leucocephal)和香根草(Vetiveria zizanioides)幼苗作为研究对象,通过模拟三峡库区消落带土壤水分变化特征,从形态学和生理生化的角度研究了两种植物在的生理生态适应机制。实验从两个方面模拟三峡库区消落带土壤水分含量变化规律开展实验:1)模拟三峡库区消落带土壤水分含量的梯度特征,设置了4个处理:常规水分组CK、轻度干旱组T1、水分饱和组T2、水淹组T3 (根淹),研究新银合欢在不同水分梯度下的光合生理生态适应机制,并对其适生性进行综合评价;2)根据三峡库区消落带水位周期性变化特征,设置了常规水分组CK1、持续根淹组CK2和根淹动态变化组A、B、C、D(分别以30d、60d、90d和120d为周期进行水淹—干旱交替处理),对香根草在水淹与干旱交替胁迫下的生长及光合生理响应机制进行了探究和分析,主要研究结果如下:
1)不同土壤水分含量对新银合欢形态特征及光合生理特性的影响
不同水分含量均显著影响新银合欢的生长及光合生理特性。轻度干旱和水淹均导致新银合欢的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及叶绿素含量等各项指标显著下降,使得株高、根、叶的增加量显著减小,严重抑制植株的生长,且水淹的影响程度大于干旱。但是,随着实验时间的延长,两组植株都能够通过调整自身形态结构、生成不定根、改变一系列光合指标等方式来提高自身对环境的适应性,以维持其在水分逆境下的生存,在一定程度上体现了新银合欢的抗旱抗淹能力。此外,综合分析两组植株的受影响程度及适应程度,可知新银合欢的抗旱能力相对较大。而水分饱和条件下的新银合欢植株则与对照基本一致,各项指标综合表现最佳,表现出增益的正向响应机制。综上可知,新银合欢在生长、光合特性及光合色素含量等方面都表现出一定的耐水淹和抗干旱能力,但耐旱性能相对较强,适宜栽植于水分饱和或轻度干旱的土壤环境中,尤其在水分饱和条件下的综合表现最佳,可考虑将其列为三峡库区消落带植被恢复建设的植物物种。
2)土壤水分含量交替变化对香根草形态特征及光合生理特性的影响
干湿交替胁迫对香根草的株高、分孽、根系、叶绿素及光合生理等指标均产生了显著的影响。各组幼苗的株高、净光合速率、气孔导度及叶绿素含量等生理生态学指标均随时间的延长均呈不同幅度的降升交替变化,且交替周期越大,变化幅度越大;而不同组间的各项指标值均随交替周期的增大而减小;但是无论何种变化,各处理组最终又都能逐渐恢复或趋于稳定状态,保持较高的存活率。由此可以说明,香根草对水淹和干旱均具有良好的耐受力和适应性,不仅表现出耐水淹的特点,而且也具备一定的耐旱能力。但是,这种适应性也有一定的限度。在本实验中,120d 处理组的植株各项形态光合指标均低于其他各组,受到的影响程度最大。可见长期的干旱可能影响了植物的恢复生长能力,使其无法弥补水分逆境所造成的伤害。不过对于三峡库区消落带这种生境,香根草还是足以耐受和应对的,可以考虑将其列为构建三峡库区消落带植被的物种之一。