喀斯特地区3种药用植物叶片功能性状对水分和养分的响应研究

摘要

中国西南湿润喀斯特地区，因不合理的开发条件利用，导致植被破坏，土壤侵蚀，石漠化严重，导致岩石逐渐裸露，生境呈现缺土、少水、土被不连续等特征，土地生产力衰退，人民生活贫困。恢复植被是石漠化区生态修复的关键措施。本文以贵州常见的三种药用植物为研究对象，开展药用植物对石漠化区生境特征的响应研究，旨在筛选出适应石漠化区的药用植物用于植被恢复，实现生态与经济双赢。草本植物在短时间内可以覆盖地表防止石漠化恶化，多数藤蔓植物可以利用石漠化岩溶山地有限的水土资源、生长空间和光照资源，均是石漠化山地生态重建的理想植物材料。因此本研究以喀斯特地区常见的草本植物白茅（Imperata cylindrica）、藤本植物葛（Pueraria lobata）和三叶木通（Akebia trifoliata）为研究对象。通过模拟石漠化生境特征，在四周通风的大棚进行盆栽控制实验，设置水分控制实验（设置对照组CK（1d），干旱时间分别为3、4、6、8d为周期反复定量浇水，共5组实验，每组6个重复）和N、P添加实验（设置对照组N0P0，N1P1、N1P2、N1P3、N2P1、N2P2、N2P3、N3P1、N3P2、N3P3，共10组实验，每组6个重复），分别从三种植物叶片的形态性状，解剖性状光合生理性状及叶片 C、N、P、K 的变化几个方面来研究不同水分和养分处理三种植物叶片性状的响应，以期为喀斯特石漠异质性生境植被恢复提供参考依据。研究结果如下： （1）水分处理与叶片解剖功能性状的关系：三种植物叶片解剖结构随着干旱胁迫时间延长（即3d，4d，6d，8d），植物叶片角质层厚度均增厚为：白茅叶片角质层厚度（2.15μm?3.82μm）、三叶木通叶片角质层厚度（1.90μm?3.63μm）、葛叶片角质层（1.15μm?1.98μm）；三叶木通栅栏组织厚度（69.26μm?41.77μm）、海绵组织厚度（54.56μm?34.63μm）和葛栅栏组织厚度（38.07μm?28.54μm）、海绵组织厚度（31.88μm?37.58μm）随干旱时间的延长下降趋势，栅栏组织和海绵组织由松散变得紧实，这都是对干旱的一种适应性变化。 （2）水分利用效率：随着干旱胁迫时间延长，白茅的水分利用效率（1.67 mmol·mol-1?6.87 mmol·mol-1 ）和三叶木通水分利用效率（ 2.67 mmol·mol-1?7.09 mmol·mol-1）呈上升趋势，而葛的水分利用效率（3.38 mmol·mol-1?1.28 mmol·mol-1）则相反，在水分充足的条件下水分效率反而较高。 （3）三种药用植物适宜区分布：根据三种植物在夏季的凋萎时间和土壤凋萎系数，三叶木通因耐旱性最强，均可在全省境内种植栽培；白茅耐旱性次之，除遵义东部及东南部、贵阳市西北部地区均可种植；葛耐旱性最差，除黔南州罗甸中、东、南部，六盘水盘县西南部、毕节市西北区均可栽培种植，最适合分布黔西南望谟、册亨，黔东南州，凯里、麻江、丹寨、雷山、黄平、台江及毕节黔西地区。通过耐旱性综合评价得出三种植物的耐旱性：三叶木通＞白茅＞葛，因此三叶木通可以在水分条件相对较差的区域种植，葛则需要在水分条件较好的区域种植，白茅则介于中间。 （4）通过从N、P及N、P交互作用对三种植物叶片性状影响来看，P添加影响极小，N添加影响最大，N、P交互作用影响大于P添加影响，但效果不佳，所以在喀斯特地区可不考虑给植物添加P。N、P添加对三叶木通形态性状、光合性状及叶片元素含量影响波动最小，对葛的影响相对最大，对N、P添加更为敏感，反映了三叶木通对环境因子的敏感度相对较弱，能更好的适应环境，白茅次之，葛对环境的适应能力最弱。 （5）三种植物现在对N添加的响应表现为：三叶木通>白茅>葛；但对P响应不敏感；我们所实验用土的N含量为1.22±0.12g/kg ，在类似的土壤环境下，低N （50mg/kg左右）水平的添加白茅的综合质量最高叶木通和葛在中N水平（150mg/kg左右）给植物添加最为合适，各种性状变化效果最佳，综合质量也最高。 喀斯特石漠化区，土层浅薄，碎石含量高，土壤养分瘠薄，水分短缺，光照短缺等限制植物生长，通过本实验三种植物叶片对水分、养分处理的性状变化及响应，三叶木通可考虑作为较好的石漠化恢复植物，其次为白茅，最差的为葛。对石漠化区开展适生性、高水分利用效率的筛选具有重要的理论与现实意义。

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