干旱胁迫对岷江上游干旱河谷-山地森林交错带典型植物生理生态的影响

摘要

全球性的气候变暖和人类干扰使得干旱地区缺水现状越来越严重。干旱区土壤养分含量也随着干旱区的扩大越来越低。干旱区与半干旱区不断加剧的水分和养分的缺失将严重限制了植物的生长和更新,如何改善干旱区的植被状况这将是非常严峻的问题。岷江干旱河谷-山地森林交错带是阻止干旱区面积延伸、缓解岷江干旱河谷上延最为重要的地区,同时也是“5.12”汶川特大地震灾害的极重灾区之一,但相对较好的水分和植被条件决定了交错带植被系统的可塑性。了解交错带乡土植物在干旱环境下的适应机制对改善干旱区植被覆盖度具有重要的意义。以岷江上游干旱河谷-山地森林交错带典型植物狗尾草(Setaria viridis)、岷江柏(Cupressus chengiana)、沙棘(Hippophae rhamnoides)和高山柳(Salixparaqplesia)为研究对象,通过一年大棚水分控制实验,从植物生长-光合生理-养分积累和分配入手,系统地研究了4种植物对干旱胁迫的生长适应特征,并试图探讨出4种植物的耐旱性。初步研究结论如下:
　　 干旱胁迫显著影响了4种典型植物的生长。4种植物的株高、基径、叶片数、叶面积、生物量生产随着干旱胁迫程度的增加而降低,但地下部分生物量比例和R/S随着干旱胁迫程度增加而增加。4种植物总生物生产量为:沙棘＞岷江柏＞高山柳＞狗尾草。干旱胁迫也显著降低了狗尾草、沙棘和高山柳比叶面积(SLA)、叶面积率(LAR)。
　　 干旱胁迫显著降低了4种植物叶片光合色素含量及叶绿素a/b、类胡萝卜素和叶绿素的比值和叶片气体交换参数日变化,但叶片光合色素含量在两个干旱胁迫处理之间并无显著差异。重度干旱胁迫显著降低了高山柳叶绿素a/b(Chl a/b)的值,但增加了沙棘Chl a/b的值,而对岷江柏和狗尾草Chl a/b的值并无显著影响。干旱胁迫降低了植物白天的净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci),增加了气孔限制系数(Ls)和水分利用效率(WUEi)。在相对水分较好的条件下植物净光合速率下降可能是因为气孔限制的原因,而在重度干旱胁迫条件下非气孔限制可能是导致光合速率下降的主要原因。
　　 干旱胁迫增加了4种植物叶片游离脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量,增强了细胞膜透性、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性。4种植物叶片相对电导率在相同水分条件下并无明显差异,狗尾草叶片MDA含量在同一干旱胁迫处理下均低于其他3种植物,高山柳叶片MDA含量在同一干旱胁迫处理下均高于其他3种植物,但高山柳叶片Pro含量在同一干旱胁迫处理下均低于其他3种植物。相同水分条件下,狗尾草和沙棘叶片POD活性均明显高于高山柳和岷江柏,沙棘叶片SOD活性均大于其他3种植物。相同干旱胁迫下狗尾草和沙棘叶片CAT活性均明显高于岷江柏和高山柳。
　　 4种植物C、N和P积累随着干旱胁迫的增加而显著降低,C、N和P的分配格局也随之改变,N、P利用效率随着干旱胁迫的增加而增大。相同干旱胁迫处理下,沙棘C、N、P总积累量均大于高山柳和岷江柏。在干旱条件下,沙棘主要受P限制,而其他3种植物主要受N限制。
　　 综合分析表明,干旱胁迫严重影响了岷江上游干旱河谷-山地森林交错带典型植物的生长,改变了生物生产量分配格局,降低了植物光合速率,增强了抗氧化酶活性,降低了植物体内养分含量积累,改变了养分利用效率,不同木本植物的耐旱性为:沙棘＞岷江柏＞高山柳。这些结果表明干旱区的持续扩散将严重影响交错带植物的生长,同时也为交错带植被恢复实践中的物种选择与物种配置提供一定理论依据。