三峡库区消落带水淹结束后狗牙根的光合生理生态特性

淹水后植物在陆生环境合成和储存碳水化合物的能力及对水淹的耐受机理,是消落带植被恢复和重建中植物材料选择的重要理论依据。狗牙根为三峡库区消落带适生植物之一。本文按照海拔,将消落带分为深水淹没、浅水淹没和未淹3个区段,并分期测定各区段狗牙根的光合特性,研究三峡库区消落带水淹结束后狗牙根的光合生理生态特性。结果表明:(1)生长在深水(22~27 m)和浅水(2~7 m)淹没区段狗牙根的净光合速率显著高于未淹区段,且浅水淹没区段深水淹没区段未淹对照区段。(2)随着狗牙根在陆生环境中生活时间的延长,净光合速率、表观光能利用效率、表观CO2利用效率等增加,表明狗牙根在淹水后碳水化合物的合成能力增强。(3)深水淹没区段和浅水淹没区段狗牙根的最大光合速率、表观量子利用效率均高于未淹区段,而光补偿点显著降低,反映出在淹水后狗牙根对弱光的利用能力得以提高。(4)狗牙根的净光合速率受气孔因素和非气孔因素共同影响,淹水对狗牙根光合潜力的发挥具有一定的激发作用。淹水和干旱胁迫后积极的自我调节能力和光合补偿机制,可能是狗牙根适生于三峡库区消落带水陆变化生境的重要原因。     

不同水分处理和密度配置对牛鞭草与狗牙根生长与种间竞争的影响

为合理利用三峡库区消落带优良草本植物进行退化植被恢复,并探索恢复过程中草本植物的最佳混植比例,选取三峡库区消落带适生先锋草本植物牛鞭草(Hemarthria compressa)(H)和狗牙根(Cynodon dactylon)(C)为研究材料,于2016年4月29日在盆栽控制条件下设置3种不同水分条件(对照组——CK组、浅淹组——SF组、全淹组——TF组)、7种配置比例,每盆牛鞭草与狗牙根株数分别按2株进行递增与递减,具体的配比分别为H0C12,H2C10,H4C8,H6C6,H8C4,H10C2、H12C0,比较研究混植条件下牛鞭草与狗牙根在水淹环境中的生长及二者的竞争作用。研究发现:(1)无论在单植还是二者混植条件下,水分胁迫均显著降低狗牙根与牛鞭草生物量,且牛鞭草对水淹胁迫的响应更敏感;(2)狗牙根和牛鞭草的生长均具有明显的密度制约效应,但狗牙根的反应更为强烈;(3)不同水分与密度条件下,混植体系总相对生物量均大于1。在CK组,狗牙根与牛鞭草表现出竞争关系;在SF组和TF组,二者之间的竞争作用减小,表现出一定的促进作用。综合分析本试验不同水分与密度条件下牛鞭草与狗牙根的总生物量、根冠比、竞争系数(相对总生物量),发现常规供水处理下牛鞭草和狗牙根的最佳配置比例为H2C10,而浅水淹和深水淹处理下最佳配置比例为H8C4。研究结果可以为三峡库区消落带不同海拔位草本植被的恢复及管理提供依据,也为生态类型相同或相似地区人工恢复草本植被提供理论参考。     

三峡库区狗牙根对深淹胁迫的生理响应

选取三峡库区自然消落带野生狗牙根(XC)和非消落带野生狗牙根(FC)为研究对象,采用三重复裂区设计试验,主区为两品种,副区为6个不同深度水淹处理(0,1,2,5,10m和15m),分析了各处理植株几种酶活性和碳水化合物含量的变化情况.结果显示:①不同生境狗牙根受深淹胁迫后,丙二醛(MDA)都呈递增趋势,表明狗牙根在深淹胁迫下受到了不同程度的膜脂过氧化伤害,且随胁迫程度的增加受伤害增大.②超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和醇脱氢酶(ADH)活性较对照都有所增加;XC处理POD和SOD的最大值出现在5m深水淹处理,而FC出现在2m深处理,且XC 5米深淹处理GR值较对照和其他处理明显大;各受淹处理地下茎可溶性糖含量和淀粉含量都保持在较高水平.③从抗氧化酶活性和ADH活性的变化规律,以及淹水胁迫下植株的能量代谢情况,初步得出XC与FC都具有一定的耐淹性,且XC较FC具更耐深淹的能力,表明狗牙根作为禾本科植物遗传上具有一定的耐淹性,自然消落带狗牙根因长期生长于水淹胁迫环境,耐淹能力得到了进一步强化.从狗牙根对深淹胁迫的生理响应上,证明狗牙根是宜用于三峡水库消落带植被恢复的物种.     

刈割与水淹对三峡库区消落带优势物种狗牙根存活及恢复生长的影响

三峡库区消落带蓄水期间植物腐烂分解释放的养分会增加库区的富营养化风险,水淹前刈割是消减水体污染风险的有效方式之一,但刈割对库区消落带适生植物恢复生长的影响尚不清楚。为探究三峡库区消落带适生植物对水淹和刈割胁迫的耐受情况,选取消落带适生植物狗牙根为研究对象,设置对照(CK)、浅淹(SF)、浅淹-对照(SFK)、全淹(TF)、全淹-对照(TFK)5种水淹处理和不刈割(NC)、留茬30 cm(S30)、留茬20 cm(S20)、留茬10 cm(S10)4个刈割强度,研究不同水淹和刈割处理对狗牙根存活、生长和光合特征的影响。结果表明：(1)狗牙根在不同水淹和刈割处理下整体可保持较高的存活率(≥83.3%)。(2)刈割和水淹处理对狗牙根的形态生长和生物量分配均存在显著影响。与对照相比,SF组狗牙根的根长、基径和生物量显著降低,TF组狗牙根的株高、基径、根长和生物量显著降低,但是SFK和TFK处理(脱离水淹胁迫)相比SF和TF组却显著增长。(3)刈割和水淹处理对狗牙根的光合速率影响显著,其中SF组狗牙根的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Ci)显著降低,TF处理叶片全部凋落无光合作用...     

四种水库消落带植物对水淹环境的适应性研究

研究了百花湖消落带四种优势植物双穗雀稗(Paspalum distichum)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)、牛鞭草(Hemarthria altissima)和狗牙根(Cynodon dactylon)在模拟水淹环境下的生长指标和叶绿素含量,以期了解其对水淹环境的适应特征。结果表明:1) 水淹条件下,双穗雀稗、空心莲子草和牛鞭草生长加剧,狗牙根生长缓慢,四种植物损失了不适应全淹环境的分枝和叶片。2)双穗雀稗、牛鞭草和狗牙根表现为茎的生长,空心莲子草表现为茎和分枝的生长。植株顶端冒出水面后,双穗雀稗、空心莲子草和牛鞭草叶的生长加剧。3)四种植物的叶绿素a、b的含量降低,叶绿素b降低比叶绿素a更显著,叶绿素a/b值显著升高。植株顶端冒出水面后,双穗雀稗、空心莲子草和牛鞭草叶绿素a、b含量显著升高,叶绿素a/b值显著降低。4)经过不断地适应和进化后,四种植物能更好地适应水淹环境。     

水淹对狗牙根营养繁殖植株的生理生态学效应

通过控制实验,测定了经过水淹处理的狗牙根营养繁殖体在恢复阶段的光合作用及其相关的生理生化指标的变化。结果显示,水淹时间对恢复阶段营养繁殖体的蒸腾作用和叶片温度的影响达到显著水平,水淹深度对该时期营养繁殖体的光合作用、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶片温度有显著影响。水淹还导致了恢复期间植株叶片光合色素含量的显著变化。经过水淹的植株的各类光合色素含量以及色素总含量都显著高于对照植株,其中全淹处理的植株显著高于半淹处理的植株,叶绿素a与叶绿素b的比例也是全淹处理的植株显著高于半淹处理的植株。结果表明狗牙根营养繁殖体具有较强的恢复生长和生理活动的能力,是一种适宜于水电工程库区消落带生态恢复的物种。     

三峡库区消落区几种两栖植物的适生性评价

根据三峡库区消落区的环境特征,两年间通过在库区消落区山地实验基地的种植及实地淹没试验,对几种备选用于生态修复的两栖植物进行适生性评价筛选研究.结果表明:狗牙根(Cynodon dactylon)、野地瓜藤(Ficus tikoua)、尼泊尔蓼(Polygonum nepalense )、水花生( Alternanthera philoxeroides)、百喜草(Paspalum Notatum )、香根草(Vetiveria zizanioides)、苏丹草(Sorghum sudanense)在100～150d的低水位出露期内均可完成生长、发育成熟过程,可作为消落区生态恢复的备选物种.其中,苏丹草可作为速生物种,能迅速恢复水位下降后消落区的植被覆盖率;复合群落在生长期间比单一种群提前5～10d完成对地表的覆盖,群落的稳定性、耐淤积性及抗干扰性较强,次年的萌发也更好,有利于构建稳定的生态系统;狗牙根、尼泊尔蓼和野地瓜藤根系生长良好,其中狗牙根在一个生长季内根系最长可达75cm, 有利于消落区控制水土流失;在自然水淹最深为15m,淹没时间6d的情况下,复合群落组植物、尼泊尔蓼、野地瓜藤、狗牙根和苏丹草的植物均能短期耐水淹和淤泥,水花生则是在水淹较深处能够生长良好;180d水下1.0～1.5m的连续淹水实验结果表明,狗牙根和野地瓜藤的耐淹性较强,经过长达半年的淹水过程能够成活,并在次年自然萌发;同时5～25m的深部淹水实验表明,随着深度增加,狗牙根的落叶率逐步提高,在180d的淹没后能够成活,并在次年自然萌发,可作为构建消落区生态系统的两栖植物物种.     

EFFECTS OF LONG-TERM SUBMERGENCE ON SURVIVAL AND RECOVERY GROWTH OF FOUR RIPARIAN PLANT SPECIES IN THREE GORGES RESERVOIR REGION, CHINA

 地瓜藤(Ficus tikoua)、荻(Triarrhena sacchariflora)、牛鞭草(Hemarthria altissima)和狗牙根(Cynodon dactylon)是三峡库区常见的岸生植物, 自然分布于河岸带不同垂直高程的地段。为了明确它们在成库后“三峡库区消落区”长期完全水淹条件下的存活和生长情况, 实验设置对照(不进行水淹, 常规供水管理)和完全水淹两个处理, 30、60、90、120、150和180 d 6个水淹时间水平, 研究了4种植物在完全水淹条件下的存活、生物量变化和恢复生长。结果发现: 1) 4种植物在完全水淹条件下的存活率与其在河岸带上的垂直分布高程密切相关。分布于距江面高程较高的河岸段的地瓜藤植株, 在全淹30 d后就全部死亡; 分布在中高程河岸段的荻在全淹150和180 d后全部死亡; 可以分布于低高程河岸段的牛鞭草和狗牙根, 淹没180 d后存活率分别为90%和100%。2)全淹抑制了荻、牛鞭草和狗牙根的生长, 总生物量增量显著低于对照植株。与水淹0 d相比, 全淹处理植株的地上部分生物量显著降低, 荻在全淹60和120 d后, 地下部分生物量显著降低, 但牛鞭草和狗牙根的地下部分生物量与水淹0 d水平相比无显著差异。3)水淹处理结束后, 存活的荻、牛鞭草和狗牙根植株都能很好地恢复生长。在恢复生长过程中, 全淹30、60和90 d后, 荻、牛鞭草和狗牙根植株的总分枝长相对生长速率与对照植株无显著差异, 全淹120、150和180 d后, 牛鞭草和狗牙根植株的总分枝长相对生长速率显著高于对照植株。全淹处理的荻、牛鞭草和狗牙根植株的总叶片数相对生长速率始终显著高于对照植株。遭受长期完全水淹后, 植株在有限的营养储备条件下, 快速产生叶片以迅速积聚光合产物可能是植物更为优化的恢复生长方式。     

三峡水库蓄水对消涨带植被的初步影响

三峡库区消涨带植被一直受到广泛关注。为了研究水库蓄水对175 m以下消涨带原有植被的潜在影响,2008年8月在三峡大坝上游长江干流从巴南到秭归12个监测点,设立68个5 m×5 m永久监测样方,比较被水淹过的156 m以下与当时尚未水淹的156～175 m地段植被物种组分、物种多样性和草本层生物量的差异。结果表明：被水淹过与尚未水淹的植被物种组分存在显著差异,DCA可以将二者明显分开,156 m以上尚未水淹的植被以灌丛为主;156 m以下被水淹过的植被以草丛为主,优势种包括多年生草本：狗牙根（Cynodon dactylon）、牛鞭草（Hemarthria altissima）和硬秆子草（Capillipedium assimile）;一年生草本：狗尾草（Setaria viridis）、毛马唐（Digitaria ciliaris）和千金子（Leptochloa chinensis）。木本植物基本死亡,只有枫杨（Pterocarya stenoptera）、牡荆（Vitex negundo）和地瓜（Ficus tikoua）存活。此外,被水淹过的植被中灌木物种数比例显著降低,而一年生草本物种数比例显著增加。被水淹过和尚未水淹植被的物种多样性也存在显著差异,被水淹过植被物种总数、灌木和多年生草本物种数显著低于尚未被水淹过的植被,但一年生草本物种数没有显著差异。被水淹过的植被草本层生物量与尚未水淹的植被没有显著差异。可见,水淹显著改变了消涨带原有植被物种组分和物种多样性,但一年生草本物种数和草本层生物量没有显著差异。未来175 m以下的植被中,草本尤其是一年生草本将占据优势。在消涨带植被恢复选择适应水淹生境物种过程中,应分别从植物的生活史、生理学和形态学等角度进行筛选,尤其应重视生活史适应策略植物的应用。被水淹过的156 m以下现有优势草本和存活的灌木可以作为三峡库区未来消涨带植被恢复的备选物种。     

泥沙掩埋和干旱对三峡库区消落带狗牙根生长恢复的影响

三峡库区消落带植物恢复不仅面临长期淹水逆境,还面临泥沙、干旱等环境因素的胁迫。蓄水期后引种三峡库区消落带狗牙根,掩埋于不同粒径和埋深的沉降泥沙,探讨泥沙掩埋、干旱对反季节淹水后狗牙根出苗和生长恢复的影响。结果表明:在埋深≥8cm和粒径1.25 mm条件下消落带狗牙根萌发苗不能穿透覆盖层出苗。泥沙掩埋导致狗牙根出苗率显著降低,随着埋深增加狗牙根出苗率迅速下降;并且在埋深相同的条件下随着粒径减小狗牙根出苗速率呈增大趋势。随着埋深增加和粒径减小处理组株高、叶长的增长显著被抑制,处理组的株高、叶片数、叶长显著低于对照组。随着干旱、泥沙掩埋复合胁迫时间延长狗牙根分株株高、叶片数、叶长、叶宽的生长发育显著被抑制,且随着泥沙粒径减小和埋深增加其光合电子传递速率呈显著降低趋势,热耗散量显著增大。同时,干旱、泥沙掩埋复合胁迫导致处理组分株光合电子传递速率和热耗散能力显著低于对照组,光合作用能力显著降低,易受到夏季高光伤害。因此,三峡库区周年淹水导致狗牙根对泥沙掩埋以及干旱复合胁迫的耐受能力显著降低,在泥沙掩埋以及干旱复合胁迫下消落带狗牙根的生长恢复能力随粒径减小和埋深增加呈显著降低趋势,会导致库区消落带狗牙根种群衰退演替加快。     

Effects of simulated submergence on survival and recovery growth of three species in water fluctuation zone of the Three Gorges reservoir

Paspalum distichum, Cynodon dactylon and Hemarthria altissima distribute widely in natural water fluctuation zone of the Three Gorges region. To investigate whether they are suitable for growing in the artificial water fluctuation zone, which has longer submergence time and different submergence rhythm, of the Three Gorges reservoir, three complete submergence depths (0.5, 1 and 2 m) were conducted for about 6 months (from 12 November 2007 to 30 April 2008), and the survival and recovery growth of the three species were recorded after re-emergence for two weeks. The three species could start recovery growth within one week and more than 50% plants could survive. Among the three species, P. distichum had the largest increments in branch number and maximum stem length, and the smallest root shoot ratio. C. dactylon, however, had the smallest maximum stem length increment, and its survival and branch number increment were both larger than those of H. altissima. For C. dactylon and H. altissima, the survival and branch number increment significantly increased, while maximum stem length increment tended to decrease when submergence depth went higher. For P. distichum, the survival and the shoot mass were the lowest after 2 m submergence depth, but the other parameters were not different among different submergence treatments. Compared with control plants, submergence increased root shoot ratio of C. dactylon and H. altissima, but did not affect that of P. distichum. These results demonstrated that the three species are submergence-tolerant and can be applied in vegetation reconstruction in water fluctuation zone of the Three Gorges reservoir. Meanwhile, the results also suggested that the three species developed different survival tactics during the long-term submergence.     

Effects of simulated submergence on survival and recovery growth of three species in water fluctuation zone of the Three Gorges reservoir

Paspalum distichum, Cynodon dactylon and Hemarthria altissima distribute widely in natural water fluctuation zone of the Three Gorges region. To investigate whether they are suitable for growing in the artificial water fluctuation zone, which has longer submergence time and different submergence rhythm, of the Three Gorges reservoir, three complete submergence depths (0.5, 1 and 2 m) were conducted for about 6 months (from 12 November 2007 to 30 April 2008), and the survival and recovery growth of the three species were recorded after re-emergence for two weeks. The three species could start recovery growth within one week and more than 50% plants could survive. Among the three species, P. distichum had the largest increments in branch number and maximum stem length, and the smallest root shoot ratio. C. dactylon, however, had the smallest maximum stem length increment, and its survival and branch number increment were both larger than those of H. altissima. For C. dactylon and H. altissima, the survival and branch number increment significantly increased, while maximum stem length increment tended to decrease when submergence depth went higher. For P. distichum, the survival and the shoot mass were the lowest after 2 m submergence depth, but the other parameters were not different among different submergence treatments. Compared with control plants, submergence increased root shoot ratio of C. dactylon and H. altissima, but did not affect that of P. distichum. These results demonstrated that the three species are submergence-tolerant and can be applied in vegetation reconstruction in water fluctuation zone of the Three Gorges reservoir. Meanwhile, the results also suggested that the three species developed different survival tactics during the long-term submergence.     

香根草及其伴生种圆果雀稗光合特性比较研究

在人工控制有效光合辐射增强的条件下,测量了香根草与其伴生种圆果雀稗的光合特性,对比分析两者的光合速率、蒸腾速率、水分利用率和气孔导度对有效光合辐射增强的响应。结果表明,伴生种圆果雀稗的光合能力、蒸腾能力等光合特性都比香根草的强,两者的光合速率、蒸腾速率和气孔导度差异极显著(P<0.01),而圆果雀稗的水分利用率却低于香根草,表明香根草可能因在水分利用中占据优势而成为优势种,圆果雀稗仅为伴生种。     

林下与全光下地枫皮叶片形态和光合特性的比较

测量了林下与全光下地枫皮的叶片形态和光合-光响应曲线,探讨光强对地枫皮的形态和生理特性的影响。结果表明：林下与全光下地枫皮叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和水分利用效率（WUE）对光强的响应趋势均基本一致,但全光下的Pn、Gs和Tr值较高,林下WUE值较高。全光下地枫皮的最大净光合速率、光饱和点和光补偿点均极显著高于林下,但弱光下的量子效率无显著差异;林下地枫皮的叶长、叶宽、干物质重、叶面积和比叶面积等叶片形态参数均极显著大于全光。推断地枫皮为耐阴性较弱的阳生植物,其光合能力和光饱和点较低,是对干旱环境的适应性反应;全光下地枫皮叶片狭小降低了吸光面积,有利于避免过高光强对叶光合器官的损伤。     

三峡水库消落区模拟水淹对4种草本植物生长的影响

通过对狗牙根(Cynodon dactylon)、香附子(Cyperus rotundus)、芦苇(Phragmites australis)和羊茅(Festuca ovina)等4种草本植物在长江实际水域进行模拟水淹试验,水淹深度为5 m、10 m、15 m、20 m和25 m,水淹时间为180 d,出水恢复时间为50 d,观测其水淹期间以及出水后盖度的变化,揭示不同水淹条件对4种试验植物生长的影响,从而进一步探讨每种植物在三峡水库消落区植被修复过程中适宜种植的高程。结果表明:水淹导致植株盖度下降,水淹深度越低盖度下降越显著;出水后,除香附子和芦苇在深度为25 m的处理组不能进行恢复生长外,其余皆能恢复生长,但随着水淹深度的加深,越难恢复至淹前水平;各适生植物在消落区的适宜生存范围和最适生存范围:狗牙根和羊茅,175 m～150 m和175 m～155 m;芦苇,175 m～155 m和175 m～160 m;香附子,175 m～155 m和175 m～165 m。     

不同干旱胁迫下欧李光合及叶绿素荧光参数的响应

采用人为控制土壤含水量的方法对欧李进行轻度和重度干旱的处理,测定叶片的气体交换和叶绿素荧光参数的日变化。结果表明,干旱胁迫下欧李叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度、PSII最大光化学效率、光化学量子效率显著下降,但胞间CO2浓度、非光化学猝灭系数以及叶黄素循脱环氧化状态（Z＋0.5A）/（V＋A＋Z）和Z含量升高。两干旱处理植株的影响程度存在差异。这表明在长时间干旱条件下,欧李叶片光合作用的降低受到气孔与非气孔因素的双重影响,叶黄素循环的启动增加了胁迫条件下的热耗散能力以保护光合机构免受干旱胁迫的进一步伤害。     

三种草坪草的茎、叶解剖结构及其坪用性状

利用石蜡片法,对台湾草（Zoysia tenuifoia Willd.ex Trin.)、海雀稗（Paspalum vaginatum Sw.）、狗牙根[Cnodon dactylon(L.)Pers．]三种细叶暖季型草坪草的叶片有茎的解剖结构进行了研究。结果表明：叶片及茎的解剖结构与植物的耐旱性、耐践踏性和弹性等坪用特性有着密切联系。三种植物中,台湾草因叶片表皮细胞、泡状细胞、维管束鞘、机械组织有茎中纤维带的特征,而在耐旱性、耐踏踏性和弹性等坪用特性上表现出优于其他二种草坪草;狗牙根的耐旱性较强,耐踏踏性和弹性一般,海雀稗则在这几项坪用特征上均较弱。