水淹对三峡库区岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)存活和恢复生长的影响

植物在水淹后的存活和恢复生长状况可以衡量其对水淹的耐受能力,为了解三峡库区岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)的水淹耐受能力,研究了长期水淹条件下秋华柳植株的存活和恢复生长状况.实验设置了3个水淹深度:对照,水淹根部(植株置于水中,仅地下部分被淹没)和水淹2m(植株置于水中,顶部距水面2m),6个水淹时间:20d,40d,60d,90d,120d和180d.研究结果表明:(1)水淹对秋华柳植株存活率的影响较小.水淹根部处理的植株在水淹180d后,存活率仍为100%,水淹2m处理的植株在水淹120d后,存活率也为100%,直到180d后,存活率才下降为0.(2)水淹后,秋华柳植株仍然可以进行恢复生长,表现出很强的恢复生长能力,但因水淹处理的不同,其恢复生长存在差异.随着水淹时间的延长,秋华柳植株出水后到开始恢复生长之前所需的时间增加,但所有水淹处理的植株在水淹结束后一周内都可以开始恢复生长.在相同水淹时间处理下,水淹处理的秋华柳植株在恢复生长期间的相对生长速率都高于对照植株,水淹40d,60d,90d后,水淹2m的秋华柳植株分别比对照植株高57.8%,143.4%,130.4%.水淹结束时,秋华柳地上部分生物量随水淹深度的不同而不同,水淹根部处理的植株几乎与对照植株无显著差异,水淹2m处理的植株都低于对照植株.水淹结束后,不同处理的秋华柳植株生长2个月后的地上部分生物量与其在水淹结束时不同处理植株地上部分生物量的变化趋势相似.本研究表明,秋华柳在长时间的水淹后具有很高的存活率,并可以进行很好的恢复生长,表现出较强的水淹耐受能力,可以考虑将其应用于三峡库区消落区的植被构建.     

冬季水淹对秋华柳的开花物候及繁殖分配的影响

开花物候及繁殖分配是植物适应环境的重要因素,为了解长期冬季水淹对三峡库区耐淹物种秋华柳(Salix variegata Franch.)繁殖的影响,研究了长期冬季水淹条件下秋华柳的开花物候和繁殖分配情况。实验在2006年11月份设置了如下处理:对照,完全水淹(植株置于水中,顶部距水面2m)30,60,90,120d和150d。结果表明:(1)对照及各水淹处理的秋华柳花期都较长,在7-11月份持续开花,个体开花进程(开花振幅曲线)呈单峰曲线。(2)冬季水淹对秋华柳群体及个体的开花物候有显著影响。水淹时间越长,始花期越晚,花期持续时间越短(P0.05)。(3)长期冬季水淹下,秋华柳显著降低了繁殖分配比例和全株生物量及单株花序数(P0.05)。(4)开花物候指数与繁殖分配的相关分析表明:始花时间越晚的个体,花期持续时间越短。花期持续时间越短的个体花序数越少,致使繁殖分配越小。总的来说,冬季水淹下,秋华柳通过推迟开花日期、缩短花期持续时间使繁殖分配比例降低,将更多的资源分配到生存力上,是秋华柳对长期冬季水淹的一种适应。同时,在长期冬季水淹后,秋华柳仍保持一定的开花繁殖能力,是其在应用于三峡水库消落区植被构建后产生后代延续种群的前提条件。     

三峡库区岸生植物野古草(Arundinella anomala Steud.)光合作用对水淹的响应

为了阐明水淹对三峡库区岸生植物野古草光合作用的影响,模拟了三峡库区消落带水淹发生情况,考察了在不同水淹处理下野古草(Arundinella anomalaSteud.)的光合及叶绿素荧光特性。实验设置了对照(不进行水淹,常规供水管理)、半淹(植株置于水中,植株地上部分一半被淹没)、水下0.5m(植株置于水中,植株顶部在水面下0.5m)、水下2m(植株置于水中,植株顶部在水面下2m)4个不同的水淹深度和02、0、40d和60d等4个不同的水淹时间处理,测定了在不同水淹深度和水淹时间处理下野古草的净光合速率、总叶绿素含量、PSⅡ的最大光化学效率、电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率与羧化效率。结果发现,在水淹前期,水淹对野古草的光合特性影响较小,直到水淹60d后,才对野古草的光合特性产生明显影响,且影响程度随水淹深度的不同而不同。野古草在水淹20d和水淹40d后,各水淹处理的净光合速率与对照相比无明显降低,其中水淹20d后,半淹处理的野古草叶片净光合速率比对照还高出16.1%。水淹60d后,水下0.5m和水下2m的净光合速率显著低于对照和半淹,其净光合速率分别为7.51μmol.m-2.s-1和9.15μmol.m-2.s-1。结果表明,水淹20d和40d对野古草的电子传递速率、表观量子效率和羧化效率没有影响。水淹处理60d后,与对照植株相比,半淹处理植株的电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率没有明显变化,但水下0.5m和水下2m处理植株的电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率有明显降低。在整个实验期间,半淹处理植株的净光合速率、电子传递速率、表观量子效率和羧化效率没有受到任何不利影响。尽管在水淹60d后水下0.5m和水下2m处理植株的净光合速率、电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率降低,但降低后的数值仍不低于甚至高于一些自然生长的未受水淹的植物物种。研究表明,野古草对水淹具有很好的耐受能力,是一种可以用于三峡库区消落区植被构建的优良植物物种。     

三峡库区岸生植物野古草(Arundinella anomala Steud.)光合作用对水淹的响应

为了阐明水淹对三峡库区岸生植物野古草光合作用的影响,模拟了三峡库区消落带水淹发生情况,考察了在不同水淹处理下野古草(Arundinella anomala Steud.)的光合及叶绿素荧光特性。实验设置了对照 (不进行水淹,常规供水管理)、半淹 (植株置于水中,植株地上部分一半被淹没)、水下0.5m (植株置于水中,植株顶部在水面下0.5m)、水下2m (植株置于水中,植株顶部在水面下2m) 4个不同的水淹深度和0、20、40d和60d等 4个不同的水淹时间处理,测定了在不同水淹深度和水淹时间处理下野古草的净光合速率、总叶绿素含量、PSⅡ的最大光化学效率、电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率与羧化效率。结果发现,在水淹前期,水淹对野古草的光合特性影响较小,直到水淹60d后,才对野古草的光合特性产生明显影响,且影响程度随水淹深度的不同而不同。野古草在水淹20d和水淹40d后,各水淹处理的净光合速率与对照相比无明显降低,其中水淹20d后,半淹处理的野古草叶片净光合速率比对照还高出16.1%。水淹60d后,水下0.5m和水下2m的净光合速率显著低于对照和半淹,其净光合速率分别为7.51μmol•m－2•s－1和9.15μmol•m－2•s－1。结果表明,水淹20d和40d对野古草的电子传递速率、表观量子效率和羧化效率没有影响。水淹处理60d后,与对照植株相比,半淹处理植株的电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率没有明显变化,但水下0.5m和水下2m处理植株的电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率有明显降低。 在整个实验期间,半淹处理植株的净光合速率、电子传递速率、表观量子效率和羧化效率没有受到任何不利影响。尽管在水淹60d后水下0.5m和水下2m处理植株的净光合速率、电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率降低,但降低后的数值仍不低于甚至高于一些自然生长的未受水淹的植物物种。研究表明,野古草对水淹具有很好的耐受能力,是一种可以用于三峡库区消落区植被构建的优良植物物种。     

水淹对三峡库区两种岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)和野古草(Arundinella anomala Steud.)水下光合的影响

为了阐明水淹对三峡库区岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)和野古草(Arundinella anomala Steud.)水下光合作用的影响,模拟三峡库区消落带水淹发生情况,考察了在不同水淹处理下秋华柳和野古草的水下光合.实验设置了对照(不进行水淹,常规供水管理)和2m深度水淹(植株置于水中,植株顶部在水面下2 m)2个不同的水淹深度和5、15、20、40 d和60 d等5个不同的水淹时间处理,采用Chlorolab-2液相氧电极(英国Hansatech公司生产)测定了在不同水淹时间和水淹深度处理下秋华柳和野古草的水下光合作用.实验结果表明: (1) 水淹60d后,秋华柳和野古草的存活率均为100%,而典型的陆生植物香樟和马唐分别在水淹40d和15d后全部死亡.(2) 在相同的水淹时间和水淹深度下,秋华柳和野古草的水下光合速率(放氧速率)显著高于典型的陆生植物(香樟(Cinnamomum camphora(L.) Presl.)和马唐(Digitaria sanguinalis (L.)Scop.)) (3) 在长期水淹的条件下,秋华柳和野古草仍具有水下光合的能力.在水淹60 d后,水淹2 m的秋华柳和野古草植株的水下放氧速率显著低于对照植株的水下放氧速率,但仍具有水下光合的能力,其水下光合速率分别为0.202 μmol · m-2 · s-1和0.139 μmol · m-2 · s-1.同时,研究也表明在水淹40 d和60 d后,秋华柳表现出比野古草强的水下光合能力.研究表明,秋华柳和野古草在存活率和水下光合方面对长期水淹表现出良好的适应性,是可以用于三峡库区消落区植被构建的优良植物物种.     

三峡库区消落带不同水淹强度下池杉与落羽杉的光合生理特性

为探究三峡库区消落带原位人工种植的池杉(Taxodium ascendens)和落羽杉(Taxodium distichum)在该特殊生境下的适应机制,设置了浅淹(SS,海拔175m,对照)、中度水淹(MS,海拔170m)和深度水淹(DS,海拔165m)3个水淹处理组,测定了两树种在连续4个周期性水淹处理后的光合响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型进行拟合,比较各模型拟合结果差异并选出最优模型,通过最优模型来分析水淹后落干期两树种的光合生理变化。结果表明:(1)不同模型间的光响应曲线拟合结果存在差异(P0.05)。综合分析可知,4种模型中,指数模型是拟合两树种光响应曲线的最优模型,更符合植物的生理学意义。(2)两树种的光响应曲线有相似的变化规律,光合速率(P_n)的表现均为DS组MS组SS组。(3)中度水淹和深度水淹两树种的最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)均高于浅淹,而光补偿点(LCP)则显著降低。以上结果说明落干生长期两树种对强光和弱光的利用能力增强,水淹对两树种的光合潜力有一定的促进作用,这可能与其遭受水淹胁迫后的自我调节能力和光合补偿机制有关。由此表明,当生境发生不良变化时,植物的适应性变化往往表现为沿着有利于光合作用最大化的方向发展。     

水淹生境下秋华柳对镉污染土壤研究修复能力

以耐水淹和耐重金属的秋华柳（Salix variegata）作为试验材料,从土壤角度出发,探究秋华柳在水淹条件下对镉污染土壤的修复能力。设置无植物和种植秋华柳两个处理组,分别对两组设置两个水分处理组：正常供水组（CK）及土壤水淹组（FL）,4个镉浓度处理组：对照组（0 mg/kg）、低浓度（0.5 mg/kg）、中浓度（2 mg/kg）及高浓度（10 mg/kg）。分别于处理后的第30天和第60天对各处理组的土壤和水淹组水样进行取样。试验结果表明：（1）镉处理浓度越高,土壤中镉活性态浓度越高,生物毒性越强。（2）水淹显著降低土壤活性态Cd浓度（P < 0.05）,增大土壤修复难度。（3）种植秋华柳对30d土壤Cd全量及各形态镉浓度均无显著影响（P > 0.05）;对第60天正常供水和水淹组土壤中交换态、碳酸盐结合态的镉浓度以及60d水淹组土壤Cd全量均有显著影响（P < 0.05）。（4）秋华柳种植显著降低土壤Cd迁移系数,30d正常供水组、水淹组以及60d正常供水组和水淹组平均降幅分别为2.0%、4.12%、9.71%、9.32%。处理时间过短和试验用苗生物量小可能是秋华柳对土壤全量Cd影响不大的主要原因,但秋华柳均显著降低正常供水和水淹组土壤迁移系数且二组降幅差异不大。研究表明：水淹生境下,秋华柳对Cd污染的土壤仍有较好的修复能力。     

水淹条件下秋华柳亚细胞中镉的分配特征

选取秋华柳(Salix variegata)扦插苗为研究对象,通过设置0、0.5、2、10 mg/kg 4个镉胁迫浓度,研究了水淹条件下秋华柳根、枝、叶亚细胞中镉的分配特征。结果表明:(1)试验各处理组秋华柳存活率均为100%,表现出良好的镉和水淹耐受能力。(2)与对照相比,在水淹条件下,各处理组秋华柳根、枝和叶的细胞壁仍是镉最主要的富集部位。各处理组植株细胞壁中的镉含量显著高于其他组分,质体中镉含量次之,细胞核和线粒体组分中的镉含量始终处于较低水平。(3)水淹显著提高了秋华柳根细胞壁中的镉含量,显著降低了高浓度镉处理(10 mg/kg)下萌枝细胞壁中的镉含量,但对叶细胞壁中的镉含量没有显著影响。(4)水淹显著提高了秋华柳根细胞中质体中的镉含量,对萌枝、叶细胞质体中的镉含量没有显著影响。研究证明,水淹条件下,秋华柳根枝叶细胞壁仍然是镉积累富集的最主要部位,从而减少了重金属对植物细胞的伤害。秋华柳适用于三峡消落带镉污染区域的植物修复。     

水淹生境下秋华柳对Cd污染土壤微生物数量及酶活性的影响

三峡库区消落带面临水淹及Cd污染双重胁迫,为探究秋华柳(Salix variegata Franch.)在水淹条件下对Cd污染土壤的修复能力,以秋华柳扦插苗为试验材料,设置正常供水(CK)和水淹组(FL)两个水分处理方式,4个Cd浓度梯度:对照组(0mg/kg)、低浓度(0.5mg/kg)、中浓度(2mg/kg)及高浓度(10mg/kg),分别对处理60 d和120 d的土壤微生物数量及酶活性变化特征进行研究。试验结果表明:(1)Cd浓度处理均未显著影响土壤微生物数量(P0.05),水淹显著降低处理60 d土壤细菌数、真菌数及处理120 d的土壤放线菌数及真菌数(P0.05)。(2)种植秋华柳显著提高处理60 d土壤细菌数量(P0.05),对土壤放线菌、真菌数量也有一定提升。(3)Cd浓度处理显著影响处理60 d土壤磷酸酶活性及处理120 d脲酶活性(P0.05),水淹显著降低处理60 d土壤磷酸酶活性及处理120 d脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性(P0.05)。(4)正常供水及水淹条件下,种植秋华柳对土壤酶活均有一定改善作用。种植秋华柳显著提高了处理60 d土壤磷酸酶活性以及处理120 d脲酶和蔗糖酶活性(P0.05)。研究结果表明:水淹生境中,秋华柳对Cd污染土壤微生物数量及酶活性具有改善作用,在Cd污染土壤修复方面有一定应用前景。     

三峡库区消落带土壤水分变化条件下池杉幼苗光合生理响应的模拟研究

三峡水库为了长期保持绝大部分有效库容, 采取/ 冬蓄夏排0的水库运行方式。在每年汛期(6-9 月), 将库区水位降至 145m; 而在汛期后, 将库区水位升至 175m。这种水库调度方式, 使得水位落差达 30m, 由此形成的消落带长度在2000km 以上, 面积达 298km2[ 1]。三峡库区因水位周期性常年变化, 使得消落带土壤含水量呈现出一年中从干旱状态到全水淹状态的一系列梯度性变化, 由此引起对消落带植被体系的建设和保护难度加大。消落带土壤含水量的这种梯度性变化 势必 影响 到适 生造 林 树种 池杉 ( Taxodium ascendensBrongn.) 的生长发育及其生理生态学特性, 尤其是该树种的光合特性。国内外对池杉树种已经开展了一些研究, 主要集中在生物学特性[2]、 生长量和产量[ 3]、 造林密度[ 4]、 木材物理学性质[5]等方面, 但缺乏从生理生态学角度对池杉树种更深层次生命机理的认识。对于不同土壤水分条件特别是三峡库区消落带土壤水分变化条件下池杉树种的光合生理生态学特性却鲜有报道。     

三峡库区两种耐水淹植物的存活率和碳水化合物储备关系

野古草和秋花柳是三峡库区消落带两种强水淹耐受能力的植物物种。以往研究显示植物的水淹耐受性和体内碳水化合物储备有关。为了探明野古草和秋花柳水淹下的高存活率是否和碳水化合物储备有关, 研究了在室外6个月的模拟水淹条件下两个物种在不同水淹时间(40、90、120和180d)和不同水淹深度下(不水淹、根部水淹和完全淹没)的生物量积累、存活率和碳水化合物含量和分布。结果表明: (1)野古草和秋花柳对长期水淹具有很高的耐受性, 根部水淹植物6个月处理后完全存活; 而完全淹没条件下, 野古草仅在4个月, 秋花柳仅在6个月处理后才开始死亡; (2)碳水化合物主要储备在野古草的茎和秋花柳的茎与主根中, 野古草的根和秋华柳的细根中碳水化合物含量很低; (3)水淹深度和水淹时间对植物生物量积累和碳水化合物含量影响显著(P 0.05):与未水淹植株相比, 根部水淹仅略微降低了生物量积累以及可溶性糖和淀粉含量 (P 0.05), 且保持基本稳定或增加的趋势, 而完全淹没的植株生物量随水淹时间逐渐降低, 碳水化合物含量在前90天快速下降 (P 0.05), 之后缓慢下降或保持不变。研究结果表明, 野古草和秋花柳强的水淹耐受性是和它们高的碳水化合物储备以及水淹条件下对碳水化合物的动用能力有关, 后期的死亡率增加与碳水化合物储备消耗殆尽有关, 野古草和秋花柳对碳水化合物储备对水淹的响应的差异可能和它们的碳水化合物储备在不同组织中的分配模式有关。       

外源乙烯和醎萘乙酸对三峡库区岸生植物野古草和秋华柳茎通气组织形成的影响

 为了探究乙烯和α-萘乙酸(α-NAA)是否是水淹环境条件下植物体内通气组织形成的直接原因,对三峡库区岸生植物野古草（Arundinella anomala）和秋华柳（Salix variegata） 在无水淹环境条件下施加乙烯利和α-NAA后茎中通气组织的形成情况进行了研究。实验分3种处理：单独用乙烯利溶液处理（浓度分别为0、250和500 mg●L^－1）、单独用α-NAA溶液处理（浓度分别为0、50和100 mg●L^－1）和二者混合处理（250 mg●L^－1乙烯利溶液 +50 mg●L^－1 α-NAA溶液）。处理5 d后,采用切片法制备其茎中部横切面切片,用E80i Nikon显微镜进行观察,并运用ACT-2U和Simple PCI软件分析野古草和秋华柳茎中通气组织的形成情况。结果显示：在这3种处理条件下,野古草和秋华柳茎中通气组织形成均有明显增强,并且较高浓度的乙烯利溶液促使茎通气组织形成更多,施加的α-NAA浓度越高,形成通气组织的能力越强;混合溶液处理与单独施加250 mg●L^－1乙烯利或单独施加50 mg●L^－1 NAA的处理相比,对通气组织形成的增强效应无明显差异。研究表明,在水淹条件下植物体内通气组织的发生与乙烯和生长素含量的增加有直接关系。     

三峡库区消落带立柳(Salix matsudana)生长及营养元素分配特征

立柳因良好的耐淹性常被用于三峡库区消落带的植被重建。为探讨立柳如何通过营养元素的积累和分配来适应库区消落带冬季水淹,于2015年5月对三峡库区消落带植被修复示范基地内3个采样带(175 m,170 m和165 m)中立柳的生长状况以及叶、枝条和根的营养元素含量特征进行分析。结果表明:(1)经过3个水淹周期后,随着水淹强度的增加,立柳的株高、基径和冠幅均受到一定的抑制;但与种植初期相比,3个采样带中立柳的株高、基径和冠幅均显著增加,且生长状态良好。(2)立柳各器官中营养元素含量均处于正常水平,但水淹抑制了根中N、P的积累,促进了Fe和Mn的积累;水淹显著降低了海拔165 m处立柳叶和枝条中Ca含量、枝条和根中Cu和Zn的含量。(3)水淹胁迫导致N、P、K、Mg元素更多地在叶中积累,而Cu和Zn在枝条中大量积累,这有利于退水后植株的光合合成以及恢复生长;Fe、Mn元素在根中大量积累,其对根系正常生理可能造成的干扰值得进一步关注。研究表明,在不同的水淹胁迫梯度下,立柳可针对性地调整其营养元素积累和分配方式,保持植株正常的生长状态,对维护三峡库区消落带生态系统的正常结构和功能具有重要作用。但在库区消落带植被恢复和重建工作中,需加强170 m以下海拔区域立柳生长的监测和研究。