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。     

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。     

三种水库消落带草本植物对完全水淹的适应机制研究

为了解虉草(Phalaris arundinacea)、牛鞭草(Hemarthria altissima)和狗牙根(Cynodon dactylon)3种水库消落带草本植物在完全水淹条件下的生理生态适应机制,对这3种植物的生态指标(枝条、叶和生物量)和生理指标(可溶性糖、淀粉和根系活力)的动态变化特征进行了研究。结果表明：在完全水淹条件下,虉草、牛鞭草和狗牙根都不产生新的枝条,它们通过减少总叶数、总叶长和生物量的方式来适应水淹环境。虉草和狗牙根通过减缓枝条生长速率来适应水淹环境,而牛鞭草则是通过先加快生长后抑制生长来保存活力。虉草、牛鞭草和狗牙根均以少量的碳水化合物(可溶性糖和淀粉)消耗,降低根系活力等方式来适应长期的水淹环境。3种草本植物的水淹耐受能力由大到小依次为狗牙根、虉草、牛鞭草。     

不同水分处理对狗牙根种内相互作用的影响

以狗牙根当年生扦插苗为试验材料,根据库区河岸带水分特征设置4种水分处理方式:水分对照组(CK)、水淹与干旱交替组(FD)、土壤水分饱和组(LF)和全淹组(FL),4种密度方式:对照(1株/盆)、低密度(2株/盆)、中密度(4株/盆)及高密度(12株/盆),探究狗牙根生长及形态响应,并验证胁迫梯度假说。结果表明:(1)狗牙根各生物量随水分胁迫强度的增加显著下降(P0.001);密度处理和二者交互作用显著影响狗牙根叶干重、茎干重、根干重、地上生物量和总生物量(P0.001)。(2)水分处理显著影响狗牙根各形态指标(P0.001);密度和二者交互作用显著影响狗牙根分枝数、总茎长和节间长(P0.001)。(3)CK组和LF组狗牙根生物量相对邻体效应(RNE)均为负值,表明其种内关系为竞争关系。FL组各密度组生物量RNE值均为正值,其种内关系转化为促进关系。(4)中高密度组总茎长RNE值随水分胁迫增加而增大。研究表明:(1)狗牙根对不同的水分胁迫均表现出积极响应,可考虑将狗牙根用于库区河岸带植被重建。(2)随种植密度的增大,狗牙根生长及形态均表现出一定的负面效应。(3)本试验在一定程度上支持胁迫梯度假说,但尚需更多概念模型将其改进完善。     

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。     

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...     

长期水淹条件下香根草(Vetiveria zizanioides)、菖蒲(Acorus calamus)和空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)的存活及生长响应

人工构建三峡库区消落区植被是控制消落区水土流失、保护消落区生态环境的重要措施,选择能够耐受长时间完全水淹的植物物种是该措施实施的关键.为了验证香根草、菖蒲、空心莲子草能否用于消落区植被的构建,实验模拟消落区的长期完全水淹条件,设置30d、60d、90d、120d、150d和180d等6个完全水淹时间水平,研究了3种植物在完全水淹条件下生长、生物量积累及存活状况.结果发现:(1)3种植物在经受长时间的完全水淹后有较高的存活率,180d全淹处理后,香根草、菖蒲和空心莲子草的存活率分别为87.5%、100%和50%.(2)这3种植物有不同的水下生长能力.全淹条件下,香根草生长缓慢,几乎没有产生新的叶片,总叶长也没有显著变化;菖蒲能够持续产生较对照植株更为细长的叶片,空心莲子草只在水淹初期(30d内)能够快速伸长地上部分的枝条,并迅速产生新叶片,但随水淹时间的延长,总枝条长及总叶片数没有再显著增加.(3)与对照植株相比,全淹处理抑制了3种植物总生物量的增加,但对3种植物的地上、地下部分生物量抑制程度不同.全淹条件下,香根草的地上部分和地下部分生物量与水淹0d水平(水淹处理开始前一天,下同)相比无显著变化,根冠比高于对照植株;菖蒲的地上部分生物量随水淹时间延长而降低,但却高于对照植株,地下部分生物量始终低于水淹0d水平,根冠比低于对照植株;空心莲子草的地上部分生物量与水淹0d水平相比无显著差异,但地下部分生物量与水淹0d水平相比大幅降低,根冠比低于对照植株.结果表明,这3种植物都有很强的水淹耐受能力,可应用于三峡库区消落区植被的构建.同时,发现植物对长期完全水淹的耐受能力很大程度上与植株在水下的生长情况及植株的营养储备水平相关,剧烈的水下生长会消耗大量的营养储备,进而造成植株存活率降低.植株在全淹条件下有限的生长能力及丰富的营养储备可能是耐淹物种的重要特征.     

前期水淹对牛鞭草后期干旱胁迫光合生理响应的影响

水淹和干旱是限制植物生长的两种主要环境因子。三峡库区消落带由于其特殊的地形条件和人工水文节律,呈现以年度为周期的“水淹-落干”交替变化的水文变动特征,在消落带生长的植物因此受到水淹和干旱交替胁迫的双重影响。为了探究库区蓄水对消落带植被干旱耐受性的影响,以当年生牛鞭草扦插苗为试验对象,设置对照组(CK)、表土水淹组(SF)、全淹组(TF)、对照-干旱组(CD)、表土水淹-干旱组(SFD)、全淹-干旱组(TFD)6个处理组,研究不同水分处理对牛鞭草光合特性的影响。结果表明:(1)水淹和干旱胁迫均对牛鞭草光合特性造成显著影响;(2)水淹胁迫阶段,与CK组相比,牛鞭草SF和TF组净光合速率、气孔限制值和水分利用效率显著下降,胞间CO_2浓度显著上升;(3)干旱胁迫阶段,牛鞭草CD和SFD组净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率等光合参数显著低于CK组,TFD组净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率等指标与CK组无显著差异;(4)复水阶段,各处理组净光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和蒸腾速率等指标均与CK组无显著差异。研究表明,前期水淹并未增加牛鞭草对后期干旱胁迫的敏感性,牛鞭草对水淹和干旱胁迫均具有较好的耐受性,有助于牛鞭草对库区消落带生境变化的适应性。     

水体溶氧影响陆生植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和牛鞭草(Hemarthria altissima)对完全水淹的耐受力

溶氧是水环境中一个重要的环境因子,为了探讨水中的溶氧含量水平是否会对陆生植物的耐淹能力造成影响,研究了陆生植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和牛鞭草(Hemarthria altissima)在遭受不同溶氧含量水体完全淹没后的生长表现、存活情况和非结构碳水化合物的变化。实验结果表明:(1)水体中的溶氧含量显著影响了处于完全水淹环境中的喜旱莲子草和牛鞭草的存活。受高溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草和牛鞭草主茎的完好程度和存活叶的数量均显著高于遭受低溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草和牛鞭草,喜旱莲子草和牛鞭草在高溶氧水体完全水淹后的生物量比低溶氧水体完全水淹后要高;(2)水体中的溶氧含量显著影响了处于完全水淹环境中的喜旱莲子草和牛鞭草的生长,受高溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草主茎伸长生长和不定根生长显著强于受低溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草,在不定根的生长上牛鞭草也具有同样的表现。(3)高溶氧水环境有利于减小被完全淹没的喜旱莲子草和牛鞭草的碳水化合物消耗,两种植物在受高溶氧完全水淹后体内具有的非结构性碳水化合物含量均比受低溶氧完全水淹后高。(4)喜旱莲子草比牛鞭草能更好地耐受完全水淹,当处于低溶氧完全水淹时表现得更为明显,本研究表明入侵物种喜旱莲子草比本地物种牛鞭草具有更强的环境适应能力和水淹耐受能力。     

狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力

三峡水库周期性水淹结束后,消落带植物积极恢复生长的能力有利于其生存和定居,因此,探究影响植物恢复生长的关键生理生态机制对于消落带生态治理具有重要意义。采用野外采样、对比测定的手段,研究了生长于三峡水库消落带的狗牙根和牛鞭草根系在冬季水淹结束后清除活性氧(ROS)的关键酶活力恢复动态。结果表明:与对照相比,经历水淹的植物恢复初期发生明显氧化胁迫,超氧化歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)均维持了水淹诱导增加的活力水平。两个物种的过氧化氢酶(CAT)在水淹中活力均较低;出露之后后狗牙根CAT趋向于对照水平,牛鞭草CAT活力迅速上升但未到显著水平。水淹结束后24 d各个酶活力均回复到对照水平,表明氧化胁迫已基本消失。消落带位点植物不同酶活力之间表现出显著的相关关系,这可能是植株维持ROS代谢内稳态的表现。     

不同混交比例对杉木和大叶榉幼苗功能性状的影响

了解林木功能性状在不同培育模式下的变异和关联,对揭示林木生态适应性及其生态功能具有重要意义。选取了亚热带地区两种常见人工林树种杉木、大叶榉幼苗为研究对象,设置4种不同栽培模式的盆栽试验：单一杉木（4C）,单一大叶榉（4Z）和杉木、大榉树3种混栽模式（1C3Z、2C2Z、3C1Z）,研究不同混交比例对其叶、茎、根功能性状的影响。结果表明：（1）杉木总叶面积、叶干物质含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度在混栽模式下显著减小,而比叶面积显著增大;根长和比根长在不同处理间无显著差异;叶、茎、根生物量和单株总生物量在混栽模式下显著低于4C处理,不同混栽模式之间差异不显著。（2）大叶榉单叶面积在3C1Z处理下最高,总叶面积随大叶榉在树种组成中所占比例的降低而逐渐增大,比叶面积在不同处理间无显著差异,叶干物质含量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均在2C2Z处理下最大,而瞬时水分利用效率在2C2Z处理下最小;根长在3C1Z处理下显著增大,比根长在不同处理间无显著差异;叶、茎、根生物量和单株总生物量随大叶榉在树种组成中所占比例的降低而逐渐增大。综合来看,杉木和大叶榉混合处理中杉木种间竞争大于种内竞争,而大叶榉相反;随杉木在混栽处理中比例减少,其主要通过增加比叶面积,提高净光合速率,减少茎生物量积累来适应种间竞争关系;而大叶榉随其在混栽处理中比例的减少,显著增加叶面积和根长来提高资源利用率,减少地下资源分配,提高地上茎生物量积累。因此,树种混交比例将显著影响林木功能性状及其生物量积累,选择适宜混交比例对混交林可持续经营具有重要意义。     

煤矸石山不同种植年限香根草生物量分配及异速生长分析

香根草(Vetiveria zizanioides)是一种良好的矿业废弃地生态修复物种,研究其生物量分配和异速生长关系,有助于深入了解香根草在矿区的生存策略与生态功能。该研究以贵州省六盘水市大河煤矿煤矸石山种植年限为4、5、8和15 a的香根草为对象,采用挖掘法和称重法对不同种植年限香根草的器官生物量、分配比例及异速生长关系进行了对比分析。结果表明:(1)随种植年限的增加,根、茎、叶生物量均呈现先增加后减少的趋势,且均在种植年限为5 a时最大,15 a时最小。(2)茎生物量分配比在种植年限15 a时最大(37.3%),叶生物量分配比在种植年限5 a时最大(36.1%),根生物量分配比不随种植年限的增加而发生变化,基本保持在30%左右。(3)种植年限为4、5、8 a时,地上部总生物量与根生物量、叶生物量呈异速生长关系;种植年限为5 a时,叶面积与根、叶生物量呈异速生长关系,与茎生物量呈等速生长关系。不同种植年限间的生物量分配及异速生长关系虽然没有一致规律,但体现了香根草在煤矸石基质中生物量分配的特点,且显示了其特别的生长方式和资源分配策略,为今后香根草在煤矸石山生态治理方面提供了参考依据。     

间作植物和茬口对连作党参生长和品质产量的影响

选择两种茬口(轮作茬、连作茬)和6种植物材料(党参、大蒜、玉米、黄芪、苦参、向日葵),组成党参单作和间作6种种植模式,设置茬口和间作模式两因素田间随机区组试验,通过监测不同生长时期党参的生长指标(蔓长、主根长、主根直径、地下部分鲜干重)、根部产量及品质指标(根部多糖含量、炔苷含量、醇溶性浸出物含量和灰分含量)的变化衡量不同茬口和间作植物对党参连作障碍的缓解效应。结果表明：(1)轮作茬口下党参单作及各间作处理对党参生长、品质和产量的改善效果都较连作茬口下明显,且两茬口下各间作处理的改善效果都较党参单作明显。(2)与向日葵、大蒜和玉米间作处理对两茬口党参的主根长、主根直径、地下部分鲜干重的提升效果比党参单作和其余间作处理(与黄芪、苦参间作)更显著。(3)大蒜和向日葵间作处理能够显著提高两茬口党参根部产量,尤其大蒜表现最优,与其间作的轮作茬和连作茬党参分别较各自对照增产49.92%和22.55%。(4)与大蒜间作能有效提升两茬口党参根部多糖含量、炔苷含量和醇溶性浸出物的含量,党参单作和其余间作处理对两茬口连作党参的品质提升效果不及大蒜间作处理理想。研究发现,从党参长势及根部产量和品质综合分析,两茬口下党参与大蒜间作最有利于党参植株生长,能有效缓解党参连作障碍,并显著提高其药用部位的产量和品质,且轮作茬口下的提高效应更明显。     

鄱阳湖湿地灰化苔草生长季氮磷含量与储量的变化

湿地植物在营养元素生物地球化学循环过程中起着重要作用,研究植物氮磷元素的吸收、分配和积累特征对于正确理解氮磷循环关键过程及其生态作用具有重要意义。基于野外实地观测和室内实验分析,研究了鄱阳湖淡水湿地灰化苔草春草生长季内不同部位生物量、氮磷含量及氮磷储量的动态变化。结果表明:在生长季内,灰化苔草各部位生物量随时间推移而增加,地上部分生物量在各生长期均高于地下部分,地下部分生物量积累速率相对稳定,而地上部分和总体平均积累速率表现为生长前期高于生长后期;各部位氮磷含量经历了先减少再增加的变化过程,其中地上部分氮元素在灰化苔草生长的中后期显著高于地下部分,而磷元素在中前期两者差异更为显著;生物量与氮磷储量均呈显著正相关,是灰化苔草氮磷储量动态变化的主导因子,氮磷元素主要储存在灰化苔草的地上部分;研究期间灰化苔草平均氮磷比介于3.32—3.83之间,按营养限制理论进行判断,氮元素可能是灰化苔草生长的限制性营养因子。     

两种Eupristina属小蜂对宿主榕果挥发物和合成信息素的行为反应

高榕,雌雄同株,与其共生的形态高度相似的传粉小蜂Eupristina altissima与非传粉小蜂Eupristina sp.均为果内产卵。利用Y型嗅觉仪生物测定法研究E.altissima和Eupristina sp.对不同发育期高榕榕果挥发物以及合成信息素混合物的行为反应差异。结果表明:E.altissima和Eupristina sp.对高榕雌花期榕果挥发物具极显著趋向行为,对高榕雄花期榕果挥发物具极显著驱避行为,表明E.altissima与Eupristina sp.雌蜂能够敏锐辨别高榕雌花期和雄花期榕果的挥发物,快速远离雄花期榕果,并实现对宿主雌花期榕果的定位。但是,E.altissima与Eupristina sp.对其它发育时期榕果挥发物的行为反应具有差异性,前者对雌前期榕果和传粉或产卵后榕果释放的挥发物存在显著的趋避反应,而后者无明显的行为偏向性,表明E.altissima能够识别雌前期榕果和传粉或产卵后榕果,可避免误入其中而无法繁殖后代,Eupristina sp.则不具备这种识别能力。E.altissima和Eupristina sp.小蜂对合成信息素的行为反应也高度相似,表现为芳樟醇、苯乙烯,以及苯乙烯和金合欢醇的交互作用对两种小蜂选择行为影响显著,组合A_1B_2C_2(0.5%Linalool+1%Benzyl ethylene+1%Farnesol)的混合信息素对两种小蜂具有极显著的驱避作用,而组合A_2B_1C_1(1%Linalool+0.5%Benzyl ethylene+0.5%Farnesol),A_2B_1C_2(1%Linalool+0.5%Benzyl ethylene+1%Farnesol),A2B2C1(1%Linalool+1%Benzyl ethylene+0.5%Farnesol)的混合信息素对其具有极显著的吸引作用,但两种小蜂对组合A_1B_1C_1(0.5%Linalool+0.5%Benzyl ethylene+0.5%Farnesol)的行为反应存在差异。两种小蜂对榕果挥发物和合成信息素的反应异同,可能与其触角结构的差异密切相关。研究结果为探究榕-蜂共生体系的化学信号传导机制提供科学依据。