青藏高原20种灌木抗旱形态和生理特征

该研究以青藏高原地区采集的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)等20种灌木树种为研究对象,将其二年生幼苗移栽至苗圃培育,通过田间试验测定三年生苗木生物量根冠比(RSR)、叶片蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(WUEi)、稳定碳同位素组成(δ13C)、叶片解剖结构特征和根系特征(长度、表面积、体积和根尖数)指标,综合分析其抗旱性能差异,为青藏高原干旱地区灌木树种抗逆性(耐旱)评价指标的建立、优良抗逆性树种的筛选及各种灌木树种的合理立地配置提供必要的理论依据。研究结果表明:所选20种灌木为适应长期的干旱逆境,不同植物种具有不同的抗旱策略。研究中将灌木抗旱机制划分为6个类型:根系特征抗旱型、叶片旱生结构型、叶片旱生形态型、生物量分配型、节水型、高水分利用效率型。不同属和同属不同种灌木抗旱性有所差异,沙棘属(Hippophae)植物总体抗旱性不佳,而金露梅(Potentilla fruticosa)、豪猪刺(Berberis julianae)、树锦鸡儿(Caragana arborescens)、绣线菊(Spiraea salicifolia)和蒙古沙棘(Hippophae rhamnoides ssp.mongolica)综合抗旱性能较好,总体上属于根系和叶片抗旱特征明显、低耗水、高生产效率的抗旱性强树种,可以在青藏高原地区植被恢复树种筛选时优先考虑。根系特征值之间存在极显著正相关关系,叶片结构特征指标之间也存在不同程度的相关关系,但RSR、T3r、WUEi和δ1C与根系特征值和叶片解剖结构特征指标之间总体上相关性不显著。主成分分析结果显示灌木全根和细根的长度、表面积、体积、根尖数和叶片栅栏组织厚度、海绵组织厚度、瞬时水分利用效率因子载荷较高,能较好地反映青藏高原灌木树种抗旱性差异相关信息。此外,灌木树种原产地与抗旱性也存在一定的联系,青海西宁地区采集的灌木树种总体抗旱性优于甘肃天水和西藏拉萨地区。     

速生树种尾巨桉和竹柳幼苗耗水特性和水分利用效率

速生树种尾巨桉和竹柳因其水分消耗和利用问题引起了一些争议,因而受到了广泛的关注,由于尚缺乏科学的观测数据,而其中许多指责或支持也尚无定论,因此必须深入研究此2种树种耗水性能和水分利用效率,以期科学评价其水分消耗和利用性能。采用盆栽苗木称重法和Li-6400光合系统测定方法分别测定尾巨桉(Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis)和竹柳(Salix sp.)苗木在不同土壤水分条件下耗水量、耗水速率和苗木不同生长期叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE),研究表明:(1)正常水分条件下,尾巨桉和竹柳日总耗水量和最大耗水速率分别为(182.05±12.74)g/d、(100.48±10.95)g/d和(66.31±9.91)g·m-2·h-1、(89.50±13.54)g·m-2·h-1,土壤水分条件下降时,2种苗木耗水量和耗水速率均呈显著下降趋势,严重干旱胁迫时尾巨桉降幅更大。(2)正常水分条件和轻度水分胁迫下2种苗木耗水速率日变化趋势均为明显"单峰"曲线,且峰值均出现在12:00—14:00,中度干旱胁迫时则其变化趋势呈"双峰"曲线,峰值分别在10:00—12:00和14:00—16:00出现,严重干旱胁迫时日变化规律不明显。(3)正常水分条件和轻度水分胁迫下2种苗木耗水速率与环境温度显著正相关,与相对湿度显著负相关,随着干旱胁迫的发展,环境因子对耗水速率的影响有所减弱。(4)叶片水平来看,与尾巨桉相比,竹柳具有高光合、低蒸腾、高水分利用效率的特点,2种苗木由生长初期进入生长旺期时,净光合速率和蒸腾速率均发生相同幅度增加,而水分利用效率基本保持不变。(5)从单株耗水量和耗水速率以及叶片水分利用效率综合来看,竹柳属节水性能较好速生树种,而尾巨桉虽然存在叶片水平高蒸腾和低水分利用效率的情况,但从单株苗木水平上来讲,其耗水速率甚至低于竹柳,特别在土壤水分严重亏缺情况下其白天平均耗水速率仅为(4.02±0.60)g·m-2·h-1,也表现出了一定的抗旱节水能力。     

干旱胁迫对青藏高原6种植物生理指标的影响

以青藏高原6种植物:红花岩黄芪(Hedysarum multijugum Maxim.)、西北沼委陵菜(Comarum salesovianum(Steph.)Asch.et Graebn.)、鲜黄小檗(Berberis diaphana Maxim.)、鲜卑花(Sibiraea laevigata(Linn.)Maxim.)、树锦鸡儿(Caragana arborescens(Amm.)Lam.)、砂生槐(Sophora moorcroftiana(Benth.)Baker)为试材进行干旱胁迫模拟盆栽试验,通过对比6种植物叶片中丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性蛋白质、叶绿素、可溶性糖、淀粉含量的变化,对供选植物进行抗旱性能分析与评价,为在青藏高原地区筛选优良耐旱植物提供参考依据。设置土壤含水量占田间持水量80%以上为正常水平,50%—70%为轻度干旱,30%—50%为中度干旱,低于30%为重度干旱。研究表明,6种供试植物叶片MDA含量逐渐升高,当土壤含水量占田间持水量12%左右时达到最大值,树锦鸡儿的增幅较另5种苗木最小,而峰值最大。脯氨酸含量都呈增加趋势,其中砂生槐最高,为9981.67mg/g,峰值与对照值相比,砂生槐增加最多为37.43倍,鲜卑花最小为0.49倍。苗木叶片中可溶性蛋白质含量总体表现出现增大后减小的规律,且所有测定值都高于正常水分条件下的含量。6种苗木的叶绿素含量在干旱胁迫下总体呈现先降低再升高最后再降低的趋势,24 d时均低于对照值,下降最多的为西北沼委陵菜(15.43 mg/g)。由于干旱下苗木的光合产物转化受抑,以淀粉形式的累积量减少,所以6种苗木的可溶性糖含量呈上升趋势,而淀粉含量呈下降趋势,通过积累可溶性糖以提高细胞的渗透调节能力。砂生槐、树锦鸡儿的可溶性糖含量增幅与淀粉含量的减少明显高于其余苗木,使其在较低叶水势下仍保持较高的细胞膨压,以减缓水分胁迫的不利影响。主成分分析表明,6种苗木抗旱性由强到弱依次为:树锦鸡儿、红花岩黄芪、砂生槐、鲜黄小檗、鲜卑花、西北沼委陵菜。     

西宁南山4种灌木根际和非根际土壤微生物、酶活性和养分特征

西宁南山区植被退化情况严重,人工造林植被恢复被看作是最有效的恢复手段,其中选择合适造林树种尤为关键。选择人工种植的唐古特白刺Nitraria tangutorum、柠条Caragana korshinskii、西北小蘗Berberis vernae和短叶锦鸡儿Caragana brevifolia共4种灌木树种造林试验区为研究对象,通过测定根际和非根际土壤微生物数量、酶活性及养分含量,综合比较种植4种灌木树种根际和非根际土壤肥力差异,科学评价其对土壤的改善效果。研究表明:(1)土壤微生物数量和酶活性总体呈现出根际高于非根际的规律,仅放线菌数量和脲酶活性出现了根际低于非根际现象。(2)土壤养分方面,4种灌木根际土壤和非根际土壤p H值、全N、全P、全K含量差异不显著,有机质、有效P、速效K含量均呈现出根际非根际,而碱解N则是根际非根际。(3)土壤酶活性与土壤微生物数量相关性不显著,土壤有机质含量与土壤细菌、真菌数量呈极显著正相关,有效P含量与土壤细菌、真菌和放线菌数量呈极显著正相关,速效K含量与过氧化氢酶、酸性磷酸酶活性呈显著正相关,全N、碱解N含量均与脲酶活性呈显著正相关。(4)从土壤肥力综合水平来看,根际非根际,其中根际土壤中西北小蘗柠条短叶锦鸡儿唐古特白刺,研究结果表明西北小蘗和柠条能大幅提高土壤肥力,改良土壤效果较好。     

柴达木盆地白刺叶片δ13C与叶片和土壤养分指标的关系

在青海省柴达木盆地选择6个重要的唐古特白刺分布区域,通过测定不同白刺居群的叶片营养元素、土壤养分含量和叶片碳同位素组成δ¹³C,对比不同白刺居群间的叶片δ¹³C特征差异,并分析白刺叶片δ¹³C与地理位置信息及叶片营养和土壤养分含量指标的关系。结果显示:（1）白刺居群间叶片δ¹³C存在显著空间变异性,其叶片δ¹³C变化范围在-25.47‰~-27.66‰之间,平均为-26.66‰。(2）纬度、经度和海拔是白刺叶片δ¹³C重要影响因子,白刺叶片δ¹³C与纬度、经度和海拔分别呈极显著负相关,正相关和正相关关系（n=10）。（3）白刺叶片δ¹³C与叶片有机C含量、N、P、K含量总体均呈负相关关系,但仅叶片有机C含量达到极显著水平（n=30）,其余均未达到显著性水平（n=30）。（4）叶片δ¹³C与表层土壤（0~15 cm）有机质、全N、速效K含量呈极显著负相关关系（n=30）,与全P、碱解N和有效P含量呈显著负相关关系（n=30）,并与15~30 cm土壤有机质和全N含量显著负相关（n=30）,但叶片δ¹³C与30~45 cm土壤各化学指标相关性均不显著（n=30）。研究表明,环境因子纬度、经度、海拔,叶片有机C含量,以及立地土壤全N、全P、碱解N、有效P、速效K含量的变化均显著影响柴达木盆地唐古特白刺居群叶片δ¹³C值。