5种栎树幼苗对铅锌尾矿砂的耐性与植被恢复前景

通过盆栽试验,评价栎属植物在铅锌尾矿中的生长响应及植被恢复前景.分析比较了覆瓦栎、猩红栎、樱皮栎、舒玛栎和白栎5种栎树幼苗在铅锌矿砂中生长30个月后的生物量、根系形态及其对营养元素和重金属的吸收及转移特征.结果表明: 5种栎树在矿砂中均能生长,其中,猩红栎和白栎的生物量较对照有下降趋势,其他3种栎树的生长与对照相比无显著差异;栎树根系生物量均较对照有不同程度增加(猩红栎除外),且仅猩红栎侧根形态学参数较对照有所减少.重金属胁迫下,栎树根系和茎中营养元素浓度较对照无显著变化.5种栎树体内重金属浓度均较低,且其生物富集系数和转移系数均小于1.但樱皮栎叶片和茎中Cd浓度分别为22.4和15.1 mg·kg^-1,转移系数为2.3,显著高于其他4种栎树.除猩红栎以外,其他参试栎树均可作为有潜力的污染土壤修复树种.其中舒玛栎的耐性较高、生物富集系数和转移系数较低,是适合在尾矿区造林和生态修复的优选树种.     

不同水分下准噶尔无叶豆分株种群特征和生物量分配差异

准噶尔无叶豆是豆科无叶豆属小半灌木,在中国仅片断化分布于新疆古尔班通古特沙漠局部区域.该种自然种群种子萌发率极低(<3%),主要靠克隆繁殖维持种群.为研究克隆生长在异质性生境中的可塑性特征及其生态适应意义,对生境土壤含水量存在差异的两个准噶尔无叶豆自然种群(河边种群,沙漠种群)的分株种群特征、生物量及其分配比重进行了比较,研究发现:①在分株种群特征上,河边种群的分株显著高于沙漠种群,分株间距也显著大于沙漠种群.沙漠种群分株密度和根的密度显著大于河边种群,但每一分株拥有根的概率显著小于河边种群;②在生物量分配方面,河边种群具有比沙漠种群大的根生物量,但根茎生物量则要显著的小于沙漠种群;③在植株各部分生物量比重随植株大小的变化趋势上,河边种群各部分的比重随植株大小变化的趋势平缓,而沙漠种群各部分的比重变化趋势则较为急剧,表明河边准噶尔无叶豆分株种群随着植株的大小变化,资源分配比例并没有发生很明显的变化,而沙漠种群变化较大.结果表明,准噶尔无叶豆种群对所处生境水分条件存在可塑性响应,并通过分株种群特征变化和生物量分配差异应对水分条件的变化,形成自身的适应对策.     

荒漠植物准噶尔无叶豆结实、结籽格局及其生态适应意义

连续2a采用野外记录的方式对荒漠植物准噶尔无叶豆的结实、结籽格局进行了比较研究。结果表明:植株内花序生成格局表现为不同大小的花序在总花序中的比重与其结实率存在显著正相关,其中含有中等花数目的花序所占的比重及其结实率均最高,此种分布格局能够最大程度的保证繁殖成功;果序内果实生成格局表现为单花着生位置(从近柄端算起)与其结实量占总结实量的比例成线性负相关,花序基部的结实比例最高,顶部结实比例近为0;荚果内种子生成格局表现为:中间位置的胚珠败育率最低。另外,年际间荚果内仅有(1.08±0.03)粒和(1.07±0.03)粒种子能够完全成熟,此种结籽格局是准噶尔无叶豆保证后代质量的最佳策略。     

沙丘稀有种准噶尔无叶豆花部综合特征与传粉适应性

植物花部特征进化与传粉适应性一直是进化生态学领域关注的核心问题之一。以古尔班通古特沙漠自然生长的准噶尔无叶豆为对象,对其花部特征和传粉特性进行了野外观察和室内的分析研究。结果表明:种群花期历时21 d,花序花期历时7-12 d,单花花期一般3 d,若遇阴雨天气,花期可延长1-2 d,整个花期龙骨瓣一直保持闭合状态。单花10枚花药在旗瓣微张时已全部完成散粉。准噶尔无叶豆主要靠分泌花蜜、鲜艳的花色以及旗瓣基部的黄色辐射状纹理结构吸引传粉者。准噶尔无叶豆花期的有效传粉者为4种蜂类昆虫,它们的平均访花频率为(7.75±0.57)次·花^-1·d^-1,访花高峰期表现为三峰型: 13:00-14:00,16:00-17:00和19:00-20:00。准噶尔无叶豆人工套袋实验表明该种为自交亲和型,主动自交少见,生殖成功依赖传粉者。胚珠成功受精至果实完全成熟阶段存在自交衰退,柱头角质层结构和花粉刷结构是准噶尔无叶豆在进化过程中形成的减少自交,倾向异交的机制。     

短命植物角茴香的开花物候与生殖特征

为了研究角茴香的开花物候特征及其对生殖成功的影响,于2015年对其自然种群各水平的开花物候指数、开花过程中的花部特征变化和结实特性进行了观察和统计。结果表明：（1）角茴香种群花期为4月下旬至5月下旬,种群水平的花期持续时间为36 d。（2）单花具有独特的花瓣结构,其内层花瓣由白色的侧裂片和黄色的兜状中裂片构成,中裂片是角茴香植物花粉二次呈现的关键功能器官;开花进程依其外层花瓣开裂大小可分为4个阶段,即外层花瓣顶端未张口、外层花瓣顶端张口5~7 mm、外层花瓣顶端张口12~14 mm和外层花瓣顶端张口3~5 mm。（3）花序水平的开花振幅曲线呈渐进式单峰曲线,开花同步指数为0.748,个体水平表现出较高的相对开花强度,其分布频度的偏斜率为0.45,主要频度范围分别集中在20%~30%和50%~70%之间。（4）花序水平的始花日期与花期持续时间存在显著负相关关系,开花数与座果数存在显著正相关关系。（5）自然状态下,角茴香结实率和结籽率分别是82.7%±0.1%和93.6%±0.8%。角茴香开花强度分布频度上出现的高、低强度的分异趋势是吸引传粉者、促进结实的有效生殖对策。     

盐胁迫对2种栎树苗期生长和根系生长发育的影响

以低浓度(50 mmol/L)和高浓度(150 mmol/L)NaCl处理弗吉尼亚栎(Quercus virginiana)和麻栎(Quercus acutissima)1年生幼苗,研究了2种栎树在盐胁迫下的生长、对盐分的敏感性和耐受性及其根系形态学参数变化以及根系对盐离子的吸收与积累。结果表明,高浓度盐胁迫明显抑制了2种栎树地上部生物量的积累(P0.05),而低浓度盐胁迫对弗吉尼亚栎地上部干重的影响不明显,但显著抑制了麻栎地上部干重(P0.05);2种栎树的根冠比在盐胁迫下呈增加趋势,特别是在高浓度盐胁迫下,2种栎树的根冠比明显增加(P0.05),盐胁迫下增加生物量在根部的分配是植物应对盐胁迫的方式之一。2种栎树根部生物量积累在盐胁迫下变化不明显,但2种栎树根系形态学参数在盐胁迫下的响应不同,弗吉尼亚栎根系总长度、总表面积和总体积在盐胁迫下均有不同程度增加,特别是在低浓度盐胁迫下,根系形态学参数明显增加(P0.05),但麻栎根系形态学参数有下降趋势,但与对照相比变化不明显;通过对不同径级根系总长的分析发现,弗吉尼亚栎根系总长度的增加主要是由于直径小于2 mm的细根总长的增加,细根长度的增加对于植物吸收水分和营养物质具有重要意义;通过对Na+和Cl-在根系的含量分析表明,盐胁迫下2种栎树根系盐离子的积累均有明显增加,但弗吉尼亚栎根系盐离子的含量在低浓度和高浓度盐胁迫下的差异不明显,而麻栎在高浓度盐胁迫下根系盐离子的含量明显高于弗吉尼亚栎。综合2种栎树盐胁迫下的生物量分配策略和根系形态学响应以及盐离子的积累规律,证明2种栎树尽管在生物量分配策略方面具有相同的特点,但根系的响应策略截然不同,弗吉尼亚栎在盐胁迫下能够扩大根系吸收范围,维持较高的K+/Na+比值,而麻栎在盐胁迫下根系由于吸收过多的盐离子,导致根系的生长发育受到抑制,影响了根系在逆境中的分布范围,从而在一定程度上避免了进一步的盐害。     

3种木本植物在铅锌和铜矿砂中的生长及对重金属的吸收

通过盆栽试验评价3种木本植物紫穗槐、桤木和黄连木修复铅锌矿和铜矿尾矿的潜力。结果表明,150d后3种植物在矿砂中都能生长,其中黄连木在铅锌矿砂中生长受到明显抑制,桤木的叶绿素含量显著降低。3种植物的根系发育在2种矿砂中没有受到显著抑制。重金属在3种植物组织中的含量为17.66 -55.36 mg/kg (铜)、2.67-196.00 mg/kg(铅)、58.93-333.67 (锌,铅锌矿砂)和49.20-199.33(锌,铜矿砂)。3种植物的生物富集系数(BCF)和转移系数(TF)值都小于1。60d后,桤木和黄连木叶片的叶绿素荧光参数与对照相比没有显著变化,PSⅡ的最大量子产量有下降的趋势。重金属胁迫后显著增加Mg、Fe、Cu在功能叶的含量,显著地降低Mn的含量。因此可利用固氮植物紫穗槐在尾矿区造林和修复。     

沙丘坡面异质性小生境中准噶尔无叶豆对水分条件变化的响应

以多年生克隆植物准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum(Litv.)Vass.)为材料,选择河边(A种群)和沙漠腹地(B种群)两个沙丘,研究从沙丘底部至顶部,沿着水分条件连续变化的梯度,准噶尔无叶豆在分株种群和克隆片段水平的形态变化特征,以期能揭示其在异质性小生境内利用水分资源的对策,并为准噶尔无叶豆的资源保护、培育和利用提供有意义的参考.研究发现:①在分株种群水平,A种群分株高度及地上部生物量显著高于B种群,而B种群地下部(根)的生物量则显著高于A种群;②在克隆片段水平,随着沙丘底部至顶部,A种群与B种群克隆片段高度和地上生物量都减小,而分株密度都增加,但升高或降低的强度不同;A种群根的生物量和长度增加,主要是水平的位于地下0～10 cm层面的直径10mm以下的根长度增加,而B种群根的生物量减小,但长度却在增加,主要是水平的位于地下0～10 cm层面的直径6mm以下的细根长度增加.水平细根的长度增加,更利于无性系进行广泛觅食,同时促进无性系尽快越过不利生境斑块和提高分株在有利生境中的生长概率.结果表明,准噶尔无叶豆对沙丘坡面水分条件连续变化的异质性小生境存在分株种群及克隆片段两个等级的可塑性响应,并通过可塑性变化适应了沙丘坡面水分条件的分异.     

沙生短命植物角茴香群落特征及生物学特性

采用抽样调查的方法对古尔班通古特沙漠南缘的8个角茴香自然群落的群落特征和生物生态学特性进行调查,对其群落特征和花部特征进行初步探究,为进一步对其传粉适应性以及繁育系统特征的研究奠定基础。结果表明:(1)角茴香群落中包含30种植物,隶属于15科28属,单种科、单种属较多。(2)根据群落组成和重要值可将8个角茴香自然群落划分为3个群丛,分别是角茴香+草地早熟禾+白茎绢蒿群丛、角茴香+艾比湖沙拐枣+白茎绢蒿群丛和角茴香+白茎绢蒿+蛇麻黄群丛。(3)角茴香种群、单株、花序和单花的花期分别历时37~40d、14~16d、13~15d和1~2d,单株结籽量700~900粒,种子千粒重(0.291 0±0.002 7)g,单花具有特殊的中裂片结构,具有雄蕊拟态和花粉二次呈现的功能。     

镉胁迫下杞柳对金属元素的吸收及其根系形态构型特征

采用水培方法,研究了杞柳(Salix integra)2个品种在0-90 μmol/L Cd处理下不同组织对Cd的吸收和积累规律,探讨了镉胁迫下杞柳根系形态学功能响应特征以及对矿质离子吸收的影响。结果发现,镉在杞柳2个品种不同组织的含量均表现为根>韧皮部>木质部>叶。2个品种地上部组织对镉的吸收和积累规律相似:在0-70 μmol/L Cd处理浓度范围内,随着溶液Cd浓度的增加,叶、木质部、韧皮部中镉的含量逐渐增加,到50 μmol/L时,镉在地上部组织的含量达到最高,当Cd处理浓度达90 μmol/L时,地上部各组织中Cd含量出现下降趋势。而2个品种根系对Cd的吸收则不同,"微山湖"品种在溶液Cd达70 μmol/L时,根系镉的积累量最大,在90 μmol/L时,根系Cd的积累量明显下降;"一枝笔"品种根系在0-90 μmol/L范围内,根系Cd的积累量均为增加趋势。通过分析2个品种根系形态学参数变化发现,Cd胁迫抑制了杞柳2个品种根的伸长,促进了"微山湖"品种根的径向生长,导致根系平均直径增加;进一步对叶片矿质营养状态分析发现, Ca、Mn的吸收受镉胁迫的影响较大,在高浓度镉胁迫下(50-70 μmol/L)"微山湖"和"一枝笔"对Ca和Mn的吸收明显下降;Cd胁迫对Fe在叶片的含量影响不明显;同时发现,在50 μmol/L Cd处理下,Cu²⁺在叶片的积累明显增加。由此可见,杞柳2个品种间对镉的吸收和积累差异主要体现在根系,地上部对镉毒害的响应差异不大。