3种荒漠植物光合及叶绿素荧光对干旱胁迫的响应及抗旱性评价

利用盆栽试验结合人工浇水后自然耗水的方法测定干旱胁迫对梭梭、白刺、沙蒿3种荒漠植物叶片水分、光合及叶绿素荧光参数的影响,探讨各指标在干旱胁迫过程中的变化特征、响应机制及其与土壤水分的定量关系,并用隶属函数法对其进行抗旱性排序。结果表明:(1)3种植物叶片相对含水量(RWC)随干旱胁迫天数增加持续降低,最大水分亏缺(RWD)呈波动式上升趋势。(2)3种植物总叶绿素含量(Chl)和叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)含量,以及梭梭、白刺类胡萝卜素含量均随胁迫天数增加而降低;沙蒿类胡萝卜素随土壤含水率降低逐渐升高。(3)梭梭、白刺、沙蒿叶片净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r))、水分利用效率(WUE)等主要光合气体交换参数对土壤水分表现出明显的阈值响应,适宜的土壤含水率分别为8.04%~19.33%、4.17%~19.10%、6.48%~17.51%。(4)3种植物PSⅡ最大光化学效率(F_(v)/F_(m))、实际光化学效率(F_(v)′/F_(m)′)及光化学淬灭系数(qP)均随干旱胁迫天数增加和光照强度增大而降低,非光化学淬灭系数(NPQ)则呈逐渐上升趋势;干旱胁迫中后期,梭梭、沙蒿的F_(v)/F_(m)及F_(v)′/F_(m)′均下降,光合机构光合活性遭到破坏,电子传递受阻,PSⅡ反应中心受损,表现出光抑制,而白刺调节自身PSⅡ反应中心免受伤害的能力较强。(5)隶属函数法综合分析表明,3种植物耐旱能力大小依次为白刺>梭梭>沙蒿。研究发现,3种荒漠植物均可通过调节PSⅡ反应中心开放程度与活性,对干旱胁迫表现出较强的耐性,胁迫后期植物PSⅡ反应中心关闭或不可逆失活,表现出光抑制。

石羊河下游不同衰退程度多枝柽柳灌丛水分利用格局研究

多枝柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛是石羊河下游防风固沙林的重要组成,对绿洲免受风沙灾害侵袭发挥着关键作用。由于区域水文环境的恶化,多枝柽柳灌丛大面积退化死亡,亟需人工恢复,但其季节水分来源尚不清楚。为此,基于氢氧稳定同位素示踪技术,运用IsoSource模型,定量分析了不同衰退程度多枝柽柳灌丛的水分利用策略。结果表明:2016年石羊河下游降雨以小于5 mm小降雨事件为主,降雨氧稳定同位素值(δO)的季节效应明显。降水线方程为氢稳定同位素氘值δD=6.46δO-5.11,R^(2)=0.87。整体上,不同衰退程度多枝柽柳灌丛土壤水分在夏季较低,秋季略为恢复。由于衰退程度越严重蒸腾耗水越低,生长季多枝柽柳灌丛土壤水分大小排序为重度(3.48%)>极重度(2.69%)>中度(1.97%)>轻度(1.87%)。降雨与土壤水δD的变化关系分析表明,6—10月降雨对衰退多枝柽柳灌丛土壤水补给贡献较大。土壤水、降水、地下水是不同退化程度多枝柽柳灌丛的潜在水源。受春季蒸发损失小,冠层截留少,以及土壤生物结皮的综合影响,不同衰退阶段多枝柽柳春季对降水的平均利用比例达40.63%,大小排序为重度衰退(58.5%)>中度衰退(41.7%)>轻度衰退(39.3%)>极重度衰退(23%)。春季到秋季衰退多枝柽柳灌丛趋向于利用可靠的深层地下水。随生境水分可获得性的变化,不同衰退程度多枝柽柳选择性利用降雨、土壤水、地下水。虽然能勉强维持生存,但石羊河下游衰退多枝柽柳灌丛有被红砂(Reaumuria soongarica)等超耐旱小灌木替代的趋势。建议干旱区人工植被建设应以水定绿,灌草结合,少选择乔木、大灌木等高耗水植物种作为固沙造林树种。

民勤青土湖区不同年限退耕地土壤水分和养分变化

以石羊河下游—民勤青土湖区不同年限退耕地为研究对象,利用时空替代法分析了该区不同恢复年限退耕地土壤水分与养分时间变异规律。结果表明:(1)在退耕当年(CK),植被分布以一年生浅根性草本植物为主,但种类较为单一,此时土壤贮水量较高;随着施肥活动的停止,退耕1~8 a,一年生及二年生草本植物逐渐恢复,对土壤水分的消耗量逐渐增大,此时土壤贮水量大幅度下降,以0—20 cm土层表现较为明显;退耕13~20 a演替为以多年生小灌木黑果枸杞为优势种的单一植物群落,此时土壤水分含量逐渐回升;退耕30~40 a时,多年生小灌木种类增加,对土壤水分的消耗量增大,土壤贮水量下降。(2)3种土壤养分的总体变化均表现为随退耕年限增加而减小并最终趋于稳定的趋势,在同一年限内均表现为0—20 cm土层中的含量大于20—40 cm,且同年内两层间的含量差异均虽退耕年限增加而逐渐减小,以土壤有机质和速效磷表现较明显;整个退耕时间内土壤全氮含量变化幅度较小;土壤速效磷含量在退耕当年(CK)的土壤表层0—20 cm含量最大,之后随退耕年限增加呈波动式下降趋势,并最终趋于稳定;土壤有机质含量在CK至退耕8 a间变化幅度较大,且在第4年时有一个剧烈上升的拐点,13~40 a间变化较小。总之,青土湖区不同年限退耕地土壤水分和养分的变化基本一致,均表现为随退耕年限的增加而呈波动式降低的趋势。

民勤青土湖区不同年限退耕地土壤颗粒组成和养分变化特征

以石羊河下游民勤青土湖区不同年限退耕地典型样地为研究对象,通过时空替代法分析该区不同年限退耕地土壤颗粒组成与养分变化特征。结果表明:(1)不同年限退耕地上土壤颗粒组成含量总体砂粒>粉粒>黏粒>粗砂粒,其中,黏粒结构在CK及退耕后4 a间,0-20 cm,20-40 cm土层之间含量间存在显著差异,之后其在土壤中的含量随退耕年限增加而趋于稳定,且两土层间差异不显著;粉粒和砂粒结构含量在CK及退耕后2 a变化较为剧烈,且同一年限内0-20 cm,20-40 cm两土层间存在显著差异,之后也随退耕年限的增加两土层及各退耕年限间均差异不显著,逐渐趋于稳定状态;而粗砂粒仅在CK及退耕后2 a含量较为稳定,之后退耕4~40 a间含量变化较大,存在不稳定性,且同一年限两土层间存在显著差异。(2)三种土壤养分的总体变化趋势均表现为随退耕年限增加而减小并最终趋于稳定,在同一年限内均表现为0-20 cm土层中的含量大于20-40 cm,且同一年限内两层间的含量差异均随退耕年限增加而逐渐减小,以土壤有机质和速效磷表现较为明显;其中土壤有机质含量在CK~退耕8 a间变化幅度较大,且在此期间退耕第4年时有一个剧烈上升的拐点,13~40 a间变化幅度较小;全氮含量在三种土壤养分中变化最为稳定,且在整个退耕时间内变化幅度较小;土壤速效磷含量CK含量最大,尤其在土壤表层0-20 cm最为明显,之后表现为随退耕年限增加而波动式下降的趋势,并趋于稳定。

石羊河尾闾黏土质夹层结构土壤对降雨入渗的响应

为探明该种土壤结构如何影响降雨在土壤中再分配及其影响效果,采用自然降雨背景下的人工试验方法开展了黏土质夹层对降雨入渗影响效果的试验研究。结果表明:(1)降雨后经过相同时间水分再分布后的土壤末期含水率主要受控于降雨初期含水率、降雨入渗所能达到的最高含水率及其黏土夹层厚度;(2)黏土质夹层表层沙土土壤含水率在降雨条件下经过长期水分再分布后表现出黏土层厚度越小,表层含水率越低的特征;黏土层及黏土层下部的沙土层初始含水率越高,在降水初期水分增加量、增加速度以及水分流失量、流失速度与初始含水率具有一定的正相关关系。因此,黏土质夹层结构土壤阻滞水分入渗到植物难以利用到的深层,将水分固持于黏土层及黏土层上下部,在表层覆沙20 cm情景下,10,20,30 cm厚度的黏土质夹层以10 cm处理总体水分保持效果最好。

石羊河下游人工梭梭水分利用策略季节变化

作为石羊河下游主要固沙造林树种,人工梭梭(Haloxylon ammodendron)抗逆性和生态适应性强,构成了风沙灾害防治的第一道防线。本研究基于原位观测与稳定同位素示踪的方法,研究了人工梭梭水分来源的季节性变化,以期为民勤绿洲边缘退化防护体系的修复提供理论依据。结果表明:在生长季,人工梭梭根际垂直0-200 cm土层平均土壤水分含量为0.87%,120 cm深度处土壤水分偏高;水分季节变化表现为5月(1.22%)> 4月(1.05%)> 6月(0.83%)> 7月(0.80%)> 10月(0.67%)> 8月(0.65%)。不同季节人工梭梭0-60 cm表层根际土壤水δ18O富集效应明显,变化剧烈,60-200 cm土层δ18O逐渐减小且相对稳定。Iso Source模型表明,人工梭梭春季对120-200 cm深层土壤水分利用比例为45.15%,60-120 cm中层土壤水分的利用比例为20.6%,20-60 cm浅层土壤水分的利用比例为20.1%;夏季对0-20 cm表层、60-120 cm中层、120-200 cm深层土壤水分的利用比例分别为32.5%、24.75%、22.1%;秋季主要对0-20 cm表层、120-200 cm深层土壤水分利用较多,利用比例分别为44.4%和48.75%。不同深度土壤水分是人工梭梭重要的季节水分来源,建议在日常抚育管理中可采取人工辅助降水入渗的方法来维持林地土壤水分平衡。

民勤荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统研发与应用

基于民勤荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统研发过程,对民勤不同监测时段的非称量蒸渗仪结构设置、试验监测及其监测结果应用情况进行对比分析。结果表明:民勤非称量蒸渗仪试验研究起步较早,先后经历了5代非称量蒸渗仪试验系统的研发改造过程。第1、2、3代非称量蒸渗仪试验系统的建立,使民勤荒漠植物蒸渗试验得到逐步发展与完善;第4代荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统增设了渗漏监测,模拟了荒漠植物真实的补水状态,设计出不同地下水恒位补偿式蒸渗仪和渗漏型蒸渗仪,实现了地下补水与地面灌水试验的同步监测;第5代荒漠植物非称量蒸渗仪试验系统通过扩容改造,实现了荒漠植物林木与林分尺度蒸渗试验的同步监测,并基于电子传感技术实现蒸渗监测自动化管理,为尺度水平荒漠植物蒸散耗水研究及其监测数据的网络资源共享提供保障。

Research Advances in Allelopathy of Plants in Arid Desert Regions of Northwest China

To investigate allelopathy of plants in desert ecosystems, related research achievements obtained in recent years, reported allelopathic plants, allelochemicals and releasing ways of alleochemicalds were summarized, and then the key problems of research into allelopathic plants in desert ecosystems were indicated. It was considered that the research of allelopathy of plants in desert regions has just started in China, and plants with atlelopathic potential were found in the Compositae, Leguminosae, Rosaceae, Scrophulariaceae and Gramineae; plants in desert regions re- lease allelochemicals mainly via natural volatilization, which is closely related to their growing environment; allelochemicals such as alkaloids, fla- vonoids, terpenoids have been identified. This study can provide theoretical basis and practical value for reasonable adoption of protection meas- ures of desert plants and comprehensive control of desertification.

小叶杨×胡杨杂交种(小×胡杨)无菌培养体系初步研究

以小×胡杨当年生枝条作为外植体,探讨不同激素组合的培养基对其外植体愈伤组织诱导、不定芽分化与增殖以及幼组培瓶苗生根的影响,并筛选更为合理的培养基配方。结果表明:与叶片相比,茎段更加适宜进行愈伤组织诱导培养,诱导率为76.95%,叶片最佳诱导率为53.31%,最佳配方为WPM+IBA0.1mg/L+6-BA0.3mg/L+琼脂4.5g/L+蔗糖30g/L;不定芽诱导与增殖的最佳培养基配方为WPM+6-BA0.5mg/L+KT0.5mg/L+AC3.0g/L+琼脂4.5g/L+蔗糖30g/L,诱导率最高为89.30%,此时不定芽诱导速度快、增殖率高、芽苗长势良好;最适宜小×胡杨生根培养的最佳培养基配方为1/2WPM+IBA 0.4mg/L+蛋白胨1g/L+香蕉150g/L+琼脂4.5g/L+蔗糖30g/L,生根率高达94.85%,此时组培瓶苗根系较长、根毛多、叶片深绿、生长健壮,有利于进行炼苗移栽。

长穗柽柳(Tamarix elongata)组织培养及植株再生研究

试验以干旱盐碱地优势物种长穗柽柳的叶片、嫩茎、嫩根为外植体材料,在筛选最适宜其愈伤组织诱导材料的基础上,探讨不同培养基、外源激素种类(6-BA、2,4-D、IBA、NAA)和大量元素CaCl2浓度变化对不定芽诱导、增殖及生根的影响,建立其组织培养植株再生体系。结果表明:1)嫩茎是最适宜长穗柽柳进行愈伤组织诱导的外植体,在MS+1.5mg·L^(-1)6-BA+0.3mg·L^(-1)IBA的培养基配方中,出现诱导率最大值65.33%。2)MS+1.5mg·L^(-1)6-BA+0.05mg·L^(-1)NAA是最适宜进行不定芽诱导的培养基配方,诱导率最大值为57.32%。3)在MS+3.0mg·L^(-1)6-BA+0.5mg·L^(-1)2,4-D的培养基中不定芽增殖率为最大值63.29%,增殖数量多且生长健壮。4)最适宜的生根培养基为1/2 MS+1/2 CaCl2+3.0mg·L^(-1)IBA,最早13 d开始生根,平均根长3.52 cm,生根率82.16%,瓶苗主根长、毛根较多、长势好,有利于后期炼苗和移栽定植。