干旱胁迫对黄土高原不同质地土壤长柄扁桃和沙柳幼苗生理生态特征的影响

通过盆栽控水试验,研究了干旱胁迫对黄土高原不同质地土壤(砂土、壤土)长柄扁桃和沙柳幼苗光合特性(净光合速率P_n、气孔导度G_s、胞间CO_2浓度C_i、内禀水分利用效率WUE)、蒸腾速率T_r及叶片水势Ψ_w的影响。结果表明:干旱胁迫下不同质地土壤长柄扁桃和沙柳P_n、G_s、WUE及T_r均呈现先上升后下降的趋势,而C_i和Ψ_w分别表现为上升和下降趋势。土壤质地显著影响长柄扁桃和沙柳对水分亏缺的敏感性,在相同干旱程度下,壤土中长柄扁桃P_n和G_s均显著高于砂土,而沙柳P_n和G_s表现为砂土显著高于壤土(p<0.05)(重度干旱除外)。当土壤含水量降至中度和重度干旱时,长柄扁桃和沙柳WUE在不同质地土壤间具有显著差异(p<0.05)。壤土中长柄扁桃生长优于砂土,而沙柳则相反。因此,黄土高原植被恢复与生态建设过程中不仅应根据土壤水分状况选择造林树种,还应考虑植物在不同质地土壤上对干旱胁迫的不同响应。

不同区域长柄扁桃叶片解剖结构及其抗旱性分析

采用常规石蜡切片技术、光学显微镜观察,选取叶片厚度、角质层厚度、主脉厚度、上表皮栅栏组织厚度等10项旱生指标对来自河北丰宁、内蒙古乌审旗和固阳、陕西神木和榆阳共5个地区的长柄扁桃分别在正常生长和干旱胁迫后进行叶片解剖结构分析,探讨其抗旱的解剖结构特征,为长柄扁桃地区间引种和品种选育提供理论依据。结果表明:(1)河北地区长柄扁桃旱害指数最高,旱害最严重,自身耐旱性能最差;神木和固阳地区的旱害指数均低于河北丰宁与乌审旗地区;榆阳区的旱害指数最小,其抵抗干旱能力最强。(2)5个地区的长柄扁桃叶片结构具有相似性,表皮均具有角质层,主脉为双韧维管束,栅栏组织排列紧密整齐,大部分具有上下两层栅栏组织;抗旱性最弱的河北丰宁地区长柄扁桃叶片最大且最薄,上表皮、角质层及叶片紧密度等均最小,栅栏组织细胞只有一层且排列比较疏松,海绵组织细胞排列散乱、不规则且细胞间隙较大,叶脉维管组织口径小,疏导功能微弱;抗旱性最强的榆阳区长柄扁桃的叶片最小且最厚,对应的角质层、上表皮厚度、叶片紧密度等也最大,双层栅栏组织,第一层细胞细长排列紧密,第二层较短,维管组织发达,含较多的贮水细胞(粘液细胞和含晶细胞)。(3)根据5个地区长柄扁桃的旱害指数和叶片解剖结构的各指标参数比较,并通过隶属函数法分析结果表明,各地区长柄扁桃抗旱性顺序为:陕西榆阳区>陕西神木>内蒙古固阳>内蒙古乌审旗>河北丰宁。

不同区域长柄扁桃抗旱性的研究

以采自河北、乌审旗、榆阳、神木、固阳5个地区的一年生长柄扁桃(Amygdalus pedunculata Pall.)实生苗为试材,研究其叶片在水分胁迫下的解剖结构与生理生化特性,来确定其抗旱性强弱。结果表明:(1)水分胁迫后各地区长柄扁桃的叶片解剖结构存在显著性差异,并由隶属函数法对解剖结构综合分析得出这5个地区长柄扁桃的抗旱性顺序为:榆阳>神木>固阳>乌审旗>河北。(2)随着干旱时间的延长,各地区长柄扁桃的叶片相对含水量、质膜透性、丙二醛含量均呈上升趋势,且抗旱性弱的值越大,变化幅度也较大;SOD和POD活性、游离脯氨酸和可溶性蛋白含量均随胁迫的加强呈先升高后降低或直接降低的趋势,且抗旱性越强活性值或含量越高。(3)在干旱胁迫下Chl a和Chl b都呈先升高后降低的趋势,但Chl b对水分胁迫的反应较Chl a敏感;Car则呈下降趋势,其中榆阳和神木地区的长柄扁桃在胁迫40 d后光合色素含量均为最高。研究发现:长柄扁桃通过调整自身的叶片结构和各项生理生化特性来减缓水分胁迫带来的伤害,并由各项指标综合分析得出5个地区长柄扁桃的抗旱性顺序为:榆阳>神木>固阳>乌审旗>河北,为进一步的品种选育奠定了基础,并为长柄扁桃的产业化开发提供了理论依据。

我国几个不同地域长梗扁桃苗木的抗寒性研究

分别取自河北、固阳、神木、榆林、乌审旗5地生长状况基本相同的长梗扁桃1年生休眠枝条为材料,通过人工冷冻模拟外界环境,对长梗扁桃枝条进行-15℃、-19℃、-23℃、-27℃、-31℃、-35℃、-39℃等7个温度梯度处理。测得这些休眠枝条的相对电导率、SOD、POD活性、游离脯氨酸含量及MDA含量,并对低温处理过的部分枝条进行恢复生长来测定其萌芽率,最后对测定结果进行分析和比较。结果表明:5个地区的长梗扁桃的相对电导率、SOD、POD活性、游离脯氨酸含量及MDA含量均随着处理温度的降低而呈现上升趋势,并且抗寒性强的地区的长梗扁桃SOD、POD活性和游离脯氨酸含量相对较高,MDA含量和电导率较低,恢复生长枝条的萌芽率均比同温度处理下的抗寒性弱的高。抗寒性强弱顺序为:河北(H)>乌审旗(W)>固阳(G)>神木(S)>榆林(Y),河北和乌审旗的长梗扁桃抗寒性较强,可以对其进行广泛的品种选育和推广。

毛乌素沙区土壤养分对湿地退化的响应

采用湿地生态理论中空间替代时间的研究方法,以毛乌素沙区退化湿地为研究对象,选择距退化湿地水面不同距离,具有不同地下水位埋深的研究区域代表湿地不同退化阶段,通过分析5个不同阶段退化湿地土壤的有机质、全氮、全磷随水平距离的变化特征,研究了土壤养分对湿地退化不同退化程度的响应特征。结果表明,不同退化阶段土壤有机质与全氮剖面均具有一个明显的富集层,既湿地退化前的泥炭沉积层。该沉积层在剖面中所处深度随退化程度的加剧而逐渐增加,且沉积层以上深度的有机质和全氮含量趋于一致。土壤中全磷含量在剖面波动较大,分布特征无明显规律,不同水平距离全磷平均含量无明显变化规律说明湿地退化对全磷含量无明显影响。以上研究结果表明,由于流动沙丘入侵是导致毛乌素沙地湿地退化的首要原因,湿地退化导致土壤有机质和全氮富集层深度逐渐下移,平均含量逐渐下降,而对全磷影响不大。

沙地濒危植物长柄扁桃生物学特性与抗逆性及应用综述

揭示长柄扁桃生物学特性与抗逆性机理并提高其在荒漠化治理中的生态效益和经济效益,是实现西北旱区荒漠化治理可持续发展和提升生态脆弱区生态系统服务功能面临的重要科学问题。本文回顾了长柄扁桃研究所取得的进展,包括建立了长柄扁桃快速育苗和无灌溉水栽培技术,揭示了不同地区长柄扁桃生长规律及其对逆境的适应性,推进了长柄扁桃在荒漠化治理中的应用及其产品开发等;在此基础上,提出了长柄扁桃研究面临的机遇和挑战,包括长柄扁桃的适生土壤类型与耗水量,不同地区长柄扁桃的合理种植密度及其调控和管理措施,长柄扁桃抗逆性机理及其产品开发与高值综合利用等,以期为我国在西北地区推广和建设长柄扁桃林、优化水土资源管理和提高脆弱生态系统的服务功能提供科学依据。

黄土高原2种典型灌木地土壤水分有效性及其影响因素

为确定土壤质地对旱生植物长柄扁桃(Amygdalus pedunculata Pall)和沙柳(Salix psammophila)幼苗不同生理指标水分有效性的影响,采用盆栽控水试验,研究了黄土高原2种典型质地土壤(砂土和壤土)下长柄扁桃和沙柳幼苗不同生理指标随相对土壤含水率(土壤含水率占田间持水率的比值)的动态变化。结果表明:2种质地土壤下长柄扁桃和沙柳幼苗各生理指标相对值在相对含水率降低至土壤水分阈值之前保持相对稳定,低于此阈值时随相对含水率的降低而迅速下降,且均可用非线性连续函数来拟合(R^2=0.890 5~0.986 4)。2种植物土壤水分有效性因选取指标的不同而略有差异,当以瞬时气体交换指标(相对净光合速率RPn和相对气孔导度RGs)为评价指标时,砂土水分有效性高于壤土;当以相对水分利用效率RWUE为评价指标时,壤土水分有效性高于砂土。瞬时气体交换指标(RPn和RGs)的水分阈值高于日变化指标(相对日蒸腾速率RTd),表明土壤质地和时间尺度均会影响植物生理指标对土壤水分有效性的响应。因此,在黄土高原进行植被恢复与生态建设时应考虑土壤质地对植物水分有效性的影响。

毛乌素沙地不同地下水位埋深下土壤水补给特征及影响因素

土壤水分是毛乌素沙地植被恢复与生态重建的关键因子,揭示不同地下水位(Groundwater Level,GWL)埋深下土壤水的补给与转化特征对于提高水资源利用效率和植被可持续建设具有重要意义。试验通过定期测定毛乌素沙地东南缘圪丑沟流域沙柳(GWL范围253~260 cm)、樟子松(GWL范围87~93 cm)和长柄扁桃林地(GWL范围172~176 cm)降水、土壤水及地下水δ2H和δ^(18)O,分析了不同GWL埋深下3种林地土壤水补给特征及其影响因素。结果表明:沙柳、樟子松及长柄扁桃林地土壤水δ2H和δ^(18)O均位于当地大气水线的下方,且3种林地土壤水线斜率(5.69~7.13)均小于当地大气水线斜率(7.79),表明各林地土壤水均在不同程度上受当地降水的补给。监测期间沙柳林地0~20 cm土壤水、樟子松和长柄扁桃林地0~40 cm土壤水均表现出重组分同位素贫化轻组分同位素富集的现象,且与降水同位素呈显著正相关关系(P<0.05),表明不同林地浅层土壤水(<40 cm)更易受降水补给的影响。不同林地深层土壤水(沙柳林地180 cm以下,樟子松林地60 cm以下,长柄扁桃林地120 cm以下)δ2H和δ^(18)O的均值与地下水接近,且随深度增加土壤水重组分同位素逐渐贫化并趋于稳定(变异系数<10%)。根据不同深度土壤水δ^(18)O和地下水δ^(18)O之间的相关关系,得出监测期间3种林地(沙柳、樟子松和长柄扁桃林地)地下水向上补给土壤水的深度范围分别为73~80、27~33和52~56 cm。因此,毛乌素沙地浅层地下水对深层土壤水的补给可在一定程度上缓解旱季土壤水分亏缺,为保障该区人工固沙植被生长提供潜在的水分来源。

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18~20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ^(18) O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素。结果表明,监测期间(6-11月)沙柳木质部水、降水、土壤水和地下水的δD值变化范围分别为-82.41‰~-52.91‰,-144.81‰~-6.60‰,-96.94‰~-42.65‰和-86.42‰~-71.82‰,δ^(18) O值变化范围分别为-10.77‰~-7.29‰,-18.86‰~-2.07‰,-12.85‰~-0.79‰和-10.86‰~-9.74‰。雨季(7-9月)降雨量和土壤含水量分别高于旱季(6,10,11月)24.80~90.10 mm和0.95%~1.84%,但6-9月地下水位却低于10-11月2~7 cm。沙柳根系在旱季6月主要利用深层土壤水(>200 cm)(33.70%)和地下水(26.20%),雨季(7-9月)逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<200 cm)为主(50.70%~54.00%),10-11月由于气温降低、降水减少及沙柳生命活动减弱,浅层土壤水(<200 cm)对沙柳根系吸水的贡献高于雨季(7-9月)35.20%~40.00%,而地下水对沙柳根系吸水的贡献显著降低(<5.00%)。因此,沙柳根系对于毛乌素沙地季节性干旱具有较强的适应和调节能力,其吸水来源随降雨量、土壤含水量和地下水位季节波动而变化。

黄土高原不同土质和植被类型下Cl^(-)运移特征及影响因素

为确定不同土质和植被类型下溶质运移特征及影响因素,采用垂直土柱易混置换法,研究了陕北六道沟和圪丑沟流域不同土质(砂土S、壤土L)和植被类型(乔AR、灌SH、草GR)下Cl^(-)运移特征。结果表明:Cl^(-)初始穿透时间(TS:12~80 min)、完全穿透时间(TE:75~480 min)、平均孔隙水流速(V:0.52~1.98 cm·h^(-1))和水动力弥散系数(D:0.75~2.55 cm2·h^(-1))均随土壤质地、植被类型和土层深度而发生变化。0~20 cm土层Cl^(-)的TS和TE最小,随深度增加而增大,V和D则相反。同一质地不同植被类型条件下0~1 m剖面中Cl^(-)的V和D均值表现为:S-AR> S-GR> S-SH和L-AR> L-SH> L-GR,TS和TE则相反,这是由于砂土和壤土中不同类型植物根系生物量剖面分布具有显著差异,进而影响大孔隙数量、孔隙连通性密度和优先流路径。同一植被类型不同质地土壤0~1 m剖面中Cl^(-)的V和D均值表现为:S-AR> L-AR;S-SH> L-SH;S-GR> L-GR,TS和TE则相反,这是由于土壤机械组成影响孔隙分布状况,砂土中大孔隙数量多且孔隙连通性密度高,有助于形成优先流,而壤土中细小孔隙所构成的复杂孔径及带电团聚体对离子的吸附作用会阻碍Cl^(-)运移。容重、大孔隙数、孔隙连通性密度、有机碳含量和颗粒组成均与V,TS和TE显著相关,表明土壤性质显著影响不同土质和植被类型下Cl^(-)运移特征。上述结果可为黄土高原不同质地土壤人工植被合理布局与配置,降低养分流失风险,提升生态系统服务功能提供参考。