三峡库区几种陆生植物对水淹的光合及生长响应

来源 :西南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liongliong567
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三峡水库建成后这些地段由于有近半年时间都处于完全水淹情况下,很少有植物能够生存,从而给库区内消落带造成水土流失、环境污染等一系列问题,这成为三峡水利工程建设带来的最严重的生态问题之一,采用在消落带内人工构建植被是保护三峡库区消落带生态环境的重要措施之一。在人工植被构建中,选择适应水淹环境的植物物种并明确其水淹耐受机理十分重要,是解决三峡库区消落带问题迫切所需的。水淹会改变土壤的生理、生化和生物特性,从而显著改变植物生长的环境条件,对于植物来讲,水淹主要影响植物的生理特性、形态学特征和解剖学特征。水淹的主要危害之一是导致土壤缺氧,缺氧会引起植物的光合生产降低、地上和地下部分的生长减慢、总生物量积累降低、死亡率增加。本文针对水淹对植株的危害,分别从植株的光合作用、叶绿素荧光、水下光合和生长四个方面探讨,水淹是否会极大地影响几种常见岸生植物的生理和生长特征。本实验在三峡库区生态环境教育部重点实验室研究基地中进行,所用材料为三峡库区几种常见岸生植物,分别于2005年5月中旬和2006年5月中旬取自嘉陵江沿岸。实验材料每盆3株。盆中央内径为25cm,高15cm,盆内土层厚度12cm。保证所有实验植株具有相同的土壤基质、光照条件和水分条件,并给予相同的除草等实验管理,栽培2-3月后进行水淹实验,测定了在不同的水淹条件下,植株的光合作用、叶绿素荧光、水下光合和生长。通过研究三峡库区岸生植物野古草(Arundinella anomala Steud.)和秋华柳(Salix variegata Franch.)对水淹的光合响应,研究结果发现:在水淹前期,水淹对野古草和秋华柳的光合特性影响较小,直到水淹60 d后,才对野古草和秋华柳的光合特性有显著影响,且影响程度随水淹深度的不同而不同,其中水淹20 d后,半淹处理的野古草叶片净光合速率比对照高出16.1%。水淹60 d后,水下0.5m和水下2m的野古草植株净光合速率显著低于对照和半淹,其净光合速率分别为7.51μmol·m-2·s-1和9.15μmol·m-2·s-1。水淹40 d后,相同水淹深度处理下秋华柳植株的净光合速率显著高于耐水湿环境的垂柳(Salix babylonica L.)(p<0.05)。水淹90 d后,全淹处理植株的光合能力较对照有显著的下降(p<0.05),对照、水下0.5 m和水下2 m植株的净光合速率分别为13.2μmol·m-2·s-1、10.1μmol·m-2·s-1和8.05μmol·m-2·s-1,同时全淹植株PSⅡ的最大光化学效率也有一定程度的下降,显著低于对照和水淹根部处理的植株(p<0.05)。结果表明水淹处理对野古草和秋华柳净光合速率的影响显著小于对其他一些耐淹或不耐淹的植物物种的影响。水淹处理60天后,野古草和秋华柳叶片仍具有较为正常的电子传递速率、表观量子效率、叶绿素利用效率和羧化效率,其光合速率下降的原因主要表现在光合机构PSⅡ有功能的反应中心含量降低,同时也有可能与叶绿素合成和叶片中Rubisco的催化活性和数量多少有关。通过研究水淹对构建三峡库区消落带的几种备选植物光合特性的影响,结果表明:水淹30d后,菖蒲、甜根子草和香根草的净光合速率与对照无显著差异,地瓜藤由于水淹而死亡。水淹60d后,菖蒲、甜根子草、芦苇和牛鞭草的净光合速率分别下降到对照的75.1%、80.5%、40.7%和55.7%,同时香根草的净光合速率比对照增加了16.9%。水淹90d后,由于长期水淹芦苇全部植株均无绿色叶片,并有2/3植株死亡,菖蒲、甜根子草、香根草和牛鞭草的净光合速率分别为对照的51.7%、57.8%、67.8%和33.4%。水淹60d后,牛鞭草、芦苇、菖蒲和甜根子草的胞间CO2浓度显著高于对照植株,同时其气孔限制值显著低于对照植株。水淹90d后,所有水淹植株的胞间CO2浓度都显著高于对照植株,气孔限制值显著低于对照植株。所以水淹后植株的净光合速率下降主要由非气孔限制因素引起的。通过研究水淹对三峡库区两种岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)和野古草(Arundinella anomala Steud.)水下光合的影响,结果表明:(1)秋华柳和野古草在水下的光合速率(放氧速率)显著高于典型的陆生植物香樟(Cinnamomum camphora(L.)Presl.)和马唐(Digitaria sanguinalis(L.)Scop.),也显著高于不耐淹物种燕麦草(Arrhenatherum elatius),同时与耐淹物种虉草(Phalaris arundinacea)和皱叶酸模(Rumex crispus)的水下光合相当。水淹5d和15d后,在低CO2浓度和低光强的测定条件下秋华柳和野古草植株的水下放氧速率显著高于相同水淹处理和测定条件下的陆生植物香樟和马唐的水下放氧速率,且显著高于不耐淹物种燕麦草在低CO2浓度和高光强下全淹处理一周后的水下放氧速率,但略低于耐淹物种虉草和皱叶酸模在低CO2浓度和高光强下全淹处理一周后的水下放氧速率。同时,水淹20d和40d后,在高CO2浓度和高光强的测定条件下秋华柳和野古草的水下放氧速率与相同处理和测定条件下耐淹物种虉草和皱叶酸模的水下放氧速率相当,同时显著高于不耐淹植物燕麦草的水下放氧速率。(2)在长期水淹的条件下,秋华柳和野古草仍具有水下光合的能力。在水淹60d后,水淹2m的秋华柳和野古草植株的水下放氧速率显著低于对照植株的水下放氧速率,但仍具有水下光合的能力。同时,研究也表明在水淹60d后,秋华柳表现出比野古草强的水下光合能力。通过研究三峡库区岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)对水淹的生长响应,结果表明:随着水淹时间的增加,水淹根部植株不定根数量不断增加,而全淹植株只有极少量的不定根产生。水淹根部植株的主茎长的增加、分枝数的增加、主茎新生叶片数、根生物量的积累和总生物量的积累都高于全淹植株,全淹植株在水淹过程中,其主茎长、分枝数、主茎新叶数、根生物量和总生物量都有增加,同时其凋落叶片较多。水淹90 d后,秋华柳植株的存活率为100%。综上,本论文:(1)通过水淹对所选的几种物种的光合作用的影响的研究,明确了水淹对其中野古草、秋华柳、牛鞭草、甜根子草、芦苇、菖蒲和香根草的光合能力影响较小,而对地瓜藤的影响相对较大;(2)通过水淹对秋华柳和野古草的叶绿素荧光的影响的研究,明确了水淹对秋华柳的最大光化学效率较小,而对野古草的最大光化学效率相对较大。(3)通过水淹对秋华柳和野古草水下光合的影响的研究,明确了这两种植物的水下能力显著高于典型的陆生植物,且在长期水淹的条件下仍具有水下光合的能力。(4)通过水淹对秋华柳生长特性的研究,明确了在不同的水淹深度下,秋华柳采取不同的生长方式,在水淹根部的条件下,植株受水淹的影响较小,水淹植株的生长与对照植株的差异不显著,而在全淹的条件下,植株会降低植株的生长速率,减少植株地上和地下部分的生物量积累;
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