贝壳堤岛3种灌木叶片光合作用的水分响应性研究

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在我国干旱缺水地区,如何筛选出具有较高生产力的植被或者在保持中等生产力水平的同时具有较高水分利用效率的植被,成为植被恢复与生态重建的核心问题。黄河三角洲贝壳堤岛是世界上规模最大、唯一新老并存的贝壳堤,主要由生活在潮间带的贝类死亡之后的壳体及其碎屑,经波浪搬运在高潮线附近堆积形成,是一种非常独特的滩脊地貌类型,具有重要的保护价值。黄河三角洲贝壳堤岛滩脊地带海拔相对较高,地下水位较低,贝壳砂土壤孔隙度大、粗砂粒含量最高,涵蓄降水能力差,加之该区域蒸降比较大,季节性缺水严重,从而导致该立地条件下植被生长受到干旱缺水的严重限制,植被类型以旱生的灌木和草本植物为主,生态系统脆弱。酸枣(Ziziphus jujuba var.spinosus)、杠柳(Periploca sepium Bunge)和叶底珠(Securinega suffruticosa(Pall.) Rehd)是滩脊地带的三种常见灌木树种,目前,贝壳砂生境不同水分胁迫下主要灌木树种叶片光合生理活动与土壤水分的定量关系及响应过程尚不明确,以至于现有的树木抗旱生理研究在应用于贝壳堤岛的适地适树及物种配置中受到较大限制。  本研究以黄河三角洲贝壳堤岛滩脊地带主要灌木酸枣、杠柳和叶底珠的3年生苗木为试验材料,通过盆栽控水试验模拟设置贝壳砂生境系列水分条件,测定不同水分条件下三种灌木叶片主要光合参数的光响应及叶绿素荧光参数,定量评价不同光合光响应模型对三种灌木叶片净光合速率(Pn)光响应过程及其特征参数的拟合效果,根据三种灌木叶片光合参数的光响应过程、叶绿素荧光参数以及Pn光响应最优模型的拟合结果,探讨三种灌木叶片光合作用的水分响应特性,明确贝壳砂生境三种灌木苗木生长适宜的水分条件,以期为黄河三角洲贝壳堤岛主要灌木树种的立地选择及水分栽植管理提供理论依据和技术参考。主要研究成果如下:  (1)直角双曲线修正模型对不同水分条件下酸枣叶片Pn光响应过程拟合效果较好,非直角双曲线模型对不同水分条件下杠柳和叶底珠叶片Pn光响应过程拟合效果较好,直角双曲线模型对三种灌木叶片Pn光响应过程的拟合效果均为最差。非直角双曲线模型对三种灌木叶片的最大净光合速率和光饱和点的模拟效果最好,直角双曲线修正模型对三种灌木叶片的暗呼吸速率、表观量子效率和光补偿点的模拟效果最好,表明非直角双曲线模型较适合植物叶片Pn光响应低光强阶段的拟合,直角双曲线修正模型较适合植物叶片Pn光响应高光强阶段的拟合。  (2)三种灌木叶片不仅对水分逆境具有较强的生理适应性和可塑性,而且具有较高的光合能力,其中,在适宜水分条件下,酸枣苗木具有较高的光合作用潜力、呼吸活性以及对光能的利用能力,光合作用效率最高,杠柳光合作用效率次之,叶底珠光合作用效率较差。  (3)三种灌木在轻度干旱或渍水胁迫时,光合作用主要以气孔限制为主,在严重干旱胁迫时,光合作用主要以非气孔限制为主。酸枣、杠柳和叶底珠叶片气孔限制与非气孔限制的转折点分别出现在土壤相对含水量(RWC)为25%、35%和40%时。三种灌木叶片叶绿素荧光参数在非气孔限制为主的水分阈值内发生显著变化,以PSⅡ反应中心为主的光合机构受到损伤。酸枣光合机构对干旱胁迫的忍耐性最强,杠柳其次,叶底珠最差。  (4)黄河三角洲贝壳砂干旱生境酸枣、杠柳和叶底珠苗木生长较为适宜的土壤水分条件分别在RWC为56%-80%、58%-80%和66%-75%的范围内。其中,酸枣的水分生态幅最宽,杠柳次之,水分生态幅略窄于酸枣,叶底珠的水分生态幅最窄。贝壳砂生境三种常见灌木中,酸枣苗木对土壤水分变化的适应性较强,杠柳次之,叶底珠最差。  综上所述,黄河三角洲贝壳砂生境三种常见灌木叶片的光合作用对土壤水分逆境具有较强的生理适应性和可塑性。酸枣苗木生长较适宜的水分条件在RWC为56%-80%内,而酸枣苗木生长所允许的最大土壤水分亏缺在RWC为25%时;杠柳苗木生长较适宜的水分条件在RWC为58%-80%内,其生长所允许的最大土壤水分亏缺在RWC为35%时;叶底珠苗木生长较适宜的水分条件在RWC为66%-75%内,其生长所允许的最大土壤水分亏缺在RWC为40%时。三种灌木中,酸枣苗木对贝壳砂生境土壤水分变化的适应性最强,对干旱生境的忍耐能力最强,并且适宜水分条件下光合作用效率最高;杠柳苗木对土壤水分的适应性、耐旱能力及光合效率水平均次于酸枣;叶底珠苗木最差。从适应干旱逆境条件下植物光合生理过程的有效程度进行评价,酸枣可以作为黄河三角洲贝壳堤岛滩脊地带植被恢复与生态重建的优选树种进行大量栽植。
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