三峡库区两种适生树种幼苗对土壤水分含量变化的光合与生长响应

【摘要】： 通过构建植被来保护三峡库区消落带生态环境是科学而且行之有效的方法。消落带水位周期性涨落使得库岸土壤反复经历从“淹没-干旱-淹没”的过程,因此选择能够同时适应水淹及干旱环境的植物物种并明确其耐受机理至关重要。本文以当年生的枫杨和湿地松幼苗作为研究对象,从两个方面模拟三峡库区消落带土壤水分含量变化规律开展实验：1)设置了对照CK(常规水分)、轻度干旱T1、水饱和T2和水淹T3四个处理组；2)设置CK(常规供水)、DR(常规供水-轻度干旱-复水),FL(持续水淹),FD(水淹-轻度干旱-复水),分别对枫杨和湿地松幼苗在不同土壤水分含量条件下的生长、光合以及叶绿素荧光的响应机制进行探究和分析。得到的主要结果如下： 1)土壤水分含量变化对枫杨和湿地松幼苗的影响 水淹以及水分饱和条件下枫杨幼苗均会形成不定根,以帮助植株能够获得更多的O2,维持生理活动。轻度干旱、水饱和和水淹均使得枫杨和湿地松幼苗的株高、地上部分生物量以及地下部分生物量的增加量显著减小甚至出现负增长,其中水饱和条件下幼苗生长受到的影响最小。在水饱和和水淹条件下两种幼苗的基径均显著增大。两种幼苗在轻度干旱条件下都具有较高的根冠比,一定程度上体现了植株较高的抗旱能力。 土壤水分胁迫使枫杨和湿地松幼苗的净光合速率均有所下降,但是两者却呈现不同的变化特点。枫杨幼苗Pn在水淹25d时就出现显著下降,50天后,Pn下降比例大小为T1(60.3%)T3(47.8%)T2(28.1%),随后趋于稳定。而湿地松幼苗在水淹25d后其Pn下降了35.4%,但随时间的延长其净光合速率有所上升,胁迫末期仅比对照低20.5%；而T1和T2组湿地松幼苗的Pn均连续下降,胁迫末期,T1、T2和T3没有显著差异。轻度干旱胁迫对枫杨和湿地松幼苗的气孔导度和蒸腾速率的抑制影响显著,但其在水淹和水饱和条件下的变化与对照无显著差异。两种幼苗的Ci均在T2和T3条件下有所升高,而在T1条件下呈总体下降趋势；T2和T3组净光合速率下降的主要因素是非气孔限制,T1则主要是气孔限制。T2和T3组的枫杨和湿地松幼苗的水分利用效率(WUE)均有不同程度的下降,而轻度干旱条件下其值则通常较高,枫杨幼苗WUE最大值为6.94μmol·mmol~(-1),湿地松幼苗WUE最大值为8.86μmol·mmol~(-1)。 枫杨幼苗在水淹和水饱和条件下,其总叶绿素含量和类胡萝卜素含量均相比对照有不同程度的下降,而轻度干旱胁迫下其总叶绿素含量和类胡萝卜素含量则有不同程度的上升。T3组枫杨幼苗光合色素含量持续处于最低状态,各组叶绿素与类胡萝卜素含量之比界于4.475～6.920之间波动,而叶绿素a与叶绿素b的含量之比界于2.518～3.216之间波动。湿地松幼苗在T3条件下其光合色素含量最低。胁迫末期,T1的光合色素含量最高,T2高于T3而低于T1。叶绿素与类胡萝卜素含量之比在3.604～5.042之间内波动,而叶绿素a与叶绿素b的含量之比在2.136～3.393之间波动。 2)土壤水分含量交替变化对枫杨和湿地松幼苗的影响 持续水淹显著降低了枫杨和湿地松幼苗的株高和生物量的增长量,但基径却有所上升。DR组幼苗在轻度干旱条件下,生长和生物量均有显著下降,但枫杨幼苗下降幅度远大于湿地松幼苗；而在FD组幼苗在复水后其生物量均与前期无显著变化。水淹利轻度干旱胁迫使两种幼苗自由水／束缚水比值均有所下降。而复水后,其比值均能够迅速回升至对照水平。 DR组和FD组的枫杨和湿地松幼苗在干旱胁迫下其净光合速率有不同程度的下降,而在复水后Pn均基本回升至对照水平。FD组的两种幼苗在干旱胁迫时均表现出最低的蒸腾速率和气孔导度。 DR组枫杨幼苗的总叶绿素含量始终与对照无显著差异,FD在干旱胁迫下时其总叶绿素含量显著高于FL,复水后其含量迅速上升,仅比对照低18.9%。DR在轻度干旱胁迫下其类胡萝卜素含量下降,FD在受到轻度干旱胁迫时其类胡萝卜素含量显著高于FL,复水后继续上升。各组的总叶绿素与类胡萝卜素含量之比在4.798～6.729范围内波动,而叶绿素a与叶绿素b的含量之比在2.163～2.823之间波动。 湿地松各处理组幼苗总叶绿素含量总体呈现先降后升的趋势。DR的类胡萝卜素含量在轻度干旱胁迫下显著下降,复水后略升。FD在干旱下胁迫下比前期显著升高。叶绿素与类胡萝卜素含量之比在4.379～6.019范围内波动,而叶绿素a与叶绿素b的含量之比在2.207～2.850之间波动。 持续水淹显著降低了枫杨幼苗的Fv/Fm值,DR和FD枫杨幼苗的Fv/Fm始终与对照没有显著差异,实验末期,它们的Fv/Fm值分别为0.808利0.791。土壤水分交替变化也并未对湿地松幼苗各处理组的Ps II最大光化学效率Fv/Fm产生显著影响。 短期水淹使枫杨和湿地松幼苗的ETR和Yield都出现较大幅度的下降,但随时间延长有所上升。枫杨幼苗FD组在干旱处理下其ETR和Yield上升至对照水平,DR的ETR和Yield都相比对照显著下降,复水后恢复到对照水平。FD在干旱胁迫下的qP值与对照没有显著差异,而复水后显著升高。DR的qP值和qN值未受到干旱胁迫的影响。FD在干旱处理时其qN值比对照略高,复水后显著高于对照。湿地松幼苗FD组和DR组的ETR和Yield的变化趋势相同,干旱胁迫下前者升高,而后者下降,但均与对照无显著差异。干旱胁迫下,DR的qP值和qN升高；而FD则与对照没有显著差异。 综上所述,枫杨幼苗和湿地松幼苗在生长、光合特性和光合色素含量以及叶绿素荧光特性方面都表现出一定的耐水淹以及抗干旱能力。因此本实验中的两种乔木树种均可用于三峡库区消落带植被的恢复重建。