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陕北黄土高原优势物种叶片结构与生理特性不同立地环境的生态响应

杜华栋  
【摘要】: 本文以陕北黄土高原丘陵沟壑区6种优势物种(猪毛蒿Artemisia scoparia;铁杆蒿Artemisia sacrorum;茭蒿Artemisia giraldii,达乌里胡枝子Lespedeza daurica;长芒草Stipa bungeana;白羊草Bothriochloa ischcemum)为材料,通过常规石蜡切片技术和相关生理指标的测定,研究了不同立地环境下(沟间地、沟谷地、刺槐林地)植物叶片表皮特征、气孔可塑性、叶保护组织特征、叶肉细胞形态、叶输导组织特征、旱生异常结构及相关生理指标的变化,旨在揭示不同物种对不同立地环境的生态适应机制;采用灰色关联度分析法,分析了不同解剖结构性状和不同生理指标与植物抗逆性的关系;综合结构性状和生理特性,运用模糊隶属函数法对6种优势物种的抗逆性进行了综合评价。本研究对进一步从结构和生理两个方面探讨黄土高原植物群落演替规律的内在原因及陕北黄土高原丘陵沟壑区植被的自然恢复与重建具有一定的理论与实践意义。主要研究结果如下: (1) 6种供试植物叶表皮的气孔器密度、气孔指数、气孔面积与周长、表皮毛密度均随立地水分条件的减少而增大;表皮细胞密度、表皮毛长度则相反。达乌里胡枝子、茭蒿叶的气孔可塑性相对较大,对干旱的耐受能力较强;猪毛蒿气孔可塑性最小,且其有C3植物出现类似CAM植物的特性。 (2) 6种供试植物各自具有抵抗黄土高原干旱和强光照环境的特殊解剖结构:猪毛蒿叶具有贮水组织、分泌组织和环栅型叶肉细胞;铁杆蒿叶肉全特化为栅栏组织;茭蒿具有双栅型叶肉细胞和分泌结构;达乌里胡枝子叶具有发达的粘液细胞;白羊草叶上表皮具有发达的泡状细胞,叶内具有花环结构;长芒草叶上表皮下陷形成气孔窝,表皮下具有2至多层的厚壁组织。 (3)植物在干旱强光照的沟间地与土壤干化的刺槐林立地环境下,叶片上表皮角质层厚度、栅栏组织厚度、叶片贮水组织厚度增加;叶片上表皮细胞体积、韧皮部面积增大;木质部面积、木质部面积/韧皮部面积缩小;以上结构特征在沟谷地表现相反;刺槐林下植物叶片厚度最小。 (4)植物在干旱强光照的沟间地与土壤干化的刺槐林立地环境下,叶片可溶性糖含量、淀粉含量、脯氨酸含量都有增加的趋势;沟间地比叶面积减少;林地、沟谷地叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量增多。 (5)灰色关联度分析植物解剖结构特征与植物抗逆性关联度,除木质部外都有很高的关联系数,可与植物叶片解剖特征变异系数联合起来作为重要的植物抗逆适应性鉴定指标;植物生理特征与植物抗逆性灰色关联度分析表明,比叶面积大小、叶绿素、可溶性糖、淀粉、脯氨酸、丙二醛含量与植物抗逆性均有较高的关联度,都可作为植物抗逆适应性鉴定指标。 (6)运用模糊隶属函数法对植物的抗逆性进行综合评价,抗逆性强弱次序依次为:达乌里胡枝子猪毛蒿铁杆蒿茭蒿白羊草长芒草。 (7)6种供试植物对黄土高原丘陵沟壑区各自有不同的生态适应特征:白羊草适应干旱强光的环境,对沟间地有很好的适应特性;研究得出长芒草生长对立地环境的要求条件较高,适合生长在生境较好的林地与沟谷地,但其立地适应性还有待进一步的研究;猪毛蒿叶片解剖结构变异系数最大,成为该地区植被自然恢复中植物群落演替的先锋物种;达乌里胡枝子从植物气孔特征和生理特征方面衡量都有很高的环境适应性,使其占有广阔的地理范围和多样化的生境,从而成为该地区的广幅种;铁杆蒿综合抗逆特性对逆境的适应性较强,因此成为该地区演替中期土壤表层干化时的主要物种之一;茭蒿从光合作用角度对环境有较好的适应性,但其综合隶属函数值表明,其综合抗逆性在3种蒿类中最低。


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