海岸先锋植物滨麦抗风和抗盐生理可塑性研究

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海岸带长期受海风、潮汐、海水侵蚀作用不仅使海岸沙地地形不平,产生向岸面的迎风面和背风坡,还使海岸不同生态断带在土壤盐含量及风速等微环境不同(环境异质性)。然而,滨麦(Leymusmollis)既可在近高潮线高盐度和强海风环境下形成单一种群,还可在远离高潮线,低盐度弱海风环境下与其他植物共存。但目前尚不清楚滨麦适应异质环境的生理可塑性调控机理。本研究通过盐分在海岸带异质环境形成中作用、海风对迎风面和背风面滨麦光合特性的影响、冬春季温变过程中滨麦不同器官碳水化合物变化在抗风中作用的分析,以揭示滨麦抗风吹袭和适应盐胁迫的生理机理,丰富植物抗风沙理论,为海岸带生态修复提供理论依据。结果如下:(1)海岸带土壤盐分与土壤酶和养分及植被分布的关系。以生长在海岸带迎风面与背风坡上的滨麦为材料,通过测定滨麦根际土壤矿物离子、土壤养分、土壤酶以揭示土壤盐对土壤养分转化的影响及与滨麦生长的关系;结果表明,在近高潮线(10m)处土壤Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-含量都最高,尤其是土壤Na+含量,近高潮线(10m)处比远高潮线(50m)处高2081.1%。与近高潮线(10m)相比,远离高潮线(50m)土壤蔗糖酶活力、脲酶活力、磷酸酶活力分别增高204.7%、390.3%、和454.7%。土壤酶活力与土壤盐离子含量呈负相关。同样,随着远离高潮线,土壤有效氮,有效钾,全钾,有效磷,全磷的含量都在升高。与近高潮线(10m)相比,远高潮线(50m)土壤有效氮、有效钾、全钾、有效磷、全磷含量分别增加了69.7%、5.5%、2.6%、44.9%、8.1%。研究表明,盐分通过对土壤酶活力和土壤养分的抑制作用在不同生态断带环境异质性上起重要作用。(2)海岸不同生态断带滨麦光合特性与其环境风向异质性关系。以生长在海岸带迎风面与背风坡上的滨麦为材料,通过在静风天和大风天测定不同生态断带滨麦叶绿素含量、光合生理参数分析,揭示海风对滨麦光合作用的影响及与滨麦生长的关系,结果表明,夏秋季迎风面(30m处)生长的滨麦植株较矮、叶绿素含量较高;在背风坡(70m处)生长的滨麦植株较高、叶绿素含量较低。秋季静风天,迎风面滨麦比背风坡滨麦日均Pn、Tr、Gs均高。但在秋季大风天迎风面滨麦Pn、Tr、Gs明显较静风天低,而背风面滨麦叶片Pn、Tr、Gs却均较静风天高,导致在大风天背风面滨麦Pn、Tr、Gs高于迎风面滨麦。静风天迎风面温度较低是其Pn较高的原因,而背风面高温、空气流动不畅造成其Pn较低。相反,在大风天作用下,迎风面滨麦气孔导度下降可能是其Pn下降的生态因子,而背风面温度降低导致滨麦Pn增高。研究表明,不同生态断带滨麦长期对不同风环境适应使得滨麦的光合代谢和能量分配特性发生改变。(3)冬春季海岸滨麦碳水化合物变化差异性与其环境异质性关系:通过对不同生态断带滨麦在冬季降温和春季升温过程中,其根、茎、叶中结构和非结构碳水化合物含量的测定,从碳水化合物能量的储存和转移角度分析滨麦对微环境差异的适应机理。结果表明,处在近高潮线(10m)高盐、高水分、强风和低温环境的滨麦根茎和芽粗壮、地上枝叶低矮,春季返青晚;随远离高潮线(50m)土壤盐浓度和海风风速降低,温度增高,滨麦根茎变细,地上枝叶细长,春季返青早,其不同生态断带滨麦形态可塑性与环境异质性相关。随晚秋气温下降不同生态断带滨麦地上部非结构碳水化合物向地下转移,地下繁殖器官芽和根茎成为了非结构性碳水化合物的“库”。在茎和根中可溶性糖向顶芽转移同时淀粉下降,纤维素含量增加。但近高潮线10m处的滨麦,冬季地上非结构性碳水化合物转移地下较早,并储存了较多的非结构碳水化合物,春季返青晚但叶中积累较多的纤维素与其抗冻和抗风相关;而生活在远离高潮线50米处的滨麦晚秋生活期略有加长,冬季转移到地下部的非结构碳水化合物较少,储存量较低,返青较早使叶片和地下部非结构碳水化合物含量较高与其环境低盐、弱海风及其快速生长相关。因此,不同生态断带滨麦所展示的碳代谢生理可塑性在其适应异质环境、产生形态可塑性、维持较高的生态幅和形成多抗逆性中起重要作用。总之,生长在不同生态断带的滨麦,通过调整光合代谢以及碳水化合物在各器官的储存和转化来适应海岸带的异质性环境。滨麦较强的生理可塑性可能是其可适应不同盐度土壤、不同海风风力、不同温度环境而具有抗盐耐风沙和较大生态幅的关键。
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