论文部分内容阅读
太行山区以其丰富的森林资源发挥着重要生态服务功能,是华北地区的天然生态屏障。然而,受华北暖干气候变化趋势的影响,山区内树木的更新与存活面临着巨大挑战。在此背景下,明确树木种子萌发和幼苗光合生理对干旱胁迫的响应特征,甄选出种子和幼苗对干旱较为敏感的生理指标,筛选出更能适应干旱环境的乔木树种对于缓解太行山区水资源紧张和干旱趋势具有重要意义。为此,本研究分别以区域内的三个优势乔木树种:梓树(Catalpa ovata)、臭椿(Ailanthus altissima)和刺槐(Robinia pseudoacacia)为目标物种,设置不同聚乙二醇(PEG-6000)溶液浓度,探究种子在模拟的不同干旱胁迫梯度下发芽指标的变化,设置不同土壤水分梯度,测定幼苗的光合和荧光特性对不同干旱胁迫梯度的响应,甄选出评估种子和幼苗的首选抗旱敏感指标,并对三个乔木树种的抗旱性进行综合评价,研究结果如下:(1)梓树、臭椿和刺槐种子的发芽势、最终发芽率、发芽指数和活力指数均随着聚乙二醇(PEG-6000)溶液浓度的增加而降低:10%PEG-6000溶液浓度下梓树和臭椿种子的发芽势降为0,刺槐种子较对照(纯水)下降54.2%;相比另外两个树种,刺槐种子的最终发芽率、发芽指数和活力指数在不同PEG-6000溶液浓度下较对照均降幅最小。值得注意的是,5%PEG-6000溶液略微促进了梓树和刺槐种子的芽长、梓树和臭椿种子的鲜重,10%PEG-6000溶液浓度则对三个乔木树种种子均产生抑制作用。(2)随着干旱胁迫的加剧,三个树种幼苗的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、和气孔导度(Gs)均降低,梓树和臭椿的胞间CO2浓度(Ci)分别呈逐渐上升和下降的趋势,而刺槐的Ci表现为先降低后升高的变化。三个树种的气孔限制值(Ls)的变化趋势随干旱胁迫程度的加重与Ci变化趋势正好相反。轻度干旱胁迫使梓树的叶片水分利用效率(WUE)较CK(充分灌水)下降2.2%,而臭椿和刺槐分别升高4.5%和4.0%;重度干旱胁迫下梓树的WUE较CK提高了3.8%,臭椿下降10.1%,刺槐则降低不明显。(3)干旱胁迫使三个乔木树种的初始荧光(Fo)逐渐上升,而最大荧光(Fm)、实际光化学效率(ΦPS Ⅱ)和电子传递速率(ETR)逐渐下降。其中ETR受干旱胁迫的影响最为敏感,轻度和重度干旱胁迫均导致三个树种的ETR较CK显著降低(P<0.01)。梓树和臭椿的最大光化学效率(Fv/Fm)和光能捕获效率(Fv’/Fm’)在不同干旱处理下的排序均为:CK>轻度干旱>重度干旱,而刺槐的Fv/Fm和Fv’/Fm’则表现为:轻度干旱>CK>重度干旱。梓树和刺槐的光化学淬灭系数(qP)随干旱胁迫的加剧呈先降后升的趋势,臭椿则表现为逐渐下降的变化。梓树的非光化学系数(NPQ)变化趋势与其qP相反,分别较CK上升3.1%和下降2.1%,而臭椿和刺槐的NPQ逐渐升高,在重度干旱胁迫下较CK分别上升10.7%(P<0.01)和5.2%。(4)应用主成分分析法(Principal component analysis,PCA)甄选出发芽势和芽长作为评估种子抗旱性的首选抗旱敏感指标,Ci、Fo、ETR和NPQ作为评估幼苗抗旱性的首选抗旱敏感指标,经模糊隶属函数法计算后三个乔木树种的抗旱能力高低排序为刺槐>臭椿>梓树。综上所述,刺槐种子在适度的干旱胁迫环境中的发芽率和种子活力要高于梓树和臭椿,幼苗的光合作用相较于另外两个树种受干旱胁迫的抑制作用小,能及时启动非气孔因素与气孔因素相结合的应对策略来抵抗胁迫。此外,从荧光参数的变化可以看出刺槐具有较强的热耗散能力,可以消耗释放多余的光能以减轻过剩光能对光合系统的伤害,并且在对光能的利用能力下降之时,依旧将大部分吸收的光能分配给光合作用使用来积累营养物质保证植株生长。因此,本试验认为,若从抗旱方面考虑,刺槐相比于梓树和臭椿可成为太行山区森林更新和人工造林的较优选树种。