中国南方喀斯特地区分布面积广,是世界上喀斯特发育最典型、分布最集中连片的区域,同时也是全球典型的生态环境脆弱区。由于该地不合理的人类活动和特殊的地上地下二元水文结构以及碳酸岩丰富的节理裂隙导致该地区水土流失严重,石漠化程度加深,土壤水分渗漏加剧,地表干旱缺水,临时性干旱和季节性干旱交替频发,使该区植物普遍遭受干旱胁迫,影响植物的生长发育和品质。根据地理学、植物学、生物化学、农学、营养学等基本原理,结合水分胁迫理论、生态系统理论、农业植物种植理论和植物营养理论,在代表中国南方喀斯特生态环境总体结构的贵州高原山区,选择毕节撒拉溪研究区、关岭-贞丰花江研究区和施秉喀斯特研究区,通过文献分析法、室内模拟实验法、野外田间试验法、方差分析法、相关性分析法、主成分分析法、多元逐步回归分析方法、冗余分析法、隶属函数法等研究方法,在2017-2020年本底调查的基础上,在以喀斯特高原山地为主的毕节撒拉溪研究区选取白车轴草(Trifolium repens)和桑树(Morus alba)为代表的植物、喀斯特高原峡谷为主的关岭-贞丰花江研究区选取紫花苜蓿(Medicago sativa)和构树(Broussonetia papyrifera)及施秉喀斯特研究区的黑麦草(Lolium perenne)和芒(Miscanthus sinensis)进行盆栽模拟干旱胁迫实验研究,干旱胁迫实验采用室内盆栽模拟干旱胁迫,设置正常供水control check(CK)、轻度干旱light drought stress(LS)、中度干旱moderate drought stress(MS)、重度干旱severe drought stress(SS)四个梯度,测定草灌植物的形态生长和生理生化指标,并利用这些指标进行抗旱性综合评价,筛选出抗旱性强的植物,同时进行野外田间试验,探讨植物营养价值与干旱胁迫的影响关系,在野外实验的基础上验证室内结果,2017-2020年分13次在三个研究区6个样地野外连续定位观测和数据采集,对456个样品的55个指标进行实验分析。紧紧围绕石漠化草灌干旱逆境适应与品质提升的基础前沿研究、共性关键技术研发、应用示范与产业化推广进行全链条设计、一体化部署、分模块推进研究工作。重点从石漠化草灌干旱逆境适应及与品质相互作用、石漠化草灌种植与品质提升技术研发与应用示范验证等方面进行系统研究,为喀斯特地区生态环境保护和植被恢复、植物选种育种提供理论依据和决策参考。(1)6种草灌植物的形态生长特征和光合生理特征对干旱胁迫的响应机理:6种植物的株高、比叶面积specific leaf area(SLA)、叶面积leaf area(LA)、叶绿素、叶片氮含量、叶片相对含水量leaf relative water content(LRWC)、净光合速率net photosynthetic rate(Pn)、蒸腾速率transpiration rate(Tr)、气孔导度stomatal conductance(Gs)、胞间CO2浓度cellular CO2 concentration(Ci)、最大净光合速率maximum net photosynthetic rate(Pn max)、暗呼吸速率dark respiration rate(Rd)、光补偿点light compensation point(LCP)、表观量子效率apparent quantum efficiency(AQY)和光饱和点light saturation point(LSP)随干旱程度加剧而减少,呈负相关关系,而叶片干物质含量leaf dry matter content(LDMC)、叶厚leaf thickness(LT)、水分利用效率water use efficiency(WUE)、相对电导率和丙二醛malonaldehyde(MDA)随干旱程度加剧而增加,呈正相关关系;在重度胁迫下,LRWC最高的是构树,其次是桑树和芒,相对电导率值黑麦草>构树>桑树>白车轴草>芒>紫花苜蓿,说明芒和紫花苜蓿的叶片细胞膜系统具有较强的耐受性,抗旱能力较强,而黑麦草和构树的叶片在遭受到干旱胁迫后细胞膜透性系统的伤害最大,膜透性增强,抗旱能力弱;叶片MDA含量芒>紫花苜蓿>桑树>构树>白车轴草>黑麦草。(2)通过隶属函数法对6种草灌抗旱性的综合评价结果:以6个形态生长和生理指标的隶属函数加权平均值对三个研究区6种草灌植物抗旱性进行综合评价:抗旱能力从大到小排序:构树>白车轴草>桑树>黑麦草>芒>紫花苜蓿,其中,构树的隶属函数加权平均值为0.828,为具有强抗旱特性的植物;其次是白车轴草,其隶属函数值为0.620,属于抗旱的植物;桑树、黑麦草和芒三者的隶属函数加权平均值分别为0.550、0.492、0.370,综合评价值均在0.3-0.6之间,属于中抗;紫花苜蓿的隶属函数加权平均值仅为0.167,耐旱性较弱,为弱抗。说明构树、白车轴草和桑树具有比较强的综合抗旱能力,所以在干旱较严重的地方种植构树、白车轴草和桑树可以更好适应干旱缺水的环境,可以促进植被恢复,减少因干旱而减产的损失,因此,具有较高抗旱性能的构树、白车轴草和桑树可以在干旱缺水的地区进行大规模推广和种植。(3)草灌抗旱性的田间验证结果:通过比较旱棚与对照组之间植物的存活率和株高,得出旱棚下植物的存活率:构树>桑树>白车轴草>黑麦草>芒>紫花苜蓿,旱棚株高与对照下降的幅度来看,紫花苜蓿>芒>黑麦草>桑树>构树>白车轴草,总体上田间干旱试验结果与各指标综合评价结果基本一致,抗旱性顺序:构树>白车轴草>桑树>黑麦草>芒>紫花苜蓿,田间试验的结果为室内模拟实验进行验证。(4)干旱与对照下的6种植物营养价值变化规律:通过主成分分析,6个物种总体营养成分指标对照组>干旱组,营养价值排名前六位:对照组构树>对照组白车轴草>对照组桑树>干旱组构树>干旱组白车轴草>干旱组桑树,总体来说,对照组植物的营养价值较干旱组高,表明植物在遭受干旱胁迫会导致营养品质的降低,根据多个指标的综合分析,得出营养价值:构树>白车轴草>桑树>紫花苜蓿>黑麦草>芒,在喀斯特高原山地撒拉溪研究区可以广泛种植白车轴草和桑树,白车轴草和桑树具有较高的粗蛋白,其营养价值高,在花江研究区种植营养价值较高的构树和紫花苜蓿可以提高收入,促进畜牧业发展,在施秉研究区,黑麦草和芒相对来说营养价值较低,可以通过一系列措施改善牧草的品质提高营养价值。(5)石漠化地区草灌干旱逆境适应与品质相互作用:喀斯特地区植物通过形态结构和生理生化结构的改变来适应干旱胁迫。通过多元逐步回归分析方法,探讨环境因子对植物光合生理参数的影响发现大气CO2浓度atmospheric CO2 concentration(Ca)、是影响Tr和Pn的主要环境因子,Tr与Pn和Gs呈显著正相关,Gs与Pn呈显著正相关;叶气饱和水汽压差vapor pressure difference in leaf gas saturation(Vpd)和Ca是影响Gs的主要环境因子。通过对植物的营养品质与土壤理化性质进行RDA表明土壤容重soil bulk density(SBD)和土壤总孔隙度total soil porosity(TSP)对植物品质影响作用显著,SBD对牧草的干物质dry matter(DM)、酸性洗涤纤维acid detergent fiber(ADF)和中性洗涤纤维neutral detergent fiber(NDF)有显著的促进作用,TSP对牧草的钙calcium(Ca)、相对饲喂价值relative feeding value(RFV)、相对牧草质量relative forage quality(RFQ)和非纤维性碳水化合物non-fibrous carbohydrates(NFC)有显著的促进作用,有效磷available phosphorus(AP)、有机质soil organic matter(SOM)和全钾total potassium(TK)对牧草品质影响作用显著,速效钾available potassium(AK)对DM、ADF和NDF有显著的影响,全磷total phosphorus(TP)对NFC有显著的影响,TK对木质素Lignin、镁magnesium(Mg)和钾potassium(K)有显著的影响,AP和SOM对粗脂肪ether extract(EE)有显著的影响,根据土壤理化性质在干旱环境下和对照组进行对比,比较土壤理化性质对于植物营养价值的单维和交互影响,土壤化学性质对植物营养品质的影响大于土壤物理性质。(6)石漠化地区草灌种植与品质提升关键技术与示范:针对喀斯特石漠化地区的特殊性,在石漠化现有技术的基础上,提出了适应于该地的草灌植物种植技术、品质提升技术,在喀斯特高原山地潜在-轻度石漠化地区毕节撒拉溪示范区种植白车轴草和桑树,在喀斯特高原峡谷中度-强度石漠化地区关岭贞丰花江示范区种植紫花苜蓿和构树,在施秉喀斯特示范区种植黑麦草和芒,根据毕节撒拉溪、关岭-贞丰花江和施秉喀斯特三个示范区的社会经济现状,在三个示范区应用草灌种植技术与品质提升技术来提高草灌植物的科学化种植技术和营养价值,提高人民收入,改善当地生活水平,还可以改善生态环境,减少水土流失,带来良好的生态效益、经济效益与社会效益。