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本文以黄土高寒区主要造林树种沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)、沙木蓼(Atraphaxis bracteata A.Los.)、银水牛果(Shepherdia argentea(Pursh)Nutt.)、白桦(Betula platyphylla Suk.)、华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.)和青海云杉(Picea crassifolia Kom.)为试验材料,通过系统研究不同干旱胁迫、盐胁迫条件下植物的生长形态、叶片水分和光合生理响应以及林木蒸腾耗水规律,深入探讨该区主要造林树种的抗旱耐盐机理及耗水特性,为不同立地条件下植被恢复中抗逆树种的筛选及栽培奠定基础,进而为当地的生态环境建设及退耕还林还草工程提供科学的理论依据。
本文主要得出以下结论:
(1)黄土高寒区主要造林树种抗旱特性
干旱胁迫对沙棘、白桦和银水牛果三种幼苗的株高生长、单株叶面积、生物量均产生了显著抑制,且干旱胁迫程度越高,下降幅度越大。总体来说,白桦的生长及生物量对干旱胁迫反应最剧烈,沙木蓼次之,银水牛果和沙棘的表现最好。
干旱胁迫下沙棘和银水牛果幼苗光合作用的降低在W1(＞22.7％)至W3(7.6％～15.1％)处理下为气孔限制,在W4(＜7.6％)处理下为非气孔限制因素所致。沙木蓼幼苗光合作用的降低在W1和W2处理下为气孔限制,在W3和W4处理下为非气孔限制因素所致。而白桦幼苗光合作用的降低在W2(15.1％～22.7％)处理下就转为非气孔限制。
(2)黄土高寒区主要造林树种耐旱机理判别
萎蔫试验中,白桦土壤水分下降最快,在萎蔫试验30天、土壤含水量降低至5.75％时,出现严重的萎蔫现象。沙棘的土壤水分下降最慢,且忍耐干旱的时间最久,在45天、土壤含水量降低至3.85％时,才出现萎蔫。沙木蓼和银水牛果在40天时出现萎蔫。由此判断,白桦的耐旱性最弱,银水牛果和沙木蓼的耐旱性强,沙棘的耐旱性最强。根据耗水指数排序,耐旱性强弱为:沙棘＞银水牛果＞沙木蓼＞白桦。
四种植物的清晨叶水势与土壤含水量的关系可以应用y=a+b/x拟合;叶水势与土壤水势的关系可以应用y=axb拟合。利用土壤水分和土壤水势的两种判别模型,四种植物的判别结果一致,均为低水势忍耐脱水耐旱树种。
(3)黄土高寒区主要造林树种耐盐生理
沙棘和白桦幼苗叶片的光合能力即使在最低浓度下(200 mmol·L-1 NaCl)也受到了强烈的抑制,而沙木蓼尤其是银水牛果光合能力仅在最高盐浓度下(600 mmol·L-1NaCl)受到明显的抑制。从整体表现看,银水牛果的耐盐性最强,沙木蓼次之,沙棘和白桦最弱。盐胁迫下,四树种叶片叶绿素含量均显著下降,植物叶片Na+含量显著增加,而K+、Ca2+的吸收受到抑制,造成植物体内离子不平衡。
本研究进行了30 d的盐胁迫持续观测,结果表明:白桦幼苗在400 mmol·L-1NaCl处理23 d、600 mmol·L-1NaCl处理18 d时全部死亡。沙棘幼苗在600 mmol·L-1NaCl处理22 d时全部死亡。银水牛果和沙木蓼即使在最高盐浓度处理30 d时,叶片特性无明显变化。因此,银水牛果和沙木蓼都可以忍耐600 mmol·L-1NaCl长达30 d左右,属于极其耐盐的树种。
植物在短期盐胁迫时,气孔因素起主要作用,而受长期盐胁迫时,非气孔因素(如叶绿素含量降低、离子失衡、光合机构受损等导致的光合能力的下降)逐渐成为限制光合作用的主要因素,而且树种耐盐性越弱,NaCl浓度越高,由气孔限制转为非气孔限制的时间越早。
(4)黄土高寒区主要造林树种耗水特性
青海云杉、华北落叶松两树种各月份液流速率呈明显的节律性。各树种液流通量变化趋势与液流速率一致,但因胸径差异,值差异较大。整个生长季,青海云杉1、青海云杉2、华北落叶松和沙棘耗水总量分别为449.46、3708.65、663.33和75.94 kg。
四树种边材液流变化与主要环境因子之间存在显著的相关性,青海云杉、华北落叶松和沙棘三树种与太阳辐射、空气温度、风速之间呈极显著正相关,与相对湿度呈极显著负相关,可见树木边材液流受各种气象因子的综合影响。