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本文选取塔里木河下游生态恢复中常用的三个物种-胡杨(Populus ehPhratica)、柽柳(Tamarix hispida)、沙拐枣(Calligonum caput-medusae)的幼株作为研究对象,通过控制试验的手段,对干旱胁迫下胡杨、柽柳、沙拐枣幼株的生长与生物量、叶片形态结构、叶片水分关系以及对不同光环境下三个物种幼株的抗旱性进行了监测与分析,结果显示:
1)干旱胁迫直接影响了胡杨、柽柳、沙拐枣幼株生长所需的能量与物质的供应与需求,导致胁迫下各幼株的根、茎、叶的生长和生物量累积的显著降低,并且显著抑制了幼株整体的生理活性。
2)胡杨、柽柳、沙拐枣在其幼株期就具备较好的干旱抗逆性。当干旱胁迫发生时,胡杨、柽柳、沙拐枣三个物种幼株均表现出从细胞到叶片到植株、从表型可塑性到内部形态结构的响应变化、从生物量累积分配到生理生化过程多尺度全方位的综合抗旱机制。在形态结构上通过减小叶面积、增大叶片厚度、增大叶片表面粗糙度与叶片对辐射的反射能力、增加角质层厚度、增大根冠比、增强气孔调节能力等策略以减小叶片水分损失、加强植株水分获取和叶片机械强度;在水分关系上,通过提高自身渗透调节能力,降低水势以保证组织正常水分含量;在生理生化方面,通过改变捕光色素含量与格局,增加非光化学猝灭能力与热耗散能量份额以补偿干旱胁迫下光合能力的下降以及缓解激能过剩的压力,同时增加抗氧化物质的活性与含量以去除干旱胁迫诱发的活性氧物质可能造成的损伤。
3)遮荫会因为减弱土壤的直接蒸发与幼株叶片的蒸腾而在一定程度上缓解干旱胁迫的进程,在一定程度上改善胁迫幼株的光化学效率与水分关系。但同时遮荫会大幅度降低幼株光合作用的能量供给,并且会减弱幼株的整体生理活性及对干旱胁迫的响应敏感性,加之遮阴会在一定程度上加剧干旱胁迫下幼株地上、地下生物量配置间的冲突。因此,遮荫并不会有效缓解干旱胁迫对幼株的负面效应,尤其是在生物量累积和光合生理过程等方面,遮荫可能会与干旱胁迫的负面效应相叠加而加剧胁迫对幼株的不利影响。
4)在土壤含水量降到其田间持水量的30%(胡杨、沙拐枣幼株)甚至更低时(柽柳幼株),各幼株能够通过自身一系列的形态结构及生理调控机制,保持自身组织水分含量,并在光保护机制下使光合系统处于一个相对健康的可逆失活状态。
通过综合比较分析可以看出,胡杨、柽柳、沙拐枣三个物种的幼株均是以避免干旱的抗旱机制为主,在干旱胁迫下,三个物种幼株中胡杨与沙拐枣幼株采取相对经济节约的用水策略,而柽柳幼株则采用相对粗放的用水策略。柽柳幼株在三个物种幼株中整体表现出相对更好的干旱抗逆性,并在遮荫下具有相对更稳定的抗旱性与相对更小的生理波动,是塔里木河下游极端干旱条件下生态恢复的首选物种。