干热河谷扭黄茅对土壤水分胁迫的生理生态响应机制

Field control experiment and sampling analysis in the laboratory will be employed to study eco-physiology response mechanism of native grass of Heteropogon contortus to soil water stress in Dry-hot Valley of Yuanmou, Yunnan. A major research focus in changes characteristics of eco-physiology of Heteropogon contortus under different soil water stress level (control, mild stress, moderate stress, severs stress) in hot dry season and rainy season is to reveal the relationship between the eco-physiology characters of Heteropogon contortus and the environment in the Dry-hot Valley, and to study the adaptability and mechanism of Heteropogon contortus to drought stress. In this study, we try to reveal the drought resistance mechanism of grass Heteropogon contortus, which can enrich the foundation theory of eco-physiology response mechanism of plant to soil water stress. On the other hand, based on physiological ecology experiment means and methods, we will study the characteristics of eco-physiology and adaptability and mechanism of Heteropogon contortus to drought stress that performed by the interaction between itself and its environment, which can provide technical support and reference for vegetation restoration and reconstruction in Dry-hot Valley.

本研究拟采取野外控制实验和实验室化验分析相结合的方法，选择云南元谋干热河谷为研究区域，以燥红土为供试土壤，系统开展乡土种禾本科扭黄茅对土壤水分胁迫的生理生态响应及机制研究。重点阐明干热季节和雨季扭黄茅在不同土壤水分胁迫水平（对照、轻度、中度、重度）下的生理生态变化特征，揭示其在干热河谷特殊生境下自身独特的生理生态特性与环境之间的关系，探索性地进行扭黄茅对干旱的适应能力及机制的研究。本研究的开展，一方面试图揭示禾本科扭黄茅的抗旱机理，从而丰富植物对水分胁迫的生理生态学响应机理研究的基础理论；另一方面，通过运用生理生态学实验手段和方法，研究扭黄茅自身特性与特定环境相互作用所表现出来的生理生态特性和适应能力及机制，可以为干热河谷植被恢复与重建提供技术参考和理论。

以元谋干热河谷典型恢复草种乡土种禾本科扭黄茅为研究对象，采用盆栽和称重控制土壤含水量的方法，在无水分胁迫、轻度、中度和重度水分胁迫4种土壤水分处理下，系统研究扭黄茅对土壤水分胁迫的响应机制，通过分析比较不同梯度水分胁迫下扭黄茅外部生长特性、及影响植物生长特性的、内在的水分生理、光合生理及生理生化的变化特征，揭示土壤水分胁迫对扭黄茅的生理生态影响规律。研究表明：（1）水分胁迫使扭黄茅生长速度减缓，水分胁迫对扭黄茅生长特性的影响具有明显季节差异，干热季节水分胁迫对其的影响大于雨季。扭黄茅为应对水分胁迫，其生长具有明显的资源指向性。（2）水分胁迫下扭黄茅叶片总含水量、自由水含量和相对含水量下降，束缚水含量、束缚水/自由水及水分饱和亏增加，干热季节土壤水分胁迫对叶片含水量影响大于雨季。干热季节，大气温度是影响扭黄茅叶水势变化的第一影响因子，雨季，大气湿度则成为主要影响因子。（3）在不同土壤水分下，扭黄茅光响应曲线在低强度光合有效辐射时净光合速率迅速增加，达到一定强度后，净光合速率增幅渐趋平缓。净光合速率和最大净光合速率在同等光强时的基本表现为无水分胁迫和轻度水分胁迫大于中度、重度水分胁迫。低强度光合有效辐射时，扭黄茅净光合速率的降低为气孔限制因素起主导作用，随着光合有效辐射强度的升高，扭黄茅净光合速率的降低主要由非气孔限制因素起主导作用。干热季节，扭黄茅叶片是通过暗呼吸提供能量来维持代谢活动，提高叶片生理活性，以抵御水分胁迫对其的影响。随着水分胁迫程度的加剧，扭黄茅PSⅡ反应中心受到一定程度的破坏或可逆失活。（4）土壤水分胁迫使扭黄茅叶片脯氨酸含量产生了累积效应，以重度水平增加幅度较大。（5）植物对土壤水分的适应有一个耐受范围（即生态幅），短时间地靠近耐受范围下限，不会对植物产生很大的影响，反而会对植物的抗旱起到锻炼作用，但长期地停滞在耐受范围的下限，将会对植物产生较大的伤害作用。