了解根系吸水模式对缺水地区发展高效的灌溉管理措施至关重要.大多数估算根系吸水的模型或传统方法都需要对根系形态有详细的了解,而这很难在原位条件下获得.本研究借助Insentek水分监测仪来估算地下滴灌条件下冬小麦-夏玉米的根系吸水特征.试验于2018-2019年在防雨棚下测坑内进行,地下滴灌灌溉量分别为作物蒸发蒸散量(ETc)的0.4、0.8、1.0和1.2倍,记为0.4ETc、0.8ETc、1.0ETc和1.2ETc,并设置地面灌溉处理为对照(CK).结果表明:土壤上层(20～50cm)和下层(60～100 cm)根系对水分的吸收存在互补效应;除0.4ETc外,灌溉后,下层土壤根系吸水速率降低;在各灌溉周期的后期,当上层根系吸水速率降低时,下层根系吸水速率表现为增强趋势;与CK处理相比,1.0ETc处理的根系吸水速率波动幅度较小,其冬小麦和夏玉米产量分别增加7.4％和15.3％;与1.0ETc处理相比,0.8ETc处理主要降低了冬小麦灌浆前期和夏玉米灌浆后期的测定间隔累计根系吸水量,最终,0.8ETc处理冬小麦的产量增加12.7％,而夏玉米产量没有显著降低;与1.0ETc处理相比,0.8ETc处理的水分利用效率显著增加.综上,地下滴灌适度亏缺灌溉(0.8ETc)能增强深层土壤根系吸水能力,提高冬小麦的产量及冬小麦-夏玉米水分利用效率,是一种有效的高产节水灌溉策略.

为了探讨红背山麻杆对喀斯特地区干旱环境的生理适应机制,以一年生红背山麻杆扦插苗为试验材料,采用自然干旱法,对轻度(干旱14 d)、中度(干旱28 d)和重度(干旱42 d)干旱胁迫及复水处理的红背山麻杆扦插苗生长、光合色素含量及荧光参数进行测定和分析.结果表明,(1)随干旱胁迫时间的延长,红背山麻杆扦插苗叶片相对含水量显著降低,株高和基径增长缓慢,复水后的叶片相对含水量显著增加,而株高和基径无明显变化;(2)随干旱胁迫时间的延长,扦插苗叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素[Chl(a+b)]含量及Chla/b先增加后降低,并在不同程度干旱胁迫及复水后均显著高于对照(CK),轻度和中度干旱胁迫复水后高于对照,重度干旱胁迫复水后也能恢复至对照水平.(3)随干旱胁迫加剧,扦插苗叶片荧光参数Fo显著增加,Fm、Fv/Fo、Fv/Fm逐渐减小,代表单位反应中心活性的参数Abs/Rc、Tro/Rc、Eto/Rc显著增加,代表受体侧电子传递活性的参数Ψpo、Ψo、ΨEo下降,表示热耗散的参数Dio/Ro 急剧增加.不同干旱胁迫复水后,Fo、Abs/Rc、Tro/Rc、Eto/Rc、Dio/Rc、ΨDo比干旱胁迫处理降低,Fm、Fv/F,,、Fv/Fm、Ψpo、Ψo、ΨEo适度恢复,Fm还能恢复到CK水平,而Ψo、ΨEo均未恢复到CK水平.可见,红背山麻杆幼苗生长受轻度和中度干旱胁迫影响较小,而受重度干旱胁迫影响较大;叶片光合色素含量及比值在干旱胁迫后显著增加;重度干旱胁迫导致PSⅡ反应中心失活,电子传递受阻,热能耗散增加;但他们在水分环境条件改善时仍可在一定程度上恢复,红背山麻杆具有强的抗旱性和较高的旱后恢复能力,可作为喀斯特地区植被恢复过程中的先锋物种.

目的:研究3个水分条件对2年生黄精的生长、光合特性及干物质和多糖积累的影响.方法:采用盆栽控水实验的方法,测定适宜水分(75％田间持水量)、中度干旱(50％田间持水量)和重度干旱(35％田间持水量)水分条件下黄精的形态指标、干物质积累、多糖含量和光合作用指标.结果:3个水分条件下,黄精的株高、茎粗、叶长、叶宽等形态指标的生长动态均呈“S”型;水分含量显著影响黄精根茎、茎、叶的生长,干物质和多糖积累;中度干旱水分条件对干物质和多糖含量的影响与适宜水分条件无显著性差异,但表现出更适合多糖积累的趋势;重度干旱水分条件能够促进须根的增长,但不利于黄精茎、叶、根茎的生长及干物质和多糖含量积累,且折干率和根冠比较低,同时减少根系总产量;不同土壤水分条件下,黄精叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和瞬时水分利用率(WUEi)变化规律相似,呈明显的双峰曲线,中午有明显的“午休”现象,土壤水分含量过高或过低均降低黄精对水分的利用率.结论:保持适当土壤干旱有利于黄精产量的提高,50％～75％的田间持水量更有利于黄精的生长发育及药用有效成分的积累.

目的:探讨不同光照条件对南方红豆杉初生代谢产物含量的影响规律,为其进一步探讨南方红豆杉生物学特性及开发利用提供实验依据.方法:通过LI-6400便携式光合作用仪采集不同光照强度(自然光照、一层遮荫、二层遮荫和三层遮荫)下南方红豆杉光合作用参数及气体交换参数,绘制光响应曲线,分析不同光照强度对南方红豆杉光合作用及初生代谢产物的影响.结果:自然光照条件时,有助于南方红豆杉进行更充分地光合作用,提高其初生代谢产物的含量,但适度的遮荫又有助于提高南方红豆杉的水分利用率,有利于其生长,两者之间并不完全平行.结论:光照强度对南方红豆杉的光合作用、初生代谢产物含量有明显的影响.

为探索珍贵树种斑块化混交造林的可行性,以浙江楠为研究对象,通过干旱胁迫和复水试验,分析其光合生理特征、根系生长和抗氧化系统的响应.结果表明,对照条件下浙江楠的光合生理最优,重度干旱严重影响浙江楠的生理进程,具体表现为光合能力、光适应特征、瞬间气体交换参数和叶绿素荧光参数的显著下降,其光合速率的下降是由气孔因素导致;中度干旱条件下的浙江楠植株水分利用率最高,重度干旱条件下的水分利用率与对照、中度干旱相比较,分别下降了29.6％和46.4％;中度干旱条件下根半径下降,但SOD、POD和CAT未显著下降,CAT均值略有上升,重度干旱条件下的3种保护酶均表现出显著下降,抗氧化酶已不能有效清除掉活性氧物质.因此,浙江楠具备一定的抗旱能力,中度干旱并不影响浙江楠的正常生长,在实际斑块化造林过程中,可适度控制土壤含水量,有利于在不同树种斑块化混交配置应用中提升浙江楠造林的成活率和保存率.

以2年生连香树实生苗为材料,在田间通过黑色遮阳网设置全光照(L0)及透光率55％(L1)、25％(L2)和10％(L3)4种光环境,研究遮光对连香树幼苗光合作用及叶片解剖结构的影响.结果表明:(1)连香树幼苗叶片Pn在全光和L1处理下呈非典型的"乁"形变化,未出现"午休"现象,中午14:00出现极值,而在L2和L3处理下变化相对缓和,极值出现在中午12:00;叶片Gs呈现与Pn类似的变化趋势,而Ci则呈基本一致的凹形变化.(2)各处理Pn、Gs和Tr的日均值均表现为L0>L1>L2>L3,而Ci的日均值则呈相反的顺序;Pn与Gs、Tr、气温和光合有效辐射均呈极显著正相关关系(P<0.01).(3)全光照连香树幼苗的光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(Rd)均显著高于遮光处理,并维持较高的Pn而未出现明显的光抑制;遮光导致幼苗的LCP、LSP、Rd显著降低,有利于充分利用弱光,以满足低光环境下植株的正常生长.(4)与全光照相比,遮光下连香树叶片气孔密度显著变小,但气孔器长度、气孔器宽度、单个气孔器面积显著增加,气孔器面积百分比减少,影响幼苗细胞内外的水分和气体传递.(5)遮光条件下,连香树叶片明显变薄,表皮细胞厚度减小,栅栏组织(PT)厚度降低,排列变得疏松,海绵组织(ST)厚度增加,PT/ST相应减小.(6)与全光照相比,强度遮光下(L2和L3)连香树幼苗生长受阻,苗高(H)和基径(D)明显减小,生物量模型D2 H下降;而轻度遮光(L1)下幼苗H和D、H/D和D2 H均未出现显著变化.研究发现,连香树具有一定的光忍耐性和喜光性,对光照条件的生态幅较宽,轻度遮光影响较小,但强度遮光对连香树幼苗气体交换参数和光合响应特征产生了显著影响,同时影响了叶片的解剖结构和气孔分布特征,从而影响连香树幼苗的生长形态.在育苗生产中,适度遮光有利于降低气温、减小蒸腾,但遮光后田间有效辐射强度应保持在自然光强的55％ 以上.

该研究以2年生白藤实生苗为研究对象,通过控制试验,设置4个光强梯度——S0(对照,全光照)、S1(75％～80％全光照)、S2(45％～50％全光照)、S3(20％～25％全光照)和3个水分梯度——W0(对照,RSWC85％)、W1(中度干旱,RSWC55％)、W2(重度干旱,RSWC25％),定期测定幼苗生长特性(株高、地径、叶片数),叶片光合能力[净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)]及吸收能力(根、茎、叶生物量),并利用结构方程模型进行路径分析,探讨光照和水分对白藤幼苗生长特性影响过程,为白藤育苗及资源恢复提供理论支撑.结果 显示:(1)随着光照强度的降低,幼苗生长特性与吸收能力、光合能力表现出一致的变化趋势,即先增加后减少;在45％～50％光强条件下,幼苗株高、地径、叶片数,根、茎、叶和总生物量及叶片Pn、Gs、t和Ls均达最大值.(2)随着土壤含水量降低,幼苗株高、地径及茎和叶生物量均逐渐减少,而根、根冠比呈先增加后减少的趋势;光合能力方面的Pn、Ci、Tr比对照分别显著降低23.65％、20.61％和25.40％ (P＜0.05),Gs和WUE与对照差异不显著(P＞0.05),L.比对照显著升高170.00％(P＜0.05).(3)结构方程模型分析表明,光照主要通过影响幼苗叶片的光合能力,水分主要通过影响根系生物量来实现影响幼苗生长特性的作用.研究表明,SEM模型能有效对影响白藤幼苗生长的环境因子进行分析,定量解释环境因子影响的路径过程,光照和水分通过光合能力和吸收能力传递对生长特性的影响,且光照因子影响力大于水分因子,其路径系数分别为0.89和0.56;在白藤幼苗生长特性指标中,地径标准因子载荷为0.85,能够有效反映白藤幼苗生长特性;白藤幼苗培育在适度遮阴(45％～50％)和正常供水(RSWC85％)环境下生长最好.

以0.5年生印楝半同胞家系实生苗为材料,设置4个干旱胁迫水平与3个遮光水平共12个处理盆栽试验,测定分析印楝叶片主要碳氮代谢酶活性、终产物含量及生长指标,以揭示印楝碳氮代谢对光照及水分胁迫的响应规律,为进一步研究印楝的物质转换及代谢规律充实理论基础.结果显示:(1)在干旱胁迫条件下,印楝可通过调节碳代谢酶(SS、SPS)和氮代谢酶(NR、GS、GOGAT)活性及加快可溶性糖、可溶性蛋白质和游离脯氨酸的积累以维持苗高较小的变幅.(2)在遮光条件下,轻度遮光就会导致印楝叶片主要碳氮代谢酶活性及代谢产物含量急剧下降,严重抑制幼苗生长.(3)在干旱胁迫和遮光共同存在的条件下,遮光(或干旱)在一定程度上可以减缓干旱(或遮光)对印楝初生代谢及生长带来的不利影响.研究发现,印楝幼苗具有较强的干旱适应能力,适度干旱胁迫(土壤相对含水量大于35％)可促进细胞碳氮代谢,但不利于净光和产物的积累;同时,印楝幼苗对光照需求较高,轻度遮光会使初生代谢及生长受到严重抑制;在苗木培育过程中要尽可能提供充足的水分和光照,在水分匮缺时可以通过适当遮光来缓解干旱对苗木生长带来的负面影响,而在光照不足的条件下则需要适当控制水分.

目的 探索不同降水条件对板蓝根药材产量和品质的影响,为优化田间管理方式,提升药材种植效率提供参考依据.方法 通过调节天然降水,对不同降水条件下的板蓝根叶片叶绿素含量、(R,S)-告衣春含量、根部生物量、根长和侧根数进行比较分析.结果 板蓝根的叶绿素含量和根部生物量在中度增雨时达到最大;减雨处理下的根长和侧根数与对照具有显著性差异,其中轻度减雨主根最长,中度减雨须根数最多;增雨处理下(土壤含水量约为田间持水量的80％～90％)板蓝根药材中(R,S)-告依春含量显著高于减雨处理(土壤含水量约为田间持水量的40％～60％)及对照(土壤含水量约为田间持水量的70％).结论 适度降低土壤含水量有利于板蓝根根部伸长生长,但含水量过低会导致侧根数量增加;较高的土壤含水量有助于板蓝根药材产量和药效物质的积累,田间种植管理中应保持较高的水分供给来保证药材质量.

以1年生极小种群野生植物景东翅子树(Pterospermum kingtungense)实生苗为研究对象,通过双因子室内受控试验,设置6个土壤水分梯度(100％、90％、80％、60％、40％、30％田间持水量)和4个光强梯度(100％、75％、50％、25％自然光照),研究土壤水分和光强对其幼苗生长(地上部分生物量、地下部分生物量、叶片数量和株高)及光合特性[净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳摩尔分数(Ci)、气孔限制值(Ls)和瞬时水分利用效率(WUE)]的影响.结果表明:①随着土壤水分的减少,景东翅子树幼苗的生长及光合指标呈现先升高后降低的趋势,一般会在田间持水能力W2(32.11％)或W3(28.54％)处理下达到峰值,W6(10.70％)条件下的生长状况最差.②随着光强的降低,除了Ls外,景东翅子树幼苗的4个生长指标及5个光合特性指标均表现出先增加后减少的趋势,且均在光强为L2(75％自然光照)或L3(50％自然光照)条件下表现最佳.③不同土壤水分和不同光强的综合评价得分显示,W2土壤水分和L2光强下的综合评价得分分别最高,证明适量的土壤水分环境和适度遮荫最适于景东翅子树幼苗的生长及其光合作用.④二元线性回归分析结果表明,土壤水分和光强这2个自变量分别对景东翅子树幼苗的生长和光合指标有较强的影响.研究结果可为景东翅子树的幼苗培育及其种群恢复与重建提供理论依据.