干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 旱生灌木根土界面水分输移及养分吸收机理研究

Arid

	旱生灌木根土界面水分输移及养分吸收机理研究
	周向睿; 赵桂琴; 刘欢; 柴继宽; 周志宇; 赵春旭; 李剑峰; 吕娥娥; 周媛媛; 金茜; 杜明新; 卢鑫; 侯建杰
完成单位	甘肃农业大学
登记(发布)日期	2015
中文摘要	1.课题来源与背景 “旱生灌木根土界面水分输移及养分吸收机理研究”课题由国家自然科学基金项目资助,研究起止时间为2013年1月-2015年12月,课题编号为31201849,总经费23万元。 2.研究目的与意义全球干旱和半干旱区的分布面积达陆地总面积的1/3以上,涉及20多个国家和地区。我国现有干旱区(包括干旱、半干旱和亚湿润干旱区)的总面积为297.6万km2,占国土总面积的38.3%。由此导致的土地沙化严重导致了土地生产力的衰退,加剧了整个生态环境的恶化,是造成社会贫困的重要根源,是经济、社会可持续发展的障碍。面对脆弱的生态系统、退化的植被,当务之急是应用植被恢复研究成果和技术,恢复植被、遏制退化局面。本研究以SPAC系统中水及养分吸收、运输为主线,重点围绕荒漠灌木植物与水、养分环境相互作用关系这一核心问题,深入系统开展研究荒漠灌木植物的根系分布特征、根系吸收水和养分机制、植物耗水特性及规律、根际与非根际水分及养分空间分布格局、灌木植物表型可塑性(根系为重点)及资源(水和养分)分配、植株对干旱胁迫环境的生理及生态学适应机理,从形态、生理、生态的角度,全面认识并阐明在极端干旱环境背景下荒漠灌木植物的生物学适应机理及其种群的生殖策略。对认识灌木在荒漠区生态恢复过程中的作用、保护植物资源和生物多样性等有重要指导意义。 3.主要论点与论据本项目以荒漠灌木紫穗槐和蒙古岩黄芪为研究对象,研究了养分在根土界面的分布特征、灌木对土壤的改良效应、在逆境下表型性状与水分的关系以及适应逆境的生理机制等内容,取得了如下结果： ①探明了荒漠灌木紫穗槐和蒙古岩黄芪根际与非根际土壤养分特征,证明了种植灌木对沙化土壤的改良效应。这两种灌木根际土壤中氮、磷、有机碳的含量均高于非根际,表现出明显的根际效应。同时, 0-20cm土层中养分含量,都随着株龄增长而出现了不同程度的增加,而且灌丛内土壤养分均高于灌丛间,说明长期种植灌木可以有效地改良土壤。 ②揭示了灌木在逆境下表型性状与水分的关系。紫穗槐根系集中分布于接近地表的土层中,土壤含水量与地上生物量、根生物量、比根长呈显著相关,与根表面积呈正相关。利用主成分分析法将根系分布参数确定为水分控制因子和构架因子。随着株龄的增加紫穗槐没有出现衰退现象,说明其根系有自疏与更新的能力,不断适应环境的变化。另外,对不同株龄蒙古岩黄芪的17种表型性状进行方差(单元)分析和主成分(多元)分析,发现55 龄长势优于其他株龄,主枝和二级侧枝重量变异最大,说明在干旱环境下,植株生长和繁衍采取向空间扩展来提高对水分、光照和养分等资源的利用效率。 ③研究了蒙古岩黄芪和紫穗槐适应逆境的生理机制。在不同干旱程度和NaCl浓度处理下,蒙古岩黄芪采取协同升高叶片中抗氧化酶活性,提高脯氨酸和可溶性糖含量来减轻植株所受到的伤害。同时,轻度干旱以及25 mmol/L NaCl对蒙古岩黄芪的生长有一定的促进作用。紫穗槐在表面水淹条件下根系浅生化,半水淹条件下茎根生长不定根,近全淹条件下先生长茎后生出不定根来适应水淹胁迫。3个水淹处理组植株对氮、磷、钙、铁及锰的吸收表现为增益;对铜的吸收表现为降低;改变氮、磷、钙、锌和铜的分配以适应水淹逆境。 ④钠复合肥提高多浆旱生植物霸王幼苗生长及抗旱性。探讨了一种由适量的氮、磷和钠等元素组成的钠复合肥对多浆旱生灌木霸王生长及抗旱性的影响。结果表明,干旱胁迫下施钠复合肥后,增加了霸王的生物量、促进了光合效率、提高了水分利用效率,且效果优于磷酸二铵肥。 4.创见与创新 ①研究区属于我国西北部沙漠化严重区域,极端干旱条件下植物的生理生态研究是一特色。 ②本研究采用的豆科灌木紫穗槐和蒙古岩黄芪具有较高的营养价值和生产价值。其枝叶蛋白质含量在20%左右,并且适宜在沙地生长,不仅能有效地固沙,也为牲畜提供了优质饲草;同时豆科灌木还可通过根部生理机制调节,能提高土壤中的各种营养元素,有效地改良沙化草地及抗风沙侵蚀。 ③本项目以两种典型的沙生灌木为主要研究对象,从根际土壤水分与养分分布格局入手,深入研究根系吸水原理、植株耗水特性及水力结构特征、表型可塑性及资源分配对干旱生境响应等机理,目前,对荒漠区灌木的研究还存在较大空白,属创新性工作。 5.社会经济效益,存在的问题研究西北沙化区灌木对低水分的输移和养分吸收机理,是了解荒漠区植物水分和养分利用效率、抗旱机理的重要途径,也是了解荒漠区生态系统物质、能量流动和各种元素的生物地球化学过程的一个关键。对认识灌木植物在荒漠区生态环境恢复过程中的作用,保护荒漠地区宝贵的植物资源和生物多样性等有重要指导作用。存在的问题：在荒漠区种植适宜的植被缺少人力、资金。 6.历年获奖情况无
中文关键词	根土界面 ; 根际 ; 水分输移 ; 养分吸收 ; 旱生灌木
成果类型	基础理论
中图法分类号	S154.4
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001718666
来源机构	甘肃农业大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243600
推荐引用方式 GB/T 7714	周向睿,赵桂琴,刘欢,等. 旱生灌木根土界面水分输移及养分吸收机理研究[Z]. 基础理论,2015.