| 题名 | 干热河谷区车桑子(Dodonaea viscosa)对典型胁迫因子的响应 |
| 作者 | 王雪梅 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘刚才 |
| 关键词 | 干热河谷 水分胁迫 养分胁迫 土壤微生物 丛枝菌根真菌 |
| 其他题名 | Responses of Dodonaea viscosa to Typical Stressful Factors in Dry-Hot Valley |
| 学位专业 | 土壤学 |
| 英文摘要 | 植物受到环境胁迫的现象是普遍存在的。在全球变化的背景下，水分胁迫和养分胁迫问题严重影响了植物和土壤系统。然而，在胁迫条件下，植物与土壤微生物间的相互作用关系仍不清楚。干热河谷生态环境具有水分与养分双重胁迫的特点，植被恢复一直是该区生态和经济建设的重难点工作。在该区植被受到水分与养分因子严重的胁迫条件下，土壤微生物在植物生长中的作用尚不可知。车桑子(Dodonaea viscosa)是干热河谷区的优势物种，具有耐干旱、贫瘠的特性，被作为一种植被恢复树种推广应用。因此，本论文以车桑子苗为研究对象，通过研究车桑子生理生长和土壤微生物特性对水分胁迫、氮磷养分胁迫的相互响应特性，揭示环境胁迫下植物生理生长与土壤微生物的内在联系；同时，通过研究车桑子生理生长对土壤微生物变化的响应，阐明该区土壤微生物对植物生理生长的影响。主要取得了以下4个方面的研究结果：(1) 水分胁迫对车桑子生理生长的影响 水分胁迫显著影响了车桑子间的相互作用关系、形态特征和生理特征。低水分条件下，车桑子间的竞争作用增强，其株高、叶面积和生物量生长显著受到抑制，叶片相对含水量、叶水势、气孔导度、蒸腾速率和净光合速率显著降低，但其叶片氮磷浓度、氮磷重吸收效率和水分利用效率显著提高。其中，土壤水分含量对叶片相对含水量和气孔导度影响最大。在较低的叶水势下车桑子依然能够维持70%左右的相对含水量，主要表现为御旱策略。 水分胁迫显著抑制了土壤微生物活性。过氧化氢酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶、酸性磷酸酶活性、土壤微生物量氮和土壤呼吸速率在低水分条件下均显著降低。同时，相比高水分条件，低水分条件对脲酶活性的降低程度达到57.76% ± 4.83，较其他酶活性的降低程度更大。 土壤微生物活性的变化通过影响土壤养分进而作用于车桑子养分吸收和利用。水分胁迫对微生物活性的抑制作用减少了土壤养分供给，但在低水分条件下，车桑子通过提高对叶片氮磷的重吸收效率和增加叶生物量的分配比例来提高对养分的吸收和利用，其氮重吸收效率达到50%，磷重吸收效率接近70%，叶-茎生物量的异速生长斜率达到1.0。同时，土壤水分对脲酶活性的影响主要为间接效应，光合速率对脲酶活性的直接影响更大；并且低水分下脲酶活性受到的抑制作用较光合速率小。(2) 氮磷养分胁迫对车桑子生理生长的影响 不同土壤上车桑子受到的氮磷养分胁迫类型不同。低海拔区燥红土上的车桑子主要受到氮限制，加氮促进了车桑子生长、生物量积累、叶片氮的吸收和叶绿素总量的提高；高海拔区黄棕壤上的车桑子主要受到磷限制和氮饱和胁迫，加磷促进了车桑子生长、生物量积累和叶片磷的吸收，而加氮抑制了车桑子生长和生物量积累；中海拔紫色土上氮磷胁迫类型不明显，趋于氮磷的共同限制。 在不同养分限制的土壤上，土壤微生物通过提高相关土壤酶的分泌效率增加植物可利用性养分。在氮限制的燥红土上，土壤脲酶效率最高；在磷限制的黄棕壤上，土壤磷酸酶效率最高。同时，微生物对土壤有效养分的变化能做出直接的响应；燥红土上脲酶效率的响应和土壤有效氮响应显著负相关，黄棕壤上磷酸酶效率的响应和土壤有效磷响应显著负相关，并且这种响应强度较车桑子对土壤养分变化的响应强度更大。 土壤有效养分含量并不是决定车桑子生长的最主要因素。车桑子生物量和土壤有效氮、磷含量显著负相关。三种土壤类型上，燥红土和紫色土上的车桑子生长均显著优于土壤养分含量更高的黄棕壤。(3) 根际土壤微生物对车桑子生理生长的影响 根际土壤微生物对车桑子生理生长具有显著的正效应。接种低海拔区燥红土根际微生物和高海拔区紫色土根际微生物均显著促进了车桑子生长、生物量积累和叶片氮磷养分的吸收。但根际微生物对车桑子的这种促进作用依赖于温度；两个海拔区的根际微生物均在较高温条件下才对车桑子表现出正效应，而在较低温条件下土壤微生物对车桑子生长的促进作用并不明显。 根际土壤微生物驱动了车桑子对温度变化的响应。在接种根际微生物的处理，较高温条件促进了车桑子生长、生物量积累和叶片氮磷养分的吸收；而在没有接种根际微生物的处理，温度对车桑子生理生长特性没有显著影响。 接种根际微生物促进了车桑子对土壤有效氮磷的吸收尤其是磷营养的吸收。高温条件下，接种低海拔微生物和高海拔微生物的叶片氮总量分别比灭菌处理增加了178.22% ± 34.03 和250.44% ± 9.62；叶片磷总量分别比灭菌处理增加了841.52% ± 92.31 和 806.39% ± 91.55。因此，接种微生物处理使车桑子从土壤中吸收了更多的氮磷养分，从而使接种处理的土壤有效氮、磷含量和土壤微生物生物量显著更低。(4) AMF对车桑子生理生长的影响 AMF对车桑子生理生长具有显著的正效应。接种AMF显著促进了车桑子生长、生物量积累和净光合速率，增加了车桑子茎的木质素含量，并提高了其木质化比例。燥红土上，接种AMF处理的茎木质化比例接近80%；黄棕壤上，接种AMF处理的茎木质化比例接近60%。茎的木质化显著降低了茎的饱和含水量。 接种AMF处理的车桑子对干旱和贫瘠的胁迫环境采取保守的适应策略。接种AMF处理的车桑子叶片氮磷浓度显著降低，同时其比叶面积显著降低、而叶干物质含量显著增加。 燥红土上接种乡土AMF对车桑子生理生长具有更加明显的促进作用。干旱增加了燥红土上车桑子对AMF的菌根依赖性，同时车桑子对乡土AMF的依赖性较非乡土AMF(Glomus mosseae和Glomus etunicatum)更大。并且燥红土上接种乡土AMF对车桑子净光合速率的促进作用也较非乡土AMF更大。 论文研究结果表明，虽然干热河谷区植物生长受到水分与养分胁迫，但该区土壤微生物在维系当地的植被生长中扮演着重要角色。经过长期的适应和选择，干热河谷植物与自身的土壤微生物在当地土壤环境中已形成了十分紧密的共生关系。因此，在干热河谷植被恢复过程中，应考虑对地下微生物系统尤其是与植物密切相关的共生真菌进行恢复。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 164 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24766]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王雪梅. 干热河谷区车桑子(Dodonaea viscosa)对典型胁迫因子的响应[D]. 北京. 中国科学院大学. 2018. |
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