干旱胁迫对刺槐和油松幼苗非结构性碳水化合物的影响

发布时间：2020-06-15 03:52

【摘要】：随着全球气候变化,干旱事件频繁出现,严重程度逐渐加剧,持续性也明显增加,全球森林正遭受着日益严重的干旱威胁。碳饥饿理论作为解释干旱导致林木生长不良甚至死亡的最新热点理论之一,认为干旱胁迫会降低林木储存的非结构性碳水化合物(NSC)含量,最终导致林木因缺乏代谢所需的NSC而死亡。然而,关于干旱胁迫对林木NSC的影响研究至今未形成一致结论。本研究以黄土高原典型造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)和油松(Pinus tabuliformis)幼苗为研究对象,通过设置生长季不同强度持续性干旱胁迫和生长季末期自然干旱胁迫的盆栽控制试验,研究干旱胁迫特征(强度、持续时间、发生时间)对不同树种幼苗各器官和整株NSC含量及分布格局的影响,以期丰富碳饥饿理论,为揭示干旱导致黄土丘陵区刺槐和油松生长不良、枯稍的机理及预测气候变化下该地区未来森林生态系统的动态变化、人工林的抚育管理、植被恢复和生态重建提供理论依据。主要结果如下:1、干旱胁迫强度和持续时间均是影响刺槐和油松幼苗NSC干旱胁迫响应的因素。刺槐和油松各器官可溶性糖、可溶性糖与淀粉含量的比值均随干旱胁迫强度的增加而显著增加。刺槐各器官淀粉和NSC含量均随干旱胁迫强度的增加而降低,但除叶外其它器官中度干旱胁迫组与对照组无显著差异。油松叶淀粉和NSC含量随干旱胁迫强度的增加而增加;枝、干、细根的先增加后降低,枝和干的最大值出现在严重干旱胁迫组,细根的最大值出现在中度干旱胁迫组;粗根的随干旱胁迫强度的增加而降低。刺槐枝、干及整株淀粉和NSC含量的显著降低仅出现在生长季末期。干旱胁迫强度对刺槐和油松整株NSC含量无显著差异,但导致其整株可溶性糖含量显著增加、淀粉含量显著降低,对各器官NSC比率也有显著影响,表明刺槐和油松幼苗有维持其整株NSC相对稳定的倾向。但通过增加NSC中可溶性糖的比例及NSC在各器官中的分布格局应对干旱胁迫。2、干旱胁迫对幼苗NSC的影响因器官而异。生长季持续干旱胁迫导致的刺槐淀粉和NSC含量显著且显著降低低于正常供水组仅出现在枝、干中;导致刺槐叶、粗根、细根NSC比率相对显著降低,而干NSC比率相对显著增加;油松干和粗根NSC比率相对显著降低,而叶和细根NSC比率相对显著增加。生长季末期干旱胁迫导致刺槐枝、干、粗根NSC含量显著降低,而叶和细根NSC含量显著增加。3、干旱胁迫对刺槐和油松幼苗NSC的影响不同。刺槐NSC的储存以淀粉为主,油松以可溶性糖为主。干旱胁迫导致刺槐各器官NSC含量显著降低,而油松除粗根外各器官NSC含量显著增加;刺槐NSC对干旱胁迫的响应没有油松敏感;刺槐维持其NSC相对稳定的时间尺度没有油松长;刺槐NSC倾向于向干的分布,油松NSC倾向于向叶和细根的分布。这些可能是刺槐抗旱性弱于油松的重要机制之一。4、生长季末期干旱胁迫对刺槐幼苗NSC含量的影响不同于生长季其他时期。该时期干旱胁迫导致幼苗功能叶生物量、净光合速率、气孔导度均持续显著降低,因而导致幼苗整株淀粉和NSC含量降低。除枝和细根NSC含量外,不同器官NSC及其组分可溶性糖与淀粉含量、可溶性糖与淀粉含量的比值、整株NSC含量均与土壤含水量、叶生物量、气孔导度和净光合速率显著相关。生长季末期干旱胁迫导致刺槐幼苗提前大量落叶、净光合速率降低、淀粉向可溶性糖转化增加,淀粉积累减少,进而NSC被提前消耗,且以树干和粗根中的消耗最显著。生长季末期干旱胁迫导致的NSC提前消耗可能对幼苗应对寒冷胁迫及来年叶片的萌发产生不利影响,影响幼苗的幸存与生长。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S792.27;S791.254

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