两种草坪草根系构型和解剖结构对水分胁迫的响应研究

发布时间：2020-07-12 06:47

【摘要】：草坪是衡量一个国家或城市文明与发达程度的重要标志之一,近年来在我国的城市绿化建设中草坪的使用日益增加。在深入推进美丽中国建设、全面践行“山水林田湖草”是生命共同体的过程中草坪也有着不可替代的作用,然而由于强降雨引发的内涝问题和夏季的干旱问题都会影响草坪的正常生长,目前国内外对草坪草根系水适应能力的研究较少,因此为了探究草坪草根系最适宜生长的水分条件,特对多年生黑麦草、草地早熟禾的根系持水能力展开研究。从根系构型学和解剖学的角度,分析水分梯度变化对草坪草根系生长的形态学影响。本实验采用温室盆栽实验,以多年生黑麦草和草地早熟禾两个品种为试验材料,以气象学中小、中、大雨量为参照,模拟小雨(24小时降水量0.1-9.9mm)、中雨(24小时降水量10-25mm)、大雨(24小时降水量25-50mm 3种降水量并设置CK对照组(浇水量为小雨组的60%),设为A、B、C、CK,研究其在一定生长周期内根系构型和根系解剖结构对水分胁迫的响应,并应用隶属函数分析法对其耐涝性进行了评价。主要实验结果如下:1.黑麦草的根总长、根表面积、根体积、根平均直径在胁迫周期内,水分处理组CK、A、C均呈先上升后下降的趋势,其中26～38d生长量最大,水分处理组C长势最好,CK与A组长势基本一致。C处理组条件下,根长、根表面积、根体积、根平均直径在38～44d时继续上升但增量低于前38d,44d后开始下降,CK组与A组在38～44d时根长、根体积、根平均直径基本无变化,根表面积略有下降,44d后,所有指标均显著下降,44～50d时水分亏缺,影响了植物根系的生长。B处理组的根长、根表面积、根体积、根平均直径、根分叉数在胁迫全程无下降趋势,在处理结束时相比于开始处理时的根长增加了 521.23cm,根表面积增加了 53.54cm2,根总体积增加了 0.19cm3,根平均直径增加了 0.128mm,根分叉数增加了 138个,黑麦草在B组的水分处理条件下各形态指标均显示其生长状态良好。根分叉数变化趋势与其他指标略有不同,在胁迫44d内,四组均显著上升,其中B、C组增量大,说明土壤含水量越高根分叉数量越多,50d时,B组分叉数量超过C组,其他组无显著变化,各项根系构型数据均显示黑麦草在B组的水分处理下生长状况优于其他处理。2.早熟禾在各水分处理组下的根总长、根表面积、根体积、根平均直径、根分叉数在胁迫周期前38d内均呈上升趋势,其中CK组与A组基本一致,B组与C组增量较大,表明此时期内土壤相对含水量越高对早熟禾根系的生长促进作用越强,38～50d,CK组与A组的根总长、根表面积、根体积均表现为先缓慢上升再显著下降的趋势,根平均直径和根分叉数基本无变化,说明持续的水分亏缺使这两组根系生长缓慢,随着干旱加剧,开始出现死亡或脱落根。在38d开始,C组早熟禾根系根总长开始持续下降,根表面积、根体积、根平均直径表现为先缓慢上升再持续下降,根分叉数略微增加,表明胁迫38d后土壤含水量大于根系需求量,影响了根系正常呼吸和生长。B组水分处理下,早熟禾根系在试验周期内均生长良好,其中根长增长了 612.33cm,根表面积增加了41.56cm2,根体积增大了 0.27cm3,根平均直径0.092mm,根分叉数增加了 113个,在试验进程中,B组根系长势最理想,说明B组的水分条件最适合早熟禾根系的生长,C组虽然前中期长势好,但由于浇水量过多,出现了根系损伤及腐烂的现象,说明土壤含水量超出了植物水分代谢的能力。3.土壤含水量低时会使两种草坪草的根系生物量分配增大,根冠比变大,随着处理时间的延长,CK组与A组根系生物量变小,根冠比变小,C组根冠比变大,后期缓慢下降。在CK组与C组处理下,两种草坪草SRL增大,38d后,SRL又变小,显示长时间过低或过高的土壤含水量会使根长下降。CK组与A组前期处理下的两种草坪草根系的干重均显著增加,根系总体积增大,RWD增大,38d后,土壤含水量减少,根系生物量显著降低,而体积变化小于根干重的变化,RWD减小,C组处理38d前RWD增大,44～50d时变化较小,CK组和A组的各项数据变化优先于C组处理反应在根系的变化上。两种草坪草在B组水分处理下各项指标均显著优于其他处理,生长情况稳定良好,从长势看也较适合草坪草的生长。4.黑麦草在26d时4种处理的根系解剖结构形态特征基本一致;32d时C组水分处理的根系解剖结构与CK、A、B三组差异明显,此时C组的根系的皮层已经出现轻度损伤;44d时CK组受水分亏缺的影响最严重,A组表现出轻度的干旱症状,B组生长正常,C组由于长期水分过多,根系结构损伤较严重。CK组在26～32d时根系解剖结构显示生长正常,并未受到水分缺失的影响,从38d开始出现轻微缺水症状,出现中柱萎缩和皮层破损等性状,44d时缺水严重,根系结构受损;A组在26～38d时根系解剖结构显示根系状态良好,由于植物随着时间增长,生物量增多,所需水分也逐渐增加,在44d时A组的水分不能满足生长需求,此时根系出现轻微缺水现象;B组在26～44d整个水分处理过程中,生长一直保持良好稳定的状态,表明B组的水分条件最适宜黑麦草的生长;C组在32d时即出现了水淹现象,32～44d时症状逐渐加重。5.早熟禾在不同水分梯度处理下的根系解剖结构表现为,26～32d时4种处理均生长良好,说明短期内的水分差异并未对早熟禾造成影响;38d时CK出现轻微干旱损伤,A、B之间差异不明显,根系结构完整,C组出现水淹症状,中柱明显减小,皮层细胞受损脱落;44d时CK组继续受干旱胁迫影响,根系结构受损,中柱和导管直径显著变小,占根系直径比例减小;A组出现轻微干旱症状,B组根系解剖结构形态正常,C组出现水淹症状。6.黑麦草与早熟禾的根系构型与解剖结构变化与土壤含水量关系密切,持续的大雨就会造成水淹现象,接下来就会抑制根系的生长,持续的干旱和低浇水量也会影响正常的生长,根系最适宜的生长环境为模拟中雨胁迫,即24小时降水量10-25mm,每3d降一次水。通过隶属函数法对两种草坪草的耐涝性进行评价,得出结论:早熟禾耐涝性黑麦草。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S688.4
【图文】：

黑麦草,根系,总长,根长

２．４结果与分析逡逑２．４．１水分胁迫对两种草坪草根系总长的影响逡逑根长是描述植物根系吸收水分和养分的重要参数之一［７６］。如图２－ｌ（ａ）所示，胁迫逡逑２６ｄ时，各处理间根长无显著差异，表明此时根系还未对土壤水分变化做出响应，胁迫逡逑３２？３８ｄ，四组黑麦草根系总长均随时间的延长呈上升趋势，其中Ｃ组上升趋势最明显，逡逑表明此组根系生长最快；３８ｄ时，ＣＫ与Ａ组已见干旱趋势，根长无显著变化，Ｂ组与逡逑Ａ、ＣＫ组间差异显著，但上升趋势变缓，表明此时期根系生长减慢，Ｃ组根系仍很发逡逑达，但已有腐烂根和根芽出现。４４ｄ时，Ｂ组继续保持增长态势，其他组根长都呈下降逡逑趋势，５０ｄ时，ＣＫ组根长降幅较大，由３２０．１８ｃｍ降至１５９．６１ｃｍ，已有干枯和死亡征逡逑兆，Ｂ组此时生长最好，根长已达６６７．２８ｃｍ，Ｃ组根长显著变短，说明水量已经大于植逡逑物需求

早熟禾,根系,总长,根长

黑麦草,根系,表面积

２．４．２水分胁迫对两种草坪草根系表面积的影响逡逑根表面积是植物根系与土壤介质直接接触的重要指标，可以直接表现出根系的生长逡逑状况［７６］。如图２－２（ａ）所示，２６ｄ时，四组处理黑麦草根表面积无显著变化说明此时根的逡逑生长还未对水分变化作出响应，２６？３８ｄ，四组黑麦草根表面积都呈上升趋势，其中Ｃ组逡逑增量最大，表明此周期水分越多，根系生长旺盛，须根大量增多，与土壤接触面大；逡逑４４ｄ时，Ｃ组根表面积增长了邋２４ｃｍ２，与其他各组均差异显著，Ｂ组增长放缓，Ａ与ＣＫ逡逑组根系表面积逐渐下降，表明干旱出现，对根生长抑制作用开始显现。胁迫５０ｄ时，Ｃ逡逑组根表面积仍然最大，但已有减少趋势，Ｂ组继续生长达到６２．３３ｃｍ２，生长速率略微放逡逑缓，Ａ与ＣＫ组根表面积持续减少，土壤也出现板结，说明水分已经不能维持植株根系逡逑的正常生长，根系表面萎缩严重。逡逑３０「逡逑ｍｃＫ邋０ａ邋ｍｅ邋ｓｃ逡逑ｔ＾邋：邋ｓ邋ｏ邋－逦ａ逡逑Ｉ：逦＿逦ｂ逡逑ｓ：７０邋＿逦■逦ｍ逡逑Ｉ邋６。—逦ｃ逦＾邋｜逦｜｜｜｜逡逑？５°－逦＾邋

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