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地下水位对芦苇叶片生理特征的影响

2023-12-24 来源:步旅网
生态与农村环境学报2008,24(4):53—56,62 Joll,rnal of Ecology and Rural Environment 地下水位对芦苇叶片生理特征的影响 刘 玉,王国祥①,潘国权 (南京师范大学地理科学学院/江苏省环境演变与生态建设重点实验室,江苏南京210046) 摘要:选择形态和节数一致的芦苇根状茎栽种到装有江沙的试验桶内,调节并控制试验桶水位,模拟研究江滩湿 地地下水位变化对芦苇叶片生理特征的影响。结果表明,在0一一40 am地下水位条件下,芦苇叶片生长情况良 好,但随着地下水位降低,芦苇叶长、叶宽和叶面积减小,叶绿素含量降低,最大表观光合电子传递速率和最小饱 和光照强度降低。试验时间延长,各试验组叶片进一步生长,但试验组间差异减小,地下水位制约作用减弱。各 试验组叶片叶绿素含量和快速光响应曲线均呈现先上升再下降的趋势,与芦苇生长发育的季节性变化规律相一 致。地下水位一6O em试验组芦苇植株在试验初期存活,进入快速生长期后叶片发黄枯萎,光响应能力减弱,细胞 膜脂过氧化加剧,导致芦苇植株相继死亡,说明一60 cm地下水位对芦苇生长形成抑制。 关键词:芦苇;地下水位;叶绿素;细胞质膜透性;快速光响应曲线 中图分类号:Q945 文献标识码:A 文章编号:1673—4831(2008)04—0053—04 Influence of Groundwater Table on Physiological Properties of Phragmites口“ fmZl Leaves.LIU Yu.WANG Guo— xiang,PAN Guo—quan(College of Geographical Science,Na ing Normal University/Jiangsu Key Laboratory of Environ— mental Change and Ecological Construction,Nanjing 210046,China) Abstract:Influence of groundwater table on physiological properties of Phragmites australis leaves was studied in a simu— lating experiment.In the expeirment barrels(diameter of 35.5 cm and depth of 100 cm)were iflled with ifver sands up to 80 am.Water was introduced directly into the bottom of the barrels to simulate groundwater tables.Water tables were kept at一60,一40,一20 and 0 gin in different barrels,separately.Rhizomes ofPhragmites australis,the salne in shape and number of blocks,were selected and planted in each barre1.Results show that groundwater table affected signiifcantly leaf shape,chlorophyll content,membrane permeability and rapid light—curves of Phragmites australis leaves.When the rgoundwater table ranged in 0一一40 cm,Phragmites australis grew wel1.Leaf height,leaf width,leaf area,chlorophyll content,maximal photosynthetic electron transport rate and minimal saturated light intensity of the three treatments were positively related to groundwater table,but membrane permeability was not so;As time went by,leaves of the plants in each treatment further grew,but the difference between treatments narrowed and the effect of rgoundwater table weakened. Chlorophyll content and rapid light response curves rose first and then declined,which is in conformity with the seasonal variation of the growth of the plant.In Treatment一6O em,the plants survived at the begirming of the experiment and then their leaves turned yellow and withered at the late fast—growth stage,and ultimately indicating that groundwater table at一 60 cm suppressed growth of Phragmites australis. Key words:Phragmites australis;groundwater table;chlorophyll content;mefnbroyle permeability;rapid light response Cl】r 水是湿地生态系统中最重要的环境因子之一, 地地下水位变化,定量测定不同地下水位对芦苇叶 不仅直接影响湿地植物的生长发育,而且影响湿地 片形态、叶绿素含量、细胞质膜透性和快速光响应曲 生态系统结构、功能的稳定性。湿地地下水位高低 线的影响,为研究江滩湿地的退化、保护与恢复提供 是决定湿地土壤水分含量的重要因子,因此,定量研 理论依据。 究地下水位对湿地植物生长发育的影响是湿地生态 学研究的重要内容。 基金项目:江苏908专项(JS 908~02—07);教育部科技创新工程重 目前对地下水位的研究多局限于干旱区ll j, 大项目(705824);国家“十五”“2】】工程”重大项目(70582422) 湿润地区的研究则侧重宏观生态需水量的计算,且 收稿日期:2007~1l一20 以野外调查为主 。j。本试验通过室内模拟江滩湿 ①通讯联系人 ・54・ 生态与农村环境学报 第24卷 1材料与方法 1.1试验设计 1.4芦苇叶片叶绿素含量Sn_ ̄ltt胞质膜透性测定 每2周选择植株顶端以下第4片叶片,采用 Arnon法 测定各试验组叶片叶绿素含量;试验第 19天采用电导仪法 测定各组叶片细胞质膜透性。 1.5芦苇叶片快速光响应曲线测定 试验于2007年3月13 13至6月20日在南京 师范大学仙林校区江苏省环境工程重点实验室“水 环境生态修复中试平台”内进行。野生芦苇根状茎 取自长江南京段六合江滩湿地。选择形态和节数基 本一致的根状茎5段(每段3节),栽培到直径35.5 试验第6、40和82天,每组随机选择5株植株 顶端以下第3片叶片,用饱和脉冲荧光仪(德国 WALZ公司)测定叶片的快速光响应曲线。测定于 7:00—8:00进行。叶片经暗适应10 S后,打开叶 夹,开启检测光(0.15 mol・m~・s )得到固定 荧光产量 ,再由饱和脉冲光(4 000 I ̄mol・in一・ s )得到最大荧光产量F ;随后,逐渐开启光强度 分别为41、84、147、214、289、422、569和848 txmol・ om、高100 cm的试验桶中。桶内装有厚度8O cm的 江沙,将芦苇根状茎横栽于江沙中,埋深约2 em,试 验装置如图1所示。 地下水 位浮标 m~・s‘。的光化光,每个强度的光化光照射叶片l0 s后,再经检测光和饱和脉冲光测得稳态荧光产量 F 及作用光打开时的最大荧光产量F ,计算得到8 个表观光合电子传递速率值,绘出其平均值的快速 光响应曲线 。 2结果与分析 2.1环境因子变化 注水管 试验期问地下水位和土壤(江沙)水分监测结 果表明,地下水位与土壤表层含水量密切相关。 一60、一40、一20和0 aM地下水位对应的土壤表层 含水量(以体积分数表示)为:(10.50±2.20)%、 (24.84 4_2.94)%、(34.28±2.15)%和(51.66± -图1试验装置 Fig.1 Sketch of the experimental device 1.48)%。 2.2地下水位对芦苇叶片生长发育的影响 由图2可见,芦苇叶长随地下水位降低而减小。 通过注水管向试验桶底部直接注水,控制水量 试验初始8 d内,除地下水位一60 em试验组外,其 以模拟地下水位高低,模拟地下水位分别为一6O、 一他各组芦苇叶长相近 此后,随着气温回升,芦苇生 长加快,各组叶长亦产生明显差异。试验8~31 d, 0一一40 cm试验组叶片迅速增长,地下水位越高,增 40、一20和0 cm,其中0 cm地下水位是指江沙基 质浸泡在水中,即地下水位与基质等高。每组试验 设3个重复。试验中,各试验桶所处环境条件如光 照、温度、湿度等基本一致。 1.2环境因子测定 长越快,至试验第31天,最高地下水位组(0 cm)叶 长为同期地下水位一40和~20 om组的2.03倍和 1.35倍。在地上茎叶迅速生长的同时,芦苇根系不 每天19:00时,观察试验桶内地下水位浮标变 断向下生长延伸,当芦苇根触及到地下水后,地下水 化,使用同一水源补给试验桶中损失的水分,以保持 试验桶中地下水位不变,并用HH2型土壤湿度计测 定各试验组表层土壤含水量。 1.3芦苇叶片生长指标测定 位的胁迫得以缓解,因此,试验31 d以后,地下水位 O一一40 am试验组间差异减小,至试验第100天, 最高地下水位组(0 cn'1)芦苇叶长仅为同期地下水 位一4O和一20 cm组的1.05倍。地下水位一60 cm 试验组生长初期叶片增长缓慢,31 d以后生长基本 每1~2周直接测量各试验组芦苇叶长、叶宽和 叶面积。 停滞,甚至相继死亡,至试验第43天,芦苇植株全部 第4期 刘玉等:地下水位对芦苇叶片生理特征的影响 ・55・ 死亡,表明在地下水位一60 cm时,土壤含水量低, 要是由于低地下水位条件下,土壤含水量低,使各种 细胞器,特别是叶绿体和线粒体受到伤害 ,从而 影响叶绿素的生物合成,促进已合成的叶绿素分解 所致¨ 。其他各试验组叶片叶绿素含量基本呈现 土壤水分和芦苇根状茎中少量水分仅能维持芦苇短 暂的生长,不能满足其快速生长期对水分的强烈需 求(试验31 d处于4月中旬,芦苇逐步进入快速生 长期),导致芦苇生长受到抑制。 60 50 40 3O 20 10 4・O 3・2 2‘4 孥 O.8 0 31 43 50 58 64 75 90 l()0 160.0 l2O.0 80.0 旧 直400 O 31 43 d5O 虚58 虚64 曲75 矗90  1oo 试验时问,d 囫一60 cm;困—40em;口一20cm;一0em。 图2地下水位对芦苇叶长、叶宽和叶面积的影响 Fig.2 Influence of groundwater table on length, width and area of the leaves of reed 芦苇叶宽与叶面积呈现出相似的变化规律,随 着地下水位降低均呈下降趋势(图2)。最高地下水 位(0 cm)组的叶宽、叶面积与地下水位较低(一40 和一20 cm)组间差异极显著(P<0.01)。 2.3地下水位对芦苇叶片叶绿素含量的影响 叶绿素是植物光合作用捕获光能的重要物质, 其含量多少不仅是植物生理特征的重要标志,也是 植物光合作用的基础。叶绿素的形成除了受光、温 及养分影响外,也受到水分条件的影响。试验结果 表明(图3),芦苇叶片叶绿素含量随地下水位降低 而下降。地下水位0 cm时,叶片叶绿素含量最高, 其平均值分别为地下水位一60、一40和一20 cm组 的1.91倍、1.12倍和1.04倍。随着试验时问延 长,地下水位一60 cm组叶片逐渐发黄枯萎,叶绿素 含量降低,至试验第43天,叶片全部枯萎死亡,这主 先上升后降低的趋势,与芦苇生长发育的季节性变 化规律相一致,即芦苇植株在生长初期,叶片叶绿素 含量较低,进入快速生长期后,叶绿素含量上升,但 随着叶片的进一步成熟,叶绿素含量又降低。 2.0 1.0 O 1 19 34 44 59 77 95 试验时间/d 园一60 enl;困一40 em;口一20 el ̄q;一0CIII。 图3芦苇叶片(以鲜重计)叶绿素含量变化 Fig.3 Influence of groundwater table ON Chla+Chlb contents in reed leaf 2.4地下水位对芦苇叶片细胞质膜透性的影响 由图4可见,地下水位为一40、一20和0 cm时 芦苇叶片细胞质膜透性差别不大,地下水位为一6O cm时,叶片细胞质膜透性为25.73%,明显高于其 他试验组。 28.0 26.0 24.o 嗤 舞22.0 20.O -60 —4o -20 0 地下水位/era 图4芦苇叶片细胞质膜透 眭变化 Fig.4 Influence of groundwater table on laminae membrane permeability of reed leaf 细胞膜是植物细胞内外物质和信息交流的界 膜,具有选择透性,任何对膜的伤害都将导致细胞质 膜透性增大,对物质的选择透性降低,电解质和一般 ・56・ 生态与农村环境学报 第24卷 水溶物向胞外渗漏。因此,可通过细胞质膜透性反 映膜受伤害的程度。自由基伤害学说认为,当植物 处于逆境条件下,植物细胞内活性氧产生和清除的 平衡受到破坏,自由基增加,引发和加剧细胞膜脂过 氧化 。芦苇在一60 cm地下水位条件下,叶片细 胞膜脂过氧化加剧,质膜透性增大。 2.5 地下水位对芦苇叶片快速光响应曲线的影响 cm。试验第6天,地下水位一60 cm组芦苇叶片最 小饱和光照强度为569 txmol・in~・s~,光强大于 569 mol・m~・s 时,表观光合电子传递速率值 、瓣 测 —7 基.1星 i一 鼹 下降,光响应能力减弱;其他各组最小饱和光照强度 ∞ O 较大,均为848 p ̄mol・Ill~・s一,各试验组间快速 光响应曲线差异显著(P<0.05)。试验第40天,除 O 硌 O O 6 0 0 地下水位一60 cm试验组外,其他各组快速光响应 曲线皆较试验第6天高,但一40、一20和0 ClTI试验 组间差异不显著(P>0.05),一60 cm试验组则极显 著低于其他组(P<0.O1)。试验第82天,地下水位 一地下水位对芦苇叶片光合作用的影响还体现在 叶片对光的响应能力上。快速光响应曲线表示电子 传递速率随光强的变化,测定快速光响应曲线可以 确定芦苇叶片的实际光化学效率。由图5可见,芦 苇叶片最大表观光合电子传递速率随地下水位降低 而减小,表现为一60 cm<一40 cm<一20 cm<0 60 cm试验组植株全部死亡,其他各组间差异显 著(P<0.05),且各快速光响应曲线较试验第40天 又有所降低。 )900 150 300 450 600 750 900 150 300 450 600 750 900 光强/(Ixrno1.m~.s ) ◆_I一60 cm;—.卜_一40 e/ll;— —2O C1TI;一+一0II//1。 A—第6天;B一第4O天;C一第82天。 图5芦苇叶片快速光响应曲线变化 Fig.5 Influence of groundwater table on average rapid light response curves of reed leaf on D6,D40 and D82 3结论 (1)湿地生境中,水因子(包括水深和水位)作 为1种光合作用不可缺少的原料,常常是影响湿地 沙和根状茎中少量水分维持短暂的生长,进入快速 生长期后便枯萎死亡,表明一60 cm地下水位对芦 苇生长形成抑制。 (3)芦苇形态指标上的差异与其生理生化作用 密切相关。在地下水位为一60 om时,土壤含水量 低,使芦苇叶片的细胞质膜透性增大,胞内电解质和 水溶性物质向胞外渗透,细胞膜脂过氧化加剧。 (4)叶片叶绿素含量与快速光响应曲线的测定 结果表明,地下水位对芦苇叶片光合作用有显著影 响。地下水位0一一40 em条件下,水位越低,叶绿 植物生长发育的主导因子,但即使是水分相对充足 的江滩湿地,也普遍存在季节性和非周期性低地下 水位情况,因此研究不同地下水位对植物生长发育 的影响对江滩湿地生态系统保护和受损区域植被恢 复具有重要的意义。 (2)芦苇是对地下水位适应性较强的物种。在 0 —40 cm地下水位条件下,芦苇生长发育状况良 素含量越少。各试验组叶片叶绿素含量随试验时问 好,这与黄河三角洲国家级自然保护区野外调查的 结果相吻合 』。芦苇生长初期,地下水位越高,叶 长增长越快。随着试验时问延长,试验组间差异减 延长呈先升高后降低的趋势:在生长初期叶片叶绿 素含量较低,进入快速生长期后叶绿素含量上升,但 随着叶片的进一步成熟,叶绿素含量又降低。叶片 快速光响应曲线与叶绿素含量表现出相似的变化规 律:地下水位越低,最大表观光合电子传递速率和最 (下转第62页) 小,主要是由于芦苇根系不断仲长,可以汲取到一40 cm深处的水分,从而缓解了地下水位对芦苇生长的 胁迫。而地下水位为~60 CII1时,芦苇仅能利用江 ・62・ 生态与农村环境学报 第24卷 影响[J].中国环境科学,2004,24(6):707—711. [13]周贤兵,齐泽民,杨凯,等.pH对蒙溪河底泥氮磷释放影响的 [5]NUR R,BATES M H.The Effects of pH on the Aluminum,Iron 研究[J].内江师范学院学报,2006,21(增刊):222—234. and Calcium Phosphate Fraction of Lake Sediments[J].Water [14]付春平,钟成华,邓春光.pH与三峡库区底泥氮磷释放关系的 Research,1979,13:813—815. 实验[J].重庆大学学报,2004,27(10):125—127. [6] 陶大钧,汪春.酸性降水化学性质和对太湖水体pH值影响的 [15]HUANG Q H,WANG Z J,WANG C X,et a1.Phosphorus Re— 调查研究[J].江苏环境科技,2000,13(2):1—3. lease in Response to pH Variation in the Lake Sediment With Dif- [7] APHA,AWWA,WPCE.Standard Methods for the Examination of ferent Ratios of h-on—Bound P to Calcium—Bound P[J].Chemical Water and Wastewater[Z].Washington D.C.:American Public Speciation and Bioavailability,2005,17(2):55—6l, Health Association.1998:145—173. [16]黄清辉.浅水湖泊内源磷释放及其有效性——以太湖、巢湖和 [8] 黄清辉,王东红,王春霞,等.沉积物中磷形态与湖泊富营养化 龙感湖为例[D].北京:中国科学院研究生院,2005. 的关系[J].中国环境科学,2003,23(6):583—586. [17 f SHEN L,uN G F,TAN J w,et a1.Genotoxicity of Sutrace Water [9] 滑丽萍,李宝贵,华珞,等,不同芦苇生境下自洋淀底泥形态分 Samples From Meiliang Bay,Taihu Lake,and Eastern China[J . 析研究[J].南水北调与水利科技,2005,3(2):29—32. Chemosphere,2000,41(1):129—132. [1O]孙晓杭,张昱,杨敏,等.太湖悬浮物磷的形态分布特征[J].安 [1 8]CHEN Q.Serf Organization Feature Maps of Analysis of Aquatic 全与环境学报,2005,5(4):19—22. Data——A Case Study of Eutrophication Analysis in Taihu Lake [11]黄漪平.太湖水环境及其污染控制[M].北京:科学出版社, [J].Journal ofHydraulics Engineering,2001,22(6):94—99. 2001:162—173. [12]王圣瑞,金相灿,庞燕.不同营养水平沉积物在不同pH下对磷 酸盐的等温吸附特征[J].环境科学研究,2005,18(1): 作者简介:李兵(1982一),男,山东日照人,硕士生,主要从 53—57. 事水资源保护方面的研究。 (上接第56页) 环境梯度的响应[J].生态学报,2006,26(5):1533—1541. 小饱和光照强度越低,光响应能力越弱。各试验组 [5] 谭学界,赵欣胜.水深梯度下湿地植被空间分布与生态适应 叶片快速光响应曲线随试验时间延长呈先升高后降 [J].生态学杂志,2006,25(12):1460—1464. [6] ARNON D I.Copper Enzymes in Isolated Chloroplasts Polyphenol— 低的趋势,进入快速生长期后各试验组间差异减小, oxidase in Beta vulgaris[J].Journal ofPlant Physiology,1949,24 地下水位制约作用减弱。地下水位一60 ClTI时,对 (1):1—15. 芦苇光合作用形成抑制,试验31 d以后,叶片发黄 [7] 王韶唐.植物生理学实验指导[M].西安:陕西科学技术出版 枯萎,叶绿素含量下降,叶片光响应能力减弱。 社,1987:150—152. [8] 李强,王国祥,潘国权,等.水体浊度对菹草萌发及萌发苗光合 参考文献 荧光特性的影响[J].生态学报,2006,26(11):3594—3601. [9] 刘祖祺,张石城.植物抗性生理学[M].北京:中国农业出版 阿拉木萨,蒋德明,李雪华,等.科尔沁沙地典型人工植被区土 社,1994:198—221. 壤水分动态研究[J].干旱区研究,2007,24(5):604—609. [10] 曹昀,王国祥,刘玉.淹水对菖蒲萌发和幼苗生长的影响[J]. [2] 徐海量,宋郁东,王强.塔里木河中下游地区不同地下水位对 湖泊科学,2007,19(5):577—584. 植被的影响[J].植物生态学报,2004,28(3):400—405. [3] 郝兴明,陈亚宁,李卫红.新疆塔里木河下游物种多样性与地 下水位的关系[J].生态学报,2007,27(10):4106—4112. 作者简介:刘玉(1984一),女,江苏扬州人,硕士生,主要从 [4] 崔保山,赵欣胜,杨志峰,等.黄河三角洲芦苇种群特征对水深 事水环境生态修复方面的研究。 

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