《黄土高原乡土草种水分生理生态学特征》 - 梁宗锁,韩蕊莲,刘国彬,王向东 - Meg Book Store

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『簡體書』黄土高原乡土草种水分生理生态学特征

書城自編碼： 2650536
分類：簡體書→大陸圖書→工業技術→環境科學
作者：梁宗锁,韩蕊莲,刘国彬,王向东
國際書號(ISBN)： 9787030452269
出版社：科学出版社
出版日期： 2015-09-01
版次： 1 印次： 1
頁數/字數： 680/1000000
書度/開本： 16开釘裝：精装

售價：HK$ 477.3

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《黄土高原乡土草种水分生理生态学特征》可供生态学、生态工程、植物学、植物生理学、环境科学、环境工程、水土保护工程、水利工程等学科的科技工作者、教师和研究生参考使用。

內容簡介：

《黄土高原乡土草种水分生理生态学特征》对黄土高原具有代表性的草种进行了水分生理生态特征的系统研究。在探讨单个草种水分利用特征的基础上，研究了不同草地配置群落的水分特征和生产力，以及陕北撂荒地的演替序列和演替规律及加快生态恢复的干扰途径。通过比较典型群落的生理生态特征及水分利用策略，明确一些撂荒地植被恢复情况，选择合适的建群植物种类，结合黄土丘陵区复杂的生态环境条件，为荒草地改良进行合理性、区域化建设提供理论依据，从而有利于黄土高原区的水土保持和生态建设。

目录
序言
前言
第1章植物抗旱性评价指标研究概况 1
1.1 干旱对植物的影响 1
1.2 植物抗旱指标概况 1
1.3 问题与展望 12
第2章植物对缺水环境的感知及其生理反应 14
2.1 植物对缺水环境的感知 14
2.2 植物对缺水环境反应的遗传学基础 17
2.3 植物适应干旱的方式 18
2.4 植物适应干旱环境的生理生态策略 18
2.5 干旱条件下的产量获得途径 23
2.6 植物水分代谢及其调节 24
2.7 植物水分利用率及其提高途径 28
第3章 4种禾本科牧草的耗水规律与抗旱特性 34
3.1 4种乡土禾草的耗水特性 35
3.2 不同土壤水分对4种乡土禾草水分状况的影响 40
3.3 不同土壤水分处理对4种乡土禾草渗透调节物质的影响 44
3.4 不同土壤水分处理对4种乡土禾草活性氧代谢及活性氧清除系统的影响 51
3.5 不同土壤水分处理对4种乡土禾草生长及干物质积累的影响 60
3.6 结论 70
第4章无芒雀麦、红豆草和小冠花耗水规律及抗旱特性研究 72
4.1.3种牧草的耗水规律 72
4.2.3种牧草的抗旱特性 78
4.3.3种牧草生长及干物质量积累 92
第5章甘草、桔梗和菘蓝的耗水和抗旱特性研究 96
5.1.3种药用植物生长与耗水规律 96
5.2 不同土壤水分下3种药用植物的抗旱特性 104
5.3 结论 120
第6章水分胁迫对黄芪抗旱特性及黄芪甲苷含量的影响 122
6.1 不同水分条件下3种黄芪生长与耗水规律 122
6.2 不同水分条件对3种黄芪生理特性的影响 129
6.3 不同水分条件对3种黄芪中黄芪甲苷含量的影响 139
6.4 结论 140
第7章沙打旺、白花草木樨、尖叶胡枝子的耗水和抗旱特性研究 141
7.1 不同土壤水分条件下3种豆科牧草的耗水特征 141
7.2.3种豆科牧草萌发期对干旱胁迫的响应及抗旱性评价 145
7.3 不同土壤水分含量下3种豆科牧草苗期抗旱特性研究 150
7.4 不同土壤含水量对3种牧草生长及干物质积累的影响 165
7.5 结论 169
第8章植被演替过程中典型群落特征及水分利用策略研究 170
8.1 不同水分条件下两种半灌木保护酶活性及渗透调节物质含量的变化 170
8.2 不同立地条件下两种半灌木群落水分特征及生物量研究 175
8.3 土壤水分对两种半灌木生长与耗水规律的影响 185
8.4 结论 191
第9章猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿和黄花蒿耗水规律及抗旱特性 193
9.1 不同土壤水分条件下4种菊科蒿属植物的耗水规律 193
9.2 不同土壤水分条件下4种菊科蒿属植物的生长特性 200
9.3 不同土壤水分条件下4种蒿属植物的生理特性 205
9.4 不同土壤水分条件下4种蒿属植物的形态解剖学 215
9.5.4种蒿属植物抗旱性综合评价 222
9.6 结论 223
第10章黄土丘陵区4种乡土草种水分生理生态特征研究 225
10.1 演替序列 225
10.2 演替过程中主要乡土牧草评价 229
10.3 4种乡土牧草的某些群落生态学特征 232
10.4 4种乡土牧草群落的α多样性 239
10.5 群落时间结构有效盖度 246
10.6.4种牧草群落的时间结构与土壤含水量的关系 252
10.7.4种乡土牧草的某些种群生物学特征 254
10.8.4种乡土牧草的水分生理生态学特征 278
10.9 结论 289
第11章白花草木樨、沙柳和花棒的耗水规律及抗旱性研究 291
11.1 不同土壤水分条件下3种优势种的耗水规律 291
11.2 不同土壤水分条件下3种优势种的生理特性及抗旱性评价 298
11.3 结论 305
第12章荒漠植物牛心朴子光合特征与渗透调节研究 307
12.1 毛乌素沙地牛心朴子叶片的光合特征研究 307
12.2 渗透胁迫对牛心朴子幼苗生长发育及渗透调节物质含量的影响 310
12.3 土壤水分胁迫对牛心朴子植株生长及渗透调节物质积累的影响 315
12.4 结论 318
第13章黄土高原菊科植物的区系研究 322
13.1 黄土高原地区菊科植物的系统分类 322
13.2 黄土高原菊科植物的种类组成 328
13.3 区系分析 329
13.4 黄土高原与相邻地区菊科属的相似性比较 335
13.5 讨论 336
13.6 结论 338
第14章陕北黄土丘陵区撂荒演替及主要植物种内、种间竞争研究 358
14.1 陕北黄土丘陵区撂荒演替规律研究 358
14.2 陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中土壤水分、养分变化 372
14.3 陕北黄土丘陵区撂荒演替与土壤环境的关系 393
14.4 植物种内、种间竞争及地上生物量空间分布格局 405
14.5 陕北黄土丘陵区撂荒演替序列部分种的一些形态和生态特性 426
第15章陕北黄土丘陵区撂荒地恢复演替的生态学过程及机理 429
15.1 陕北黄土丘陵区撂荒地恢复演替群落的结构组成 429
15.2 陕北黄土丘陵区撂荒演替群落种类组成的时空演变 438
15.3 陕北黄土丘陵区撂荒地群落演替多样性研究 452
15.4 陕北黄土丘陵区撂荒地恢复演替的生态位演变 461
15.5 陕北黄土丘陵区撂荒地土壤含水量的时空演变 467
15.6 陕北黄土丘陵区撂荒地土壤养分含量的时空演变 473
15.7 陕北黄土丘陵区撂荒地土壤微生物的时空响应 485
15.8 撂荒演替过程中植被与环境因子的相互关系 497
15.9 结论 502
第16章陕北黄土丘陵区植被恢复过程及干预途径研究 508
16.1 不同撂荒年限的群落演替规律 508
16.2 退化天然群落结构组成与环境因子间的关系 522
16.3 干扰对植被恢复的影响 532
16.4 不同撂荒演替阶段土壤种子库研究 552
16.5 结论 561
第17章黄土丘陵区基于水分平衡的人工草地建设研究 566
17.1 黄土丘陵区常用牧草抗旱适应性研究 566
17.2 黄土丘陵区常用牧草水分利用特征研究 578
17.3 黄土丘陵区造成苜蓿成苗困难的环境及生理机制研究 593
17.4 黄土丘陵区草地土壤水分利用研究 601
17.5 黄土丘陵区草地水分承载能力与人工草地建设的原则 613
17.6 结论 617
参考文献 618

內容試閱：

第1章植物抗旱性评价指标研究概况
1.1 干旱对植物的影响
水对植物生命活动具有重要的生理生态作用。首先，水是原生质的主要组分，水直接参与植物体内重要的代谢过程，包括光合作用、呼吸作用、有机物质的合成和分解等。其次，水是许多重要生化反应的良好介质。此外，由于水具有很高的汽化热和比热容，在环境温度波动的情况下，植物体内的水分可维持体温相对稳定；在烈日曝晒下，植物通过蒸腾散失水分以降低体温，水充当蒸腾冷凝剂，使植物不易受高温伤害。
在自然环境中，植物常遭受各种环境胁迫，包括异常的温度、不利的土壤化学和物理条件及各种病虫的危害。但是，从整体来看，干旱胁迫是限制陆地植物生长的主要因子。水分亏缺引起的植物生长缓慢和作物产量减少超过所有其他胁迫的总和Jaleel eta1．，2007，因为它是普遍存在的。世界三分之一以上的地区处于干旱半干旱环境（胡新生等，1998），我国干旱半干旱地区约占全国土地面积的一半。即使生长在非干旱半干旱地区的植物，其整个生命周期中也常常遭受阶段性的土壤（或大气）干旱Chaves et a1．，2002。另外，许多其他类型的环境胁迫也会引起水亏缺，如盐胁迫、冷害、冻害等都会影晌植物体的水状态Verslues et a1．，2006。随着全球气候变暖，干旱情况将会更严重、更频繁Wassmann et a1．，2009；Coley，1998。水亏缺影响植物生长的各个方面，包括解剖、形态、生理及生化，这是环境对植物的影响和塑造，称其为“生态作用”；另一方面，植物要想在不利的环境中生存发展，必然要通过多种途径增加生长的可能Seki et al．，2007，任何生物都具有这种本能，称为“适应”。事实上，自然界生长在干旱环境的各种植物经过长期自然选择、协同进化，形成了各种微妙的、积极的耐旱生理、生态适应对策Bacelar et a1．，2006；Dicho et al．，2006。虽然对植物抗旱的生理生态策略已有许多研究，但与大干世界各种环境下多种多样的植物相比，人们了解的还甚少。因此，进一步认识和理解自然界各种植物多种多样的适应对策，有助于人类深入认识自然界，为合理利用更多植物资源提供科学依据，对应对当前全球气候变暖、环境恶化具有一定的意义。
1.2植物抗旱指标概况
水分亏缺严重影响植物的形态结构Shao et a1．，2008、光合生长Soyza et a1．，2004和伐谢水平Shulaev et a1．，2008，植物只有适应这种干旱环境才能生存Se-ki et al．，2007。因此，研究植物的抗旱特性、选育抗旱性植物品种，对促进经济发展、生态建设具有重要意义。植物的抗旱性是植物在于旱环境中生长、繁殖、生存以及在干旱解除后迅速恢复生长的能力，是通过抗旱指标来体现的。由于植物的抗旱能力是一种复合性状，是从植物的形态解剖构造、水分生理生态特征及生理生化反应到组织细胞、光合器官乃至原生质结构特点的综合反应（黎燕琼等，2007），所以，反映植物抗旱性强弱的指标有很多，广泛涉及植物形态解剖结构、生长反应、生理状况及生化反应特征等诸多方面。综合前人研究结果，进行植物抗旱性评价指标归纳总结，可为植物抗旱性的鉴定和高抗旱性品种的选育提供理论依据。
1. 2.1 形态解剖指标
目前，关于植物抗旱性研究的形态解剖指标主要集中在植物叶片与根系的形态建成和解剖结构。
1.2.1.1 叶片形态解剖指标
叶片是植物进行同化作用与蒸腾作用的主要器官，与周围环境有着密切联系。植物叶片结构与其生存环境有着极显著的相关性（李贵全等，2006）．因而植物对环境的反应也较多体现在叶的形态和构造上。
表皮毛在叶片表面常具有表皮附属物——表皮毛和气孔。表皮毛是表皮细胞的突出物。植物的表皮毛具有良好的隔水保水功能（王勋陵等，1999），表皮毛的存在也加强了表皮的保护作用。表皮广布表皮毛，表皮毛可反射阳光，其遮盖下的气孔阻力增大，从而减少水分从气孔蒸发Fahn，1986．有利于植物在干旱条件下的水分保持，提高抗旱性。表皮毛越浓越长，其防止水分散失的功效越显著。
叶片的表面积／体积抗旱性强的植物叶片的表面积／体积的比值普遍小于抗旱性差或不抗旱植物，如霸王（Zygophyllum _ranth，ox-vlon）表面积／体积为3.13，而中生植物白杨则为10. 55（荣振英等，1997）。叶片的表面积／体积值小，减少了植物暴露面积，将蒸腾作用减少到**，有利于植物保持体内水分，适应干旱缺水环境。
角质层角质层的厚度受环境影响较大。在干旱、阳光充足条件下生长的叶片，角质层较厚；而在水中或阴湿环境中生长的植物叶片，角质层较薄甚至完全没有。植物叶表皮上具有厚的角质层是耐旱植物的重要特征，角质层表面具有棒状或丝状的蜡质，能使植物在干旱条件下减少水分的丧失（赵翠山等，1981），如沙冬青是一种沙生植物，抗旱性极强，其角质层厚度为12～17tm I.yshede，1979，而中生植物小叶杨仅为2. 4～2. 6tm（黄振英等，1995）。
栅栏组织／海绵组织比值栅栏组织细胞中含叶绿体较多，细胞排列整齐，细胞间隙小；海绵组织位于栅栏组织和下表皮之间，细胞呈不规则形状，排列疏桧，细胞间隙大，细胞内含有的叶绿体较少。海绵组织是具有大细胞的储水组织，其细胞中有大的液泡。耐旱植物栅栏组织特别发达，常为两层或多层，而海绵组织不发达或只有栅栏组织（王勋陵等，1999）。栅栏组织／海绵组织厚度比值越大，越有利于植物在干旱条件下保存水分。
发达的叶脉和机械组织叶脉是叶片中的维管束，是叶的输导组织和支持结构，具有伸展叶片、输导水分和营养物质的作用。叶脉致密、发达，机械组织增多，既可适应水分的迅速运输，也可增强支持力量，有利于适应干旱环境（王勋陵等，1999）。
气体下陷或较大的孔下室气孔下陷，可增大气孔扩散阻力，在减少光辐射和水分散失方面有积极的作用（崔秀萍等，2006）。气孔下室体积大，内蒸发面积越大，水分蒸发越快，可使气孔下室保持较高的相对湿度，提高扩散力；一旦有足够的水分供应，叶片气孔张开，蒸腾加快，有利于水分和养分的传输，进而促进植物生长，提高植物对环境的适应能力。
气体分布与气孔密度长期生长在干旱半干旱条件下的植物，气孔多分布于叶片下表皮。该分布模式既能保证植物与外界环境进行气体交换，又能降低蒸腾作用、保持水分，提高水分利用效率（Bosabalidis et a1．，2002；李芳兰等，2006）。气体密度是指单位面积的气孔数目，往往随着环境中水分和湿度减少而增加，但气孔面积则向小型化发展，这是植物长期适应干旱环境的一种对策。
气体振荡研究发现，一定条件下植物的气孔呈现以数分钟或数十分钟为周期的开合现象，即气孔振荡。这种现象能大幅度地降低平均蒸腾速率，又不明显地抑制光合速率，大大提高水分利用效率，是一种能高效利用水分的生理现象。目前气孔振荡产生的机制还不十分清楚，但多数人认为，这种振荡现象是由一定的根系阻力（或水流阻力）引起的（鏖建雄等，2000）。在干旱条件下，有些植物会发生气孔振荡以降低蒸腾速率，这是植物抵御干旱环境的另一种气孔行为。
叶片厚度植物叶片越厚，储水能力越强。在干旱条件下，随着胁迫程度的增加，植物幼叶变厚，而成龄叶没有明显变化（李芳兰等，2005），这说明幼叶比成龄叶对水分胁迫的适应更敏感。在组织形态建造过程中，幼叶可以因土壤水分状况的变化而改变其建造方向，形成与之相适应的显微结构，从而增强抗逆能力；成龄叶片因器官建造已经完成，水分胁迫时它很难通过其显微结构的弹性调节来实现抗性的提高，只能是被动适应。
叶片长、宽、叶面积植物叶片特征包括叶片的长、宽、叶面积大小，其对水分亏缺的反映敏感度，均随着土壤含水量的降低而明显减小。叶片水分蒸发速度随着叶面积的增大而增大，所以单叶面积小的植株比单叶面积大的植株抗旱（曲桂敏等，1999）。一般在叶发育过程中受到水分胁迫时，首先抑制细胞增大，使叶面积比正常情况下的要小，从而避免水分过分散失。植物通过保持较小的总叶面积使单位叶面积的光合作用维持在一定水平，是植物适应土壤水分减少的一种重要方式。
比叶面积
比叶面积是植物叶片的重要性状之一（郑盛华等，2006），它是指单位干重的鲜叶表面积。比叶面积往往与植物的生长和生存对策有紧密联系，能反映植物对不同生存环境的适应特征（李轩然等，2007; Poorter et a1．，1999）。它还可以反映植物获取资源的能力，比叶面积较低的植物能更好地适应资源贫瘠和干旱的环境，比叶面积较高的植物保持体内营养的能力较强Garnier et a1．，2001。
叶夹角
叶夹角是指叶片上表面所在平面与植物主茎秆的交角。叶夹角的大小与抗旱性有一定关系。叶夹角小的植物株型紧凑，相对来说其受阳光直射辐射面积小，在相同条件下失去的水分较少，抗旱性强，反之则弱Wilson et a1．，1999。
叶片运动
在叶片生长达到**面积后，水分亏缺时叶片发生萎蔫或卷曲运动等以减少太阳辐射，可防止叶温升高，减缓水分亏缺的发展。叶片萎蔫或卷曲是植物在水分胁迫下出现的普遍现象。有研究表明，水分胁迫下植物叶片萎蔫指数可作为一个抗旱性评价的形态指标（倪郁等，2001）。
干旱环境下，在“开源”方面，发达的根系有利于植物从干燥的土壤中吸收到更多的水分，地上部较多地表现为“节流”。“节流”机制具体表现为卷叶、蒸腾作用降低等。但是，并非叶片所有的旱生结构都随时随地发挥抑制蒸腾从而减少水分消耗的作用。一方面，在干旱条件下，植物气孔关闭、叶面积减小等有利于植物在缺水条件下降低蒸腾，减少水分损失。另一方面，一旦有充足的水分供应，较发达的输导组织和较大的孔下室等促进植物蒸腾，使植物加速光合和蒸腾作用，快速生长，以利于提高抗旱性，适应下一次干旱的到来。这样的结构可能才是植物维持水分平衡能力强的标志。
1.2.1.2根的形态解剖指标
植物根系的重要作用之一是从土壤中吸收水分，其吸收数量的多少，不仅受土壤物理机械特性的制约，而且还受根系生长状况和代谢作用的影响。植物对水分的吸收在很大程度上取决于根系形态和结构（王育红等，2002）。一般衡量植物根系形态、构型建成对水分影响的主要参数指标有根系深度、根系干物质重量、细根数、根系比表面积和根导管直径等。
根系深度根系探度反映了植物对于旱环境的响应。干旱条件下植物的根系具有“向水性”，植物可以通过增大根系深度来补偿土壤水分的降低，从而适应缺水的环境（何维明等，2000）根系干物质重量根系干物质重量是衡量根系发达程度的一个重要指标。根系干物质多，有利于形成发达的根系，进而有利于植物在干旱环境中吸收水分，满足地上部蒸腾所需I.ahlou et al．，2005。
细根数林木根系从土壤中吸取大量水分以满足林木的生长所需和蒸腾消耗，其中以细根直径小于2mm吸收和传输水分的能力*强Khanna-Chopra et a1．，2010。不同深度的细根数量是衡量植物在缺水环境下吸水能力的重要指标。
根系比表面积根系比表面积作为一种反映单位体积根系活性吸收面积大小的指标，在评价植物根系活力方面被广泛采用。研究表明，适宜的土壤含水量有利于增加根系活性吸收面积。该值因物种而异，当土壤水分含量高于或低于这个值时，植物根系比表面积会降低（曹扬等，2006）。
根导管直径导管主要承担运输水分和无机盐的作用，且数量多，运输功能强（李鲁华等，2001）。另外，同一作物抗旱性强品种的根导管直径明显比抗旱性弱品种的小，小的根导管直径有利子植物更有效地利用土壤水分（刘胜群等，2007）。例如，对春小麦的研究发现，抗旱性较强的品种中央大导管消失或缩小为中央旁导管，周围均匀、细小的小导管以中央旁导管为中

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