不同母质红壤下干旱胁迫对草本植物生长的影响

张立存

（江西省鄱阳湖水利枢纽建设办公室，江西 南昌 330009）

干旱是土壤侵蚀区限制植物生长的主要逆境因子［1］。由于干旱胁迫，在侵蚀区的植物生长受到严重限制［2-3］。干旱胁迫不仅限制植物充分发挥其遗传潜力所能达到的生长量，还会通过影响植物种子发芽、幼苗生长等间接对植被的演替过程造成影响。因此，选择耐旱能力较强的植物种类是研究侵蚀区植被恢复的热点［4-5］。

土壤干旱是指土壤在缺乏水分时，植物的根系吸水困难，造成植物体内的水分平衡遭到破坏，致使植物生长缓慢或完全停止生长的现象。这一定义表明在干旱胁迫条件下，植物最直观的适应性首先反映在生长指标上［6-7］。干旱胁迫对植物的影响是多方面的，但影响的程度因植物种类、土壤类型和胁迫程度不同而异［8-9］。干旱胁迫下植物的高度、地径、根系生长、侧根数、叶片数、叶面积及生物量等生长指标均随着土壤干旱程度的加剧而急剧下降［10］。干旱初期，物质运输速率加快，只有在持续干旱时才会对物质运输产生抑制作用。随着土壤含水率的降低，苗高、地径和生物量等生长指标均有下降趋势，但生物量下降的幅度最大［11］。

基于此，本文针对南方红壤侵蚀区的植被恢复问题，以常见的先锋草本植物刺芒野古草、鹧鸪草、狗牙根、假俭草、宽叶雀稗、白三叶为供试植物，进行室内人工模拟自然干旱试验，分析了不同母质红壤下干旱胁迫对草本植物生长的影响，筛选出了适合南方红壤侵蚀区植被恢复的先锋草本植物，以期为该区水土流失治理和植被恢复工作提供科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试植物为刺芒野古草、鹧鸪草、假俭草、宽叶雀稗、狗牙根、白三叶。其中刺芒野古草和鹧鸪草均取自宁都水土保持生态科技园内，分别选择大小长势一致的幼苗，将地上部分剪至高度一致，种植于高26 cm、直径28 cm的塑料花盆中，每盆3株。假俭草采用茎段繁殖，密度为100个/m2；狗牙根、雀稗、白三叶均采用种子繁殖，种植密度分别为10、20、20 g/m2；将假俭草草茎和供试植物种子种植于塑料花盆，并置于温室大棚。

供试土壤为红砂岩土壤与第四纪红壤，其中红砂岩土壤取自江西省宁都县，第四纪红壤取自德安水土保持生态科技园，2种土壤风干后，过5 mm筛备用。土壤的理化性质见表1。

表1 试验土壤的理化性质

1.2 试验设计

待所有供试植物种植成活，并正常生长约1个月后，进行干旱胁迫（水分处理）试验，试验设置空白对照、复水、干旱胁迫、保水剂4个水分试验处理，每个试验处理各重复3次，试验周期为90 d，详细试验设计见表2。

表2 干旱胁迫试验设计

1.3 测定指标及方法

采用收获法测定供试植物的各项生长指标。不同供试植物按不同试验处理分别测定苗高（米尺测量）、总生物量、地上部分鲜重和地下部分鲜重，然后将样品在80 ℃烘箱内烘干至恒重，分别称取各部分相应的干重，再计算出地下/地上生物量比率。

2 结果与分析

2.1 草本苗高特征

图1为不同母质发育红壤和干旱胁迫处理对优势草本苗高的影响，由图1可知：不同供试植物在4种干旱胁迫处理条件下，苗高的生长量基本表现为第四纪红壤＞红砂岩红壤。其中空白对照组的第四纪红壤下的苗高生长量为红砂岩红壤的1.10～1.35倍；复水试验组第四纪红壤苗高生长量为红砂岩红壤的0.97～1.36倍；干旱试验组第四纪红壤苗高生长量为红砂岩红壤的0.96～1.42倍；保水剂试验组第四纪红壤苗高生长量为红砂岩红壤的0.87～1.11倍。

图1 不同母质红壤下干旱胁迫对草本苗高的影响

2.2 草本地上生物量

由图2可知，总体上供试植物地上部分生物量以第四纪红壤大于红砂岩红壤，且随着土壤含水率的降低，2种土壤条件下供试植物地上部分生物量的差异逐渐加大，以对照组的白三叶和干旱试验组的刺芒野古草的差异最大，第四纪红壤地上生物量分别为红砂岩红壤的2.80倍和2.02倍。6种供试植物在复水、保水剂试验条件下，第四纪红壤地上生物量为红砂岩红壤的1.03～1.59倍。其中供试植物白三叶在复水、干旱和保水剂试验条件下，30 d后均死亡，未获取到地上生物量数据。

图2 不同母质红壤下干旱胁迫对草本地上生物量的影响

2.3 草本地下生物量

由图3可知，总体上，在空白对照、复水、保水剂等试验条件下，供试植物地下部分生物量以第四纪红壤大于红砂岩红壤，前者的地下生物量为后者的0.83～1.61倍；而在干旱条件下地下部分生物量以第四纪红壤小于红砂岩红壤，前者的地下生物量为后者的0.71～0.97倍。其中供试植物白三叶在复水、干旱和保水剂试验条件下，30 d后均死亡，未获取到地下生物量数据。这说明在极度干旱条件下，供试草本（尤其是假俭草、刺芒野古草、鹧鸪草、宽叶雀稗）的地下根系生长对红砂岩红壤具有较强的适应性。

图3 不同母质红壤下干旱胁迫对草本植物地下生物量的影响

2.4 草本生物量分配变化

图4为不同母质红壤对优势草本的地下/地上生物量比率的影响结果，试验结果为：空白对照、复水、保水剂试验条件下，供试植物地下/地上生物量比率，以第四纪红壤大于红砂岩红壤，前者为后者的0.37～1.47倍；而在干旱条件下地下/地上生物量比率却以第四纪红壤小于红砂岩红壤，前者为后者的0.41～0.66倍。从植物干物质的分配比率的角度来看，在极度干旱条件下，供试植物在红砂岩红壤条件下生长是以地下部分为主，其中假俭草的地下/地上生物量比率大于1。

图4 不同母质红壤下干旱胁迫对草本地下/地上生物量比率的影响

3 讨论

本研究发现，在不同胁迫条件下，供试植物的苗高生长量、地上部分生物量均是以第四纪红壤大于红砂岩红壤，且随着土壤含水率的降低，2种土壤条件下供试植物苗高生长量、地上部分生物量的差异增大。这可能与2种母质红壤的土壤性质差异较大有关。通过2种土壤进行试验取样分析（表1）：红砂岩红壤为壤质砂土，其中砂粒含量较高，粘粒含量低；而第四纪红壤为粉质壤土，土壤颗粒分布主要集中在粉粒。第四纪红壤有机质、全氮、全磷含量均显著高于红砂岩红壤，这说明第四纪红壤的理化性质有利于植物地上部分的生长。

植物地下部分与地上部分生物量的比率大小反映了植物对环境因子的需求和竞争能力。生物量的分配比例在一定程度上能反映植物在受到干旱胁迫时的生存能力，这是因为植物在地上部分生物量降低的同时，较多地提高了根的比重，即地下部分生物量，这有利于缓解植物在干旱胁迫下水分、养分的供需矛盾［12］。干旱胁迫对不同种类植物地上部分与地下部分比率的影响程度也具有一定差异。一般情况下，该比值是随土壤干旱程度加剧而增大的。但也有相反的研究报道，植物根茎比没有提高，反而有所下降［13］。从植物干物质分配比率的角度分析，在干旱条件下，供试植物在红砂岩红壤的地下部分生物量要大于第四纪红壤。这说明在逆境胁迫条件下，红砂岩红壤的土壤水分、养分条件较差，植物为适应这种外界环境胁迫，使光合产物向地上营养器官的投入相对减少，并通过增加根系物质的输入，满足能量与物质的平衡供给。这是植物提高逆境中竞争力的方式，反映了植物较强的抗旱性。

4 结论

通过室内模拟干旱胁迫试验，不同供试植物在空白对照、复水、干旱、保水剂处理条件下，苗高生长量、地上、地下生物量和地下/地上生物量比率均以第四纪红壤＞红砂岩红壤；在干旱胁迫环境下，假俭草、刺芒野古草、鹧鸪草、宽叶雀稗、狗牙根均表现出较强的适应性，以刺芒野古草最佳。因此，认为刺芒野古草可以作为植被恢复的先锋植物。