荒漠绿洲芦苇硅积累对地下水埋深的响应机制

The groundwater depth plays an important role in maintaining the stability of plant population and the succession of vegetation in arid desert areas. The relationship between plants and groundwater depth has become a hot issue in studying the drought resistance of plants. Silicon (Si) is the essential mineral nutrient for Gramineae Poaceae, P. australis is a typical silicon rich plant of gramineous Poaceae, and the population shows obvious characteristics and regularity along the groundwater depth which may be closely related to silicon accumulation. Earlier studies have found that silicon played important roles in desert plants in response to the drought environment. In this project, the gramineous Poaceae P. australis which can grow and distribute in the deep 0-10m habitat of the oasis was used as the research object, the silicon accumulation characteristics of P. australis in sand dune-salinized meadow-wetland, the response relationship between P. australis and groundwater depth change, the oles of silicon in drought resistance of P. australis and the physiological mechanism of silicon in improving drought resistance of P. australis are carried out to determine the role of silicon in the drought resistance of P. australis and to clarify the physiological mechanism of silicon in enhancing the drought resistance of P. australis through the analysis of silicon accumulation in P. australis and change of groundwater depth. The research results have important theoretical and practical value in improving the research level of silicon nutrition of desert plants, exploring the physiological mechanism of drought resistance of plants and guiding the management of desert ecosystem.

荒漠区地下水埋深对维持植物种群的稳定性以及植被的演替具有重要作用，荒漠植物与地下水埋深关系是植物抗旱性研究的热点。硅（Si）是禾本科植物的必需矿质营养，芦苇是典型的禾本科隐域性富硅植物，其种群沿地下水埋深呈明显特征和规律性可能与硅积累有密切关系。申请者前期研究发现硅在荒漠植物响应干旱环境中起着重要作用。本项目选择绿洲内地下水埋深 0-10m 生境都能生长分布的禾本科植物芦苇为研究对象，通过对芦苇硅积累与地下水埋深变化的分析，开展沙丘—盐化草甸—湿地芦苇硅积累特征、芦苇硅积累对地下水埋深变化的响应、硅在芦苇抗旱性中的生理作用、硅在芦苇抗旱中的生理作用机制研究，旨在确定硅在芦苇抗旱中的作用，阐明硅增强芦苇抗旱性的生理机制。研究成果对提升荒漠植物硅营养学研究水平、探索植物抗旱的生理机制以及指导荒漠生态系统管理等具有重要意义。

干旱荒漠区植物与水分关系一直是植物抗旱性研究的重要问题。近年来研究表明，硅在荒漠植物抗旱性中起着重要作用。芦苇是一种荒漠绿洲区典型的禾本科地下水依赖型富硅植物，但芦苇硅积累如何响应地下水埋深及机制尚未不明确。本研究开展了荒漠绿洲芦苇硅积累动态过程及变化、芦苇硅积累与地下水埋深变化的响应关系以及硅在芦苇抗旱性中的生理机制等研究；基于硅及其它矿质营养在荒漠植物体内的积累特征、对抗旱性的贡献以及耦合效应，开展了荒漠植物抗旱性的钠复合肥（组分：N、P、Na和Si）、专用有机肥（组分：N+ P2O5+K2O、有机物质、Na+）和矿质复合肥研发，并在荒漠区进行了推广应用，取得成果如下：.（1）不同景观生境芦苇硅积累特征明显（5.72 %-8.12%），芦苇积累量与N、P和K总量大致相当，甚至远超Ca、Mg 和S的总和；不同景观生境芦苇表现出大量积累Si、Cl、N，适量的积累Ca、Mg、K、Na和S，而排斥P的特征。（2）荒漠绿洲芦苇硅积累积极响应地下水埋深变化，芦苇吸收积累Si而不是排斥Si可能是其适应地下水埋深变化的有效机制外，积累高浓度SiO2和NO3-和适量可溶性糖作为生理调节剂、保持较高的内稳定性（SiO2:N比值保持稳定）可能是芦苇适应不同生境的有效适应性策略之一。（3）与传统的育苗和造林相比：钠复合肥不仅显著促进了育苗和造林时梭梭的生长，增强了其抗旱性，而且使苗圃育苗和造林时的水分利用效率分别提高了50 %和33 %。（4）与普通有机肥相比较，专用有机肥在提供梭梭长久有效的营养来源增强其抗旱能力、提高土壤肥力的同时，肥料中释放的Na+能及时被梭梭吸收利，避免对环境造成破坏。（5）研发出适合于梭梭和少浆植物柠条抗旱性的最适矿质复合肥，梭梭最适矿质复合肥配方为: NaCl: NH4NO3: CaCl2: MgCl2: Na2SiO3= 20: 5: 20: 40:10或40 :10:60:10:7.5 (g. kg dry soil-1) ，柠条矿质复合肥配方为: KNO3:CaCl2: MgCl2: K2SiO3=20: 10:20:10或40:20:60:5 (g. kg dry soil-1) ，形成了多浆和少浆植物矿质复合肥研制及应用的技术方法。上述研究成果推动了荒漠植物矿质营养学及肥料学研究的发展，为荒漠区退化植被的恢复及生态环境重建开辟了新的研究前景。