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本研究以北京市典型乔木树种侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)、山杨(Populus davidiana)和刺槐(Robinia pseudoacacia)为研究对象,受降水分布不均和光照环境异质性的影响,上述树种的生长同时受到干旱和遮阴胁迫,为此本试验采用遮阳网对盆栽幼苗形成遮阴胁迫,同步叠加自然干旱—旱后复水处理,比较各树种在干旱和遮阴不同处理间的响应异同,分析不同树种叶水势、比叶面积、生物量以及根冠比的变化特征,探究非结构性碳水化合物(Nonstructural carbohydrate,NSC)及其组分可溶性糖、淀粉在各器官中的分配模式,将其与生理指标进行相关性分析,以揭示北京地区典型乔木应对干旱及遮阴复合胁迫的碳水平衡机制,阐明典型乔木对干旱和遮阴胁迫的响应规律及适应性机制。研究结果表明:(1)干旱阶段植物表型性状变化差异性显著全光照干旱下,侧柏、油松、山杨和刺槐表型性状除根冠比增加(47.7%)外,叶水势、株高、地径、比叶面积和生物量均明显降低。重度遮阴会加剧干旱的影响,遮阴、干旱下株高、地径和生物量降幅更大。遮阴、干旱下阔叶树种山杨、刺槐比叶面积(51.4%)增加,针叶树种侧柏、油松无明显变化。这可能是由于胁迫条件下,针叶树种会将部分干物质用于小枝、主干、根系等器官的形态构建,而阔叶树种更多地投入到植物叶面积。(2)复水阶段植物表型性状均有不同程度恢复复水后各植物幼苗叶水势(11.6%-70.8%)、株高(5.7%-15.4%)、地径(33%-180%)和生物量(0.71%-14.0%)均有恢复。叶水势复水后12 h能快速恢复至对照水平,株高、地径和生物量短期复水内恢复速度较慢。遮阴有利于复水过程植物水分运输的恢复,影响植物株高和径向增长恢复速度和程度。前期经历复合处理的植物各器官受损更严重,造成复水进程中生物量恢复能力更弱。(3)不同树种全光照及遮阴条件下干旱复水进程中可溶性糖变化规律差异性显著全光照干旱胁迫,侧柏地上部分可溶性糖含量显著增加28.5%,地下部分减少10.1%,油松、山杨和刺槐整株可溶性糖含量减少10.5%-13.7%。由于阔叶树种个体更趋向于气孔的等水调节行为,复合胁迫下气孔敏感性更强,容易发生碳饥饿,遮阴、干旱胁迫下,山杨和刺槐倾向于下降(5.7%-12.9%),侧柏和油松可溶性糖整体倾向于增加(9.8%-18.9%)。复水进程中四个树种表现为各器官于短期复水内有所恢复,至复水末期逐渐下降。(4)不同树种全光照及遮阴条件下干旱复水进程中淀粉变化规律差异性显著全光照干旱处理,四个树种淀粉含量总体呈下降趋势,下降幅度为8.75%-16.9%。遮阴、干旱处理下,除侧柏整体淀粉含量倾向于增加(13.2%)外,其它三个树种下降12.1%-20.4%。复水进程中侧柏和油松淀粉含量短期复水内可以恢复至对照,山杨和刺槐到复水末期有不同程度的恢复。(5)不同树种全光照及遮阴条件下干旱复水进程中NSC变化规律差异性显著全光照干旱处理,四个树种NSC趋于下降,降幅为9.4%-16.2%。遮阴、干旱处理下,除侧柏NSC有所上升外,其它三个树种NSC均表现为下降趋势。与全光照处理相比,遮阴处理显著提升侧柏地上部分(13.1%)和细根(17.5%)NSC含量,显著降低油松根系、山杨新叶、老叶、小枝木质部和干韧皮部NSC。旱后复水阶段,各树种NSC在短期复水内可快速恢复,但复水末期会下调至低于对照水平。表明随着复水期延长,植物体通过调节NSC在各器官中的分配,扭转前期胁迫下以生长为代价进行储藏的策略,积极调动NSC以恢复生长。(6)不同树种全光照及遮阴条件下干旱复水进程中可溶性糖/淀粉比值存在差异总体来看,全光照干旱条件下侧柏和油松有较强的适应性,地上部器官代谢能力较强,倾向于提高糖淀比(升幅为21.8%-55.7%),通过将淀粉分解为可溶性糖以维持植物生存所需的物质和能量。而阔叶树种山杨和刺槐仅主干和粗根木质部有上升(升幅为21.0%-33.3%)则表明,其对干旱的适应性较弱,需要提升主干和根系木质部糖淀比来提高水分利用效率。遮阴干旱条件下,各树种粗根木质部糖淀比均表现为上升,平均升幅为22.4%,叶片表现为下降。表明光照和水分同时受限的情况下,各树种更倾向于水分吸收而不是光能捕获。此外,复水时遮阴能加快侧柏和刺槐糖淀比的恢复。(7)干旱复水进程中植物NSC与生理指标相关性显著全光照及遮阴条件下的干旱复水进程中,各树种将NSC从叶片向小枝、主干和根系转运,以提升水分运输和吸收能力。各树种叶片与光合荧光参数及表型性状显著正相关(P<0.05),小枝、主干和根系各组织与生理指标倾向于负相关(P<0.05)。而遮阴不利于植物叶片NSC累积,植物体整体NSC显著下降,此时植物体并无多余NSC从源器官向库器官转移,导致经过遮阴处理的试验组小枝和主干部分组织会呈现正相关关系(P<0.05)。综上所述,干旱及遮阴胁迫下,北京地区典型乔木的表型性状及NSC(包括可溶性糖、淀粉)含量均有显著变异。本研究表明,遮阴会加剧干旱对株高、地径和生物量的不良影响。遮阴、干旱复合胁迫下,NSC及生物量优先向各树种根系中分配,以提高其水分吸收能力。复水阶段遮阴则会有利于各树种叶水势的恢复,和侧柏及刺槐糖淀比的恢复,但会抑制株高和径向增长恢复速度和程度。前期经历过遮阴处理的植物,复水进程中生物量恢复力更弱。