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高重碳酸盐和低磷环境是制约喀斯特地区植物生长的重要因素。在中国西南喀斯特地区,当地土壤上植物的生长发育受到严重影响,使得该地区植物群落过于单一,植被覆盖率较低。喀斯特地区脆弱的生态环境使得粮食作物对营养元素的需求得不到满足,导致该地区种植的粮食作物产量偏低,经济效益差,生态系统易遭破坏。所以,选择高产能的适生植物对解决喀斯特地区经济滞后和生态恢复至关重要。本文通过研究喀斯特适生植物的生理生态特性,可以为治理当地退化生境和增加经济收入提供科学、有效的理论依据。
基于上述背景,以非粮能源植物麻疯树(Jatropha Curcas L.)为研究对象,油桐(Vernicia Fordii H.)作为对比,通过野外实验和模拟实验进行对比分析,在喀斯特低磷和高重碳酸盐地区对麻疯树和油桐的光合、叶绿素荧光参数和热值影响进行测定分析,并对野生种子含油量、脂肪酸组成含量进行测定分析;并通过营养液培养方法,实验室模拟不同低磷和高重碳酸盐水平分析其对麻疯树和油桐的光合特征及叶绿素荧光特性的影响。由此,探讨麻疯树在喀斯特生境下的适生阈值和经济价值,主要得到以下结论:
(1)对采自贵州省贞丰县鲁容乡五个不同生长地区的4-5年树龄的成熟麻疯树和油桐进行光合产能等相关参数测定,得到同一生长地区麻疯树光合产能高于油桐的结论。通过对采样地区土壤理化性质的测定,发现随着土壤磷(P)含量的降低或者高重碳酸盐(HCO3-)浓度的升高,麻疯树和油桐的光合产能均有不同程度的下降,油桐下降程度大于麻疯树,麻疯树的抗逆性强于油桐。
(2)在温室进行麻疯树和油桐模拟实验,分别对两种植物进行P和HCO3-胁迫的处理,分别设置不同的处理浓度水平,测定两种能源植物净光合速率、叶绿素荧光参数等光合指标,发现同一处理水平下的麻疯树幼苗的抗低磷胁迫和抗高重碳酸盐胁迫能力好于油桐幼苗,与成熟时期两种植物的抗逆性表现一致。
(3)胁迫处理结束后测定麻疯树和油桐叶与茎热值,幼苗时期麻疯树叶与茎的热值均高于油桐,且两种植物热值大小均随着P浓度的增加而增加,随着HCO3-浓度的增加而减小,这是低磷和高重碳酸盐胁迫下麻疯树和油桐光合能力强弱的体现,
(4)通过测定喀斯特和非喀斯特环境下生长的成年麻疯树和油桐种子含油量及其脂肪酸组成成分,发现喀斯特环境下两种生物质能源植物种子的含油量低于非喀斯特地区,且当土壤磷含量相对较高而高重碳酸盐含量相对较低时,则种子含油量会相对较高。喀斯特环境下种子油的总不饱和脂肪酸含量低于非喀斯特地区,但是均高于75%,将其进行加工转化为生物柴油仍然具有较好的开发利用价值。
综上所述,麻疯树对低磷和高重碳酸盐的抗性较强,喀斯特环境下一些地区的麻疯树种子含油量变化不大,并且其脂肪酸组成仍然满足生物柴油的基本性能标准,不需要更多的改进措施就可以制得优质的生物柴油。麻疯树作为多年生木本植物,对当地的水土保持和生态修复也会起到一定的作用,同时能为当地农民带来一定的经济收入。因而,可以广泛种植麻疯树,以达到对喀斯特地区土地生态修复和创造经济价值的双重目的。