本發明屬于環境工程技術領域，具體為一種人工培育蘚類結皮抗旱能力的方法。

背景技術：

在干旱半干旱地區，生物結皮在抗風蝕、水蝕及增強土壤肥力等方面發揮著重要的作用。蘚類結皮作為生物結皮發育的最高級階段，其固沙、增加土壤穩定性和肥力的能力在各種結皮中表現的最強。近年來隨著人們對干旱半干旱地區生態環境的重視，蘚類結皮的人工培養及其在土壤沙漠化防控及土壤改良等方面備受關注。目前，由于干旱半干旱地區水分條件的限制，導致在野外環境下，蘚類結皮雖然具有很強的抗旱能力，但是發育緩慢。現有研究及技術也主要集中在人工快速培育蘚類結皮方面，關于人工培育蘚類結皮的抗旱能力還很少涉及。人工培養蘚類結皮的抗旱能力限制了其在野外的實施與應用。如何在室內條件可以通過人工培養的方式培養出蓋度和密度較高、并且具有同自然生長蘚類結皮一樣能固定沙土表面的蘚類結皮。加強這類具有抗旱能力蘚類結皮的野外的實施，是改善干旱半干旱區生態環境的主要出路之一。

技術實現要素：

針對現有人工培養蘚類結皮在野外嚴酷生境中抗逆能力弱，生存能力差，無法適應從條件優越的實驗室條件到野外脅迫生境中的巨大轉變的實際出發，以解決水分脅迫是干旱半干旱區蘚類植物普遍面臨的最主要的問題為抓手，本發明的目的在于提供一種人工培育蘚類結皮抗旱能力的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種提高沙區人工培育蘚類結皮野外抗旱能力的方法，選擇發育良好的蘚類植物(Bryum argenteum Hedw.)，進行控水-干旱-復水-恢復的循環干旱鍛煉，即首先對人工培育蘚類植物供應充足的水分(100%飽和)，待結皮表面變干后再施以60%飽和水量的水分，使結皮恢復正常生長，待結皮表面變干后再次施水，供給水量為飽和水量的20%，待結皮表面再次變干后即為一個循環，提高蘚類植物體內的滲透調節物質含量(使人工培育蘚類結皮的滲透調節物質含量達到野外結皮的50%以上)，從而提高其抗旱能力。

上述步驟1中的控水-干旱-復水-恢復的循環干旱鍛煉包括氣態水處理和液態水處理兩種方法：

a. 氣態水處理方法為：將樣品放在有加濕器的透明罩中(加濕功率250 ml/h，加濕結皮面積500 cm²)，首先加濕60 min，待結皮表面變干后再加濕30 min，結皮表面再次變干后加濕10 min。將加濕60 min后結皮表面變干所需的時間設為施水周期。從加濕60 min開始，到加濕10 min后結皮變干視為一個鍛煉周期。無加濕處理的時候正常培養。抗旱鍛煉至少持續3個鍛煉周期；

b. 液態水處理方法為：首先對人工培育蘚類澆水至100%飽和，待結皮表面變干后再施以60%的飽和水量，待結皮表面再次變干后施以20%飽和水量。將施予飽和水量后結皮表面變干所需的時間設為施水周期。從施予100%飽和水量開始，到施予20%的飽和水量后結皮變干視為一個鍛煉周期。抗旱鍛煉至少持續3個鍛煉周期。

上述步驟1中所述的抗旱鍛煉期間，培養條件為溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、光周期分別固定為25/17℃(晝/夜)、60%、400 ppm、12 h。

本發明的優點和產生的有益效果是：

本發明確定了一種人工培育蘚類結皮抗旱能力的最佳方式。眾所周知，葉綠素含量能夠反映苔蘚結皮的生物量和光合能力，丙二醛和可溶性糖含量間接反映蘚類結皮的抗旱能力，蓋度能夠直接反映蘚類結皮的生長狀況。通過測定經受不同鍛煉方式及不同鍛煉次數的人工培育蘚類結皮的葉綠素、丙二醛和可溶性糖含量，以及人工培育蘚類結皮在野外環境下形成結皮的蓋度，通過人工措施改善蘚類結皮抗旱能力水分環境，優選出人工培育蘚類結皮的最佳抗旱鍛煉方法。

本發明對人工培育的蘚類結皮進行了抗旱鍛煉，人為地給予植物以亞致死劑量的干旱條件，使植物經受一定時間的干旱鍛煉，適應逆境，提高其抗干旱能力，并通過抗旱鍛煉啟動人工培育蘚類植物自身的抗性機制，從而使其抗旱遺傳特性在特定環境條件誘導下得以表現。

本發明操作簡單，成本低，耗時短，人工培育蘚類結皮經過循環干旱鍛煉，抗干旱能力顯著，在生產應用中能夠得到較好的推廣。

附圖說明

圖1為液態抗旱鍛煉方式對人工培育蘚類結皮葉綠素含量的影響 。

圖2為氣態抗旱鍛煉方式對人工培育蘚類結皮葉綠素含量的影。

圖3 為液態抗旱鍛煉方式對人工培育蘚類結皮可溶性糖含量的影。

圖4 為氣態抗旱鍛煉方式對人工培育蘚類結皮可溶性糖含量的影。

圖5 為液態抗旱鍛煉方式對人工培育蘚類結皮MDA含量的影響。

圖6 為液態抗旱鍛煉方式對人工培育蘚類結皮MDA含量的影。

圖7為液態抗旱鍛煉方式對蘚類結皮蓋度的影響(前30天每天施水)。

圖8為氣態抗旱鍛煉方式對蘚類結皮蓋度的影響(前30天每天施水)。

圖9為液態抗旱鍛煉方式對蘚類結皮蓋度的影響(前30天每3天施水)。

圖10為氣態抗旱鍛煉方式對蘚類結皮蓋度的影響(前30天每3天施水)。

具體實施方式

下面，本發明結合具體實施例對技術方案再做進一步的說明：

一種提高沙區人工培育蘚類結皮野外抗旱能力的方法，選擇發育良好的蘚類植物(Bryum argenteum Hedw.)，進行控水-干旱-復水-恢復的循環干旱鍛煉，即首先對人工培育蘚類植物供應充足的水分(100%飽和)，待結皮表面變干后再施以60%飽和水量的水分，使結皮恢復正常生長，待結皮表面變干后再次施水，供給水量為飽和水量的20%，待結皮表面再次變干后即為一個循環。抗旱鍛煉期間，培養條件為溫度、空氣濕度、二氧化碳濃度、光周期分別固定為25/17℃(晝/夜)、60%、400 ppm、12 h。

人工培育蘚類控水-干旱-復水-恢復的循環干旱鍛煉包括氣態水處理和液態水處理兩種方法：

1. 抗旱鍛煉方法的確定：

1.1氣態水處理

(1) 對照組(A)：每天加濕60 min，其余時間正常培養(加濕功率250 ml/h，加濕結皮面積500 cm²，下同)；

(2) 逐級增強干旱鍛煉組(B)：將樣品放在有加濕器的透明罩中，第1天加濕60 min，第2天加濕30 min，第3天加濕10 min，其余時間正常培養； (3) 間斷干旱鍛煉處理組(C1)：將樣品放在有加濕器的透明罩中，每天加濕10 min，其余時間正常培養；

(4) 間斷干旱鍛煉處理組(C2)：將樣品放在有加濕器的透明罩中，每天加濕30 min，其余時間正常培養；

1.2 液態水處理

用底部鉆孔的器皿采集人工培育的真蘚結皮，平均厚度約為10 mm。將裝有試驗材料的器皿放在大托盤中，通過控制大托盤里的供給水量來實現不同的水量供給。試驗樣品共有4個處理組：

(1) 對照組(A)：每3天定時補給水，每次5 mm (飽和水量)；

(2) 逐級增強干旱鍛煉組(B)：第1天澆水5 mm，第4天澆3 mm (60%飽和水量)，第7天澆(20%飽和水量)1 mm；

(3) 間斷干旱鍛煉處理組(C1)：每3天澆水一次，每次1 mm；

(4) 間斷干旱鍛煉處理組(C2)：每3天澆水一次，每次3 mm；

氣態水與液態水處理均持續鍛煉1、3、5次后，將各組經干旱鍛煉后的一部分樣品自然干燥，測量生理指標(結果見圖1~3)，另一部分樣品揉碎后播種于野外扎設好的草方格內(樣品面積:草方格面積≈1:10)，開始的30天定期補給水分(兩種處理，一組每天補給水分，另外一組每3天補給水分)，30天后無人工水分施加，觀察形成蘚類結皮的蓋度變化(結果見圖4～5)。

適度的抗旱鍛煉有助于提高人工培育蘚類結皮的抗旱能力，過度的抗旱鍛煉可能損傷蘚類植物。實驗結果表明，氣態水處理和液態水處理對人工培育蘚類結皮生長的影響相同(故以下關于結果的描述中不再區分氣態水和液態水處理)，經過3次抗旱鍛煉后：

各組葉綠素含量均為：B組>A組>C2組>C1組(圖1)，B組的葉綠素含量高于其他組，說明B組人工培育蘚類結皮長勢較好。

各組可溶性糖含量大小為：B組> C2組>A組> C1組(圖2)，鍛煉5次后人工培育蘚類結皮的可溶性糖含量可達到野外真蘚結皮可溶性糖含量4～8月均值(0.0422 umol·cm^-2)的60%以上，說明應用本方法的抗旱鍛煉提高了人工培育蘚類結皮的抗旱能力。且B組的可溶性糖含量高于其他組，說明經過逐級抗旱鍛煉的人工培育蘚類結皮的抗旱性更強，逐級增強抗旱鍛煉方法的效果最好。

各組MDA含量大小為：B組< C2組< A組< C1組(圖3)，干旱脅迫下蘚類結皮MDA 含量隨水分虧缺程度的加深而逐步增加，脅迫越嚴重，MDA含量越大。B組MDA含量低于其他組，說明逐級抗旱鍛煉對人工培育蘚類結皮的損傷最小。

野外播種結果表明，前30天每天施水的條件下 (圖4)，蓋度為：A組>B組>C2組>C1組，停止水分供應后蓋度為：B組> C2組> C1組> A組。說明在水分充足的環境下，經過抗旱鍛煉的人工培育蘚類植物生長可能不如未經鍛煉的蘚類植物，但經過抗旱鍛煉的蘚類植物在野外環境下抗旱性高，生存能力強，其中逐級增強抗旱鍛煉的效果最好。當存在一定的水分脅迫，即前30天每3天施水的條件下(圖5)，蓋度為：B組> A組> C2組> C1組，停止水分供應后蓋度為：B組> C1組> C2組> A組，說明經過逐級增強抗旱鍛煉的人工培育蘚類結皮在野外環境下抗旱性高，生存力更強，效果最好。

綜合上述結果，逐級抗旱鍛煉具有更好的抗旱鍛煉效果，氣態水和液態水處理均能達到抗旱鍛煉的目的。