塔里木河流域荒漠河岸植物对应急输水的生理响应

选择塔里木河沿岸典型样地,以乔木树种胡杨(Populuseuphratica)、灌木柽柳(Tamarixspp.)和草本植物罗布麻(Apo-cynumvenetum)为研究材料,垂直距离输水河道500m范围内,间隔100m设置一个采样断面。监测并分析塔里木河下游应急输水前后5个断面地下水位、地下水含盐量及3种植物叶片游离脯氨酸、可溶性糖、内源植物激素脱落酸(ABA)和细胞分裂素(CTK)含量的变化。研究3种荒漠植物对水盐双重胁迫环境的生理响应及适应策略。结果表明:盐胁迫显著增加3种植物叶片或同化枝的可溶性糖浓度,断面间不同植物叶片或同化枝可溶性糖积累存在差异;输水后断面间随地下水位不同程度的抬升,胡杨和柽柳叶片或同化枝脯氨酸含量出现了成比例的下降;柽柳同化枝可溶性糖与脯氨酸积累相关性最小,发展了不同于另外两种植物的通过有机溶剂积累适应胁迫环境的策略,即同化枝可溶性糖与脯氨酸作为响应于地下水位变化的功能物质独立地起作用,可溶性糖积累对盐胁迫的响应明显,而脯氨酸积累对干旱胁迫的响应更为明显;对与胁迫抗性有关的植物内源激素ABA、CTK浓度及浓度增长量变化进行分析,发现胡杨具有不同于其他两种植物的内源ABA、CTK浓度增量变化趋势;胡杨和罗布麻叶片ABA积累量与脯氨酸积累百分量(△[脯氨酸])而柽柳中ABA积累量与可溶性糖积累百分量(△[可溶性糖])显著相关。     

塔里木河中游地区柽柳对地下水埋深的生理响应

以塔里木河中游沙吉力克断面和阿其河断面的柽柳为研究对象,结合两断面地下水埋深的动态监测和柽柳叶片可溶性糖、脯氨酸、MDA含量及SOD、POD活性等生理指标的分析测试,研究了不同地下水埋深与柽柳生理变化的关系,以探讨该地区柽柳的抗旱机理与受胁迫程度.研究表明:随着地下水埋深的不断增加,柽柳叶片的可溶性糖含量、脯氨酸含量、MDA含量和SOD活性均显著增加,而POD活性则呈不断下降的趋势,并且柽柳各生理代谢相互协调;地下水埋深与柽柳叶片的可溶性糖、脯氨酸、MDA含量以及SOD活性呈正相关,相关系数分别为0.602*、0.548、0.735**和0.829**,与POD活性呈负相关(r=-0.709**).研究发现,塔里木河中游地区柽柳的生长已受到严重的干旱胁迫,且沙吉力克断面的柽柳所受到的干旱胁迫较重;柽柳在一定范围内能通过调节体内渗透调节物质的含量和保护酶活性来积极响应地下水埋深的变化,以增强植株自身抗旱能力.     

塔里木河下游干旱胁迫下的胡杨生理特点分析

本运用塔里木河下游地下水位变化资料和塔里木河下游主要植物胡杨脯氨酸和脱落酸(ABA)的分析实验数据,结合野外调查,对地下水位变化与胡杨体内脯氨酸和脱落酸积累的关系进行了分析。研究表明,在塔里木河下游,塔里木河下游胡杨体内的脯氨酸和脱落酸含量与地下水位变化密切相关．以胡杨为主的天然植物受干旱胁迫程度愈大,退化愈严重,而反映在胡杨体内脯氨酸和脱落酸含量上．则随着地下水位的下降、水分胁迫程度的增加呈现出明显增加态势。在不同地下水位埋深条件下,胡杨体内脯氨酸和脱落酸累积过程的变化和差异表达了胡杨受干旱的程度;塔里木河下游胡杨的生长发育已受到严重的十旱胁迫。     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000～2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus euphratica Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性.结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76～2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15～4.12 m,地下水含盐量为67.15～72.65 mm.     

新疆塔里木河下游生态输水与胡杨叶片的生理及形态响应

选择塔里木河下游3个典型断面的15个研究样地,分析和测定了塔里木河下游2000￣2002年生态输水前后不同研究样地的地下水位、地下水含盐量和胡杨(Populus　euphratica　Oliv.)叶片中脯氨酸、可溶性糖、植物内源激素脱落酸和细胞分裂素的含量以及胡杨叶片的形态结构变化,研究了塔里木河下游主要建群种胡杨对生态输水的生理与形态的响应和适应性。结果表明,塔里木河下游胡杨生长已受到不同程度的干旱胁迫;输水后各样地地下水位均有所上升,胡杨对浅层地下水位的变化表现出明显响应,胡杨受到的生理胁迫降低,胡杨叶片角质层厚度、维管束导管官腔直径及管壁厚度皆随地下水位的上升而减少;随着地下水位的上升,地下水含盐量分别提高1.76　￣　2.47倍,输水效果由于盐对植物的生理胁迫作用的增加而有所减弱;在塔里木河下游极端干旱环境下,胡杨林保育恢复的合适地下水位埋深为3.15　￣　4.12　m,地下水含盐量为67.15　￣　72.65　mm。     

塔里木河中游荒漠河岸林物种多样性对地下水埋深变化的响应

于塔里木河中游地区选取30个样地,并采集相应地区30眼地下水位监测井的数据。根据监测井的地下水位检测数据,将地下水位按不同埋藏深度划分为0~2 m、2~4 m、4~6 m、6~8 m、8~10 m、>10 m共6个梯度,对不同地下水埋深下的样地群落盖度、物种多样性进行分析,以探讨主要植物分布频率与地下水埋深的关系,明确塔里木河中游地区荒漠河岸林植被的合理生态水位,为塔里木河中游地区乃至全流域的生态系统恢复提供依据。结果显示:（1）塔里木河中游地区共出现植物15种,其优势种植物为胡杨。（2）随着地下水位的降低,植被的盖度逐渐减小;当地下水位介于2~4 m时,植被的盖度平均为39.14%,当地下水埋深介于6~8 m时,植被的覆盖度小于20%;当地下水位低于10 m时,植被的平均覆盖度仅为7.65%。（3）随着地下水位的降低,研究区内的各类物种多样性指数均呈先增加后降低的趋势,一般在地下水埋深2~4 m时物种的多样性最高,其次为4~6 m和0~2 m;当地下水位在6 m以下时,物种的多样性锐减,地下水位低于10 m时,物种仅存柽柳和胡杨,多样性降至很小。（4） 塔里木河中游地区植物所要求的地下水平均深度为:胡杨4.58 m、柽柳3.53 m、芦苇2.34 m、骆驼刺4.10 m、花花柴3.18 m、黑刺2.98 m,只有芦苇适宜较浅的地下水埋深（≤2.5 m）,其余的均宜在3~4 m左右。研究表明,在塔里木河中游地区,最适宜植物生长的地下水位为2~4 m,能够保证植物正常生长的合理地下水埋深区间为2~6 m。因此,要使塔里木河中游地区的植被得到恢复并确保其正常生长,区域内的地下水位应确保在6 m以上。     

塔里木河下游柽柳ABA累积对地下水位和土壤盐分的响应

近年来发现在逆境下(干旱、低温、高温、盐渍等)的植物体内大量积累ABA,从而引导人们去研究ABA与植物抗逆性之间的关系。在塔里木河下游地区影响植被正常生长发育的各种胁迫因子中,地下水位和土壤盐分是导致"绿色走廊"衰败的主要因素。柽柳是塔里木河下游荒漠植被的主体,对于改善生态环境、遏制沙漠化、保护生物多样性等诸多方面具有重要作用。因此,研究柽柳和地下水位以及土壤盐分的关系,对于维护塔里木河流域天然植被赖以生存的环境,保护柽柳这一重要的生物资源,维持生态平衡的良性循环具有重要意义。运用国际通用软件SAS6.12对塔里木河下游柽柳ABA和地下水位以及土壤盐分进行相关分析表明,柽柳ABA含量与地下水位呈极显著正相关,相关系数R=0.80305(显著性程度P=0.0003);与土壤盐分呈显著负相关,相关系数R=-0.59036(显著性程度P=0.0205)。由各断面柽柳ABA含量变化与地下水位和土壤盐分关系分析结果可以初步推断:3.12m的地下水位和0.96g/L的土壤盐分已经威胁到柽柳的正常生长发育,地下水位超过5.59m、土壤盐分大于1.61g/L则会对柽柳造成严重胁迫。在恢复和保育塔里木河流域天然植被的过程中,应该把对植被造成胁迫的外界条件的成因和植被自身的抗旱、抗盐等抗逆特性结合起来进行考虑:根据耐旱耐盐植被的合理生态水(盐)位,在主河道两岸维持一定范围的地下水位,使乔木、灌木、草本植被能良好地生长,发挥多种生态功能,这样既可以避免水资源的浪费又能充分发挥生态输水的功效,有利于从根本上解决"绿色走廊"的问题。     

高温和干旱胁迫对鳞叶藓游离脯氨酸和可溶性糖含量的影响

研究了高温和干旱胁迫对鳞叶藓 (Taxiphyllumtaxirameum)游离脯氨酸和可溶性糖含量的影响。结果显示 ,高温和干旱均能诱导植物体内可溶性糖的积累。在 60℃高温胁迫下处理 ,可溶性糖含量随处理时间的延长而增加 ,最高值比对照增加了 2倍。PEG 60 0 0胁迫下处理可使可溶性糖含量分别增加 2 .4倍。经统计学检验 ,逆境条件与游离脯氨酸含量变化无关     

塔里木河中游胡杨径向生长对气候变化的响应研究

以塔里木河中游荒漠河岸林胡杨为研究对象,选择中游河道新沙吉利克、坎白吾斯坦两个断面,分析塔里木河中游胡杨径向生长量的特点,基于离断面较近的气象站长时间序列的气温数据,采用相关性分析和MannKendall突变检验方法研究塔里木河中游胡杨径向生长量对温度动态变化的响应。结果显示:(1)塔里木河中游的河流沿岸,胡杨径向生长变化与温度变化均呈增加趋势;新沙吉利克、坎白吾斯坦断面胡杨径向生长量突变分别发生在1993年和1998年以后,且该地区的胡杨径向生长量对温度具有滞后性。(2)从时段分析发现,当年6~9月的温度对胡杨径向生长量的促进作用最大,6~9月的温度可能是该地区胡杨径向生长的限制性因子。(3)当年平均温度在13~33℃时,胡杨径向生长量达到最大值;当温度超过33℃,胡杨径向生长量呈现减弱趋势。研究表明,当年平均温度过高或过低都会抑制胡杨的径向生长。     

输水堤坝对塔里木河中游胡杨群落及种群的影响

以分布于塔里木河中游输水护堤内侧和外侧各3个天然胡杨林样地为研究对象,其中卡哈、沙子河、恰拉样地位于护堤内侧,乌斯满、阿其河、铁依孜断面样地位于护堤外侧。采用样方调查法获取各断面胡杨群落特征、胡杨种群结构,并利用胡杨侧枝生长量获取胡杨生长信息,分析塔里木河中游输水护堤对胡杨群落及种群的影响,为客观评价塔里木河中游输水护堤对胡杨的影响及加强胡杨林保护提供科学依据。结果表明:(1)塔里木河中游各断面胡杨群落结构差异较大,防护堤内侧胡杨群落物种数、多样性指数高于护堤外侧群落,各断面共有种为胡杨、多枝柽柳、芦苇和甘草。(2)护堤内侧胡杨种群DBH≤2.5cm的幼树较多,中老龄个体较少,为增长型种群;外侧胡杨种群更新能力弱,缺乏幼龄个体,但中老龄个体较多,为衰退型种群。(3)除恰拉断面外,中游各断面胡杨侧枝生长量自1998-2003年呈上升趋势,2004-2007年呈下降趋势,护堤内外侧胡杨生长量表现出明显差异。     

Physiological response of riparian plants to watering in hyper-arid areas of Tarim River,China

The physiological responses and adaptive strategies of Populus euphratica Oliv.(arbor species),Tamarix ramosissima Ldb.(bush species),and Apocynum venetum L.(herb species)to variations in water and salinity stress were studied in the hyper-arid environment of the Tarim River in China.The groundwater table,the saline content of the groundwater,as well as the content of free proline,soluble sugars,plant endogenous hormones (abscisic acid (ABA),and cytokinins (CTK))of the leaves of the three species were monitored and analyzed at the lower reaches of the Tarim River in the study area where five transects were fixed at 100 m intervals along a vertical sampling line before and after water release.Saline stress dramatically increased soluble sugar concentration of the three species.Differences in sugar accumulation were determined among the species at different transects.The free proline concentration of the leaves of T.ramosissima and P.euphratica showed a proportional decrease with various degrees of elevation of the groundwater table after water release.There was a least correlation between the soluble sugars and proline stimulation in T.ramosissima.It was strongly suggested that T.ramosissima developed a different strategy to accumulate organic solutes to adapt to the stress environment.The soluble sugars and proline accumulation responded to the changes of groundwater table independently:the former occurred under salt stress,whereas the latter was more significant under drought stress.The concentration and the increase in concentration of ABA and CTK involved in stress resistance of the three species were also determined.This increase in the hormone concentration in P.euphratica was different from that of the other two species.Expressed as a function of increase of ABA concentration in leaves,A.venetum and T.ramosissima showed a different solute accumulation in response to groundwater table.There was a significant correlation between ABA accumulation and A [proline] in A.venetum as well as between ABA accumulation and △ [sugar] in T.ramosissima.     

Physiological Responses of Three Contrasting Plant Species to Groundwater Level Changes in an Arid Environment

Plants growing on both sides of the Tarim River in western China serve as a natural barrier containing the deserts and protecting the oasis, and their growth is greatly affected by water conditions In their local habitat. We studied the physiological responses of three different types plants （i.e. Populus euphratlca Oliver, Tamarix ramosissima L., and Apocynum venetumas Linn） to changing groundwater levels by analyzing changes in chlorophyll, soluble sugar, proline （Pro）, malondialdehyde （MDA）, superoxlde dlsmutase （SOD）, peroxidase （POD）, indoleacetic acid （IAA）, giberellic acid, abscisic acid （ABA） and cytokinin （CK）. Relationships between these physiological characteristics and groundwater levels were analyzed in order to assess the drought tolerance of the three plant species based on the values of average membership function. We found that MDA, SOD and ABA were more susceptible to changes in groundwater level, followed by POD, IAA and CK. Among the three plant species, Populus euphratica responded physiologically less to changing groundwater level than T. ramosissima and A. venetumas.     

荒漠河岸林植物木质部导水与栓塞特征及其对干旱胁迫的响应

 以同处于干旱区的塔里木河下游(铁干里克)和黑河下游(乌兰图格)断面为研究区, 比较了荒漠河岸林主要建群种胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix spp.)、疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和花花柴(Karelinia caspia)在长期遭受不同干旱胁迫下的根、枝条木质部导水力和栓塞化程度的变化特征, 并分析了木质部导水对干旱胁迫的响应及适应策略。结果表明: 1) 黑河下游荒漠河岸林植物的导水能力显著高于塔里木河下游, 其中柽柳、胡杨、疏叶骆驼刺和花花柴根木质部的初始比导率(K_s0)分别高11.97、6.74、7.10和3.73倍, 枝条的K_s0分别高9.48、3.65、2.07和1.88倍, 地下水埋深导致的干旱胁迫程度不同是诱发荒漠植物导水能力差异的根本原因; 2)柽柳耐干旱能力最强, 适应范围较宽, 而花花柴、疏叶骆驼刺的耐旱性相对较弱, 适生范围较窄, 这可能与植物的根系分布有关; 3)干旱胁迫较轻时, 枝条木质部是荒漠河岸林植物水分传输的主要阻力部位, 干旱胁迫严重时, 根木质部是限制植株水流的最大阻碍部位; 4)荒漠河岸林植物主要通过调节枝条木质部的水流阻力来适应干旱胁迫, 且其适应策略与干旱胁迫程度有关, 干旱胁迫轻时, 植物通过限制枝条木质部水流来协调整株植物的均匀生长; 干旱胁迫严重时, 植物通过牺牲劣势枝条、增强优势枝条水流来提高植株整体生存的机会。     

沙漠腹地天然绿洲胡杨和柽柳叶片δ13C值对不同地下水埋深的响应

干旱区植物的水分利用效率对植物的分布及水分利用状况具有重要意义。基于不同地下水埋深条件下沙漠腹地绿洲优势种胡杨和柽柳叶片δ¹³C值,分析了胡杨和柽柳的水分利用效率对不同地下水埋深的响应。结果表明: 随着地下水埋深由2.1 m增加到4.3 m,柽柳叶片的δ¹³C值先略有增加后处于较为稳定状态,柽柳采取较为稳定的水分利用效率适应干旱环境;胡杨叶片的δ¹³C值呈现先略有减小后增加的趋势,胡杨通过提高水分利用效率的策略适应干旱胁迫。同一地下水埋深条件下柽柳叶片的δ¹³C值高于胡杨叶片,表明柽柳的水分利用效率高于胡杨。     

Physiological response of riparian plants to watering in hyper-arid areas of Tarim River, China

The physiological responses and adaptive strategies of Populus euphratica Oliv. (arbor species), Tamarix ramosissima Ldb. (bush species), and Apocynum venetum L. (herb species) to variations in water and salinity stress were studied in the hyper-arid environment of the Tarim River in China. The groundwater table, the saline content of the groundwater, as well as the content of free proline, soluble sugars, plant endogenous hormones (abscisic acid (ABA), and cytokinins (CTK)) of the leaves of the three species were monitored and analyzed at the lower reaches of the Tarim River in the study area where five transects were fixed at 100 m intervals along a vertical sampling line before and after water release. Saline stress dramatically increased soluble sugar concentration of the three species. Differences in sugar accumulation were determined among the species at different transects. The free proline concentration of the leaves of T. ramosissima and P. euphratica showed a proportional decrease with various degrees of elevation of the groundwater table after water release. There was a least correlation between the soluble sugars and proline stimulation in T. ramosissima. It was strongly suggested that T. ramosissima developed a different strategy to accumulate organic solutes to adapt to the stress environment. The soluble sugars and proline accumulation responded to the changes of groundwater table independently: the former occurred under salt stress, whereas the latter was more significant under drought stress. The concentration and the increase in concentration of ABA and CTK involved in stress resistance of the three species were also determined. This increase in the hormone concentration in P. euphratica was different from that of the other two species. Expressed as a function of increase of ABA concentration in leaves, A. venetum and T. ramosissima showed a different solute accumulation in response to groundwater table. There was a significant correlation between ABA accumulation and Δ [proline] in A. venetum as well as between ABA accumulation and Δ [sugar] in T. ramosissima. Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(8): 1966–1973 [译自: 生态学报]     

新疆策勒绿洲外围四种多年生植物的水分生理特征

对新疆策勒绿洲外围多年生植物胡杨、柽柳、沙拐枣和骆驼刺的水分生理特性进行了试验研究.结果表明：4种植物在生长季内没有受到严重的水分胁迫,灌溉对植物水分生理指标变化的影响不显著(P＞0.05).4种植物水分生理特性的季节变化各不相同.其中,骆驼刺的清晨水势和日均茎流量最高,但其平均水分利用效率最低;沙拐枣的平均水分利用效率最高,而且其清晨水势与日均茎流量的变化最为稳定,季节变幅不大;柽柳的清晨水势最低,具有较好的环境适应性;胡杨水分生理指标的季节变化相对平稳.在新疆策勒绿洲外围的极端干旱环境中,4种植物通过深根系和地下水相连接,并利用地下水来维持其生存与生长.     

塔克拉玛干沙漠南缘柽柳和胡杨水势季节变化研究

对塔克拉玛干沙漠南缘的柽柳和胡杨生长周期内的清晨水势和水势日变化的连续野外测定表明,两种植物在整个生长期内均未出现明显的水分亏缺.清晨水势的季节变化幅度不大,正午水势有不同程度的降低;一次性人工灌溉对植物水分状况没有明显影响.采伐利用方式不影响植物的水分状况.地下水是柽柳和胡杨生存与生长的先决条件.维持该区域地下水位的基本稳定是保证该区域柽柳和胡杨恢复重建的重要前提.