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。     

塔里木河中游地区3种植物的抗旱机理研究

对塔里木河中游地区沙吉力克、阿其河等断面地下水位进行监测并对胡杨、柽柳、芦苇3种植物的可溶性糖、脯氨酸等生理指标进行测定分析.研究显示：（1）塔里木河中游地区植物生长与地下水位变化关系密切,随着不同断面地下水位埋深程度的增加,植物体内可溶性糖与脯氨酸含量呈增加趋势;（2）在干旱胁迫情况下,植物通过可溶性糖、脯氨酸等渗透调节物质的积累来提高自身的抗旱性;（3）植物叶片可溶性糖和脯氨酸的积累存在互相补偿的关系.研究表明在相同水分胁迫下,柽柳和芦苇对地下水位的变化更为敏感,胡杨的抗旱性较强.     

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。     

塔里木河中下游地区不同地下水位对植被的影响

 根据近几年塔里木河中下游地区的大量监测结果,分析了不同地下水位对植被的影响。结果显示：1)在塔里木河中下游,地下水位与植被盖度和植物种类的回归模型分别可以表示为：Y=159.32e-0.314 8X,R2=0.819 3,　p<0.01;Y=9.113e-0.162 3X,R2=0.606 7, p<0.01。2)地下水位对植被的影响在很大程度上是通过改变土壤含水率来实现的,当地下水位在1～4 m时,其回归模型为：Y=64.898e-0.515X,R2=0.727,p<0.01;当地下水位在4～12 m时,Y=21.147e-0.178X,R2=0.658,p<0.01。当地下水位在3.5～4.0 m时,土壤含水率出现明显变化,因此认为3.5 m是塔里木河中下游地区草本植被生态恢复的最低水位。3)通过胡杨叶脯氨酸(Pro)和脱落酸(ABA)在不同水位条件下的含量变化,可以认为引起胡杨水分胁迫的地下水位出现在5.0 m。其后随着水位的降低,胡杨脱落酸的积累更加明显,地下水位与胡杨叶脱落酸含量可以表示为：Y=0.703 5e0.408X,R2=0.830 4, p<0.01。4)通过塔里木河下游输水后的植被调查,当地下水位出现明显升高后,植被的地表生态响应非常明显,乔灌草植被在水位升高至不同水位后均出现相应的变化,说明以上的分析是符合实际的。     

干旱胁迫对胡杨PSII光化学效率和激能耗散的影响

选取塔里木河下游4处地下水位埋深〉4 m的监测井位,结合地下水位数据,调查并分析了在地下水位下降引发的干旱胁迫下,胡杨（Populus euphratica）的叶片水分特征及叶绿素荧光特性,从能量代谢与转换角度分析了干旱胁迫对胡杨的PSII光化学效率和激能耗散的影响。结果表明：随着地下水位下降引发的干旱胁迫程度的加剧,胡杨的叶水势显著降低,而叶片相对水分含量差异不显著,总体处于适宜状态（80.38%–86.19%）;在干旱胁迫的影响下,胡杨的综合光合活性明显降低,叶片光饱和点显著下降;同时胡杨的光合作用电子传递速率、PSII光下实际光化学效率以及光化学猝灭均随着光强的增大而显著降低,且干旱胁迫越剧烈,下降幅度越大;干旱胁迫下,胡杨的非光化学猝灭和调节性能量耗散量子产量等参数则随着光强的增大显著升高,但是其潜在最大光化学效率却处于适宜状态（0.80–0.86）。说明干旱胁迫下,胡杨的光合作用光能利用份额下降,耐受高光强的能力减弱,捕获的光能过剩程度加剧。胡杨主要通过热耗散来缓解光能过剩带来的压力。虽然研究区胡杨的PSII尚未发生不可逆的光损伤,但是其发生光抑制以及由此带来的光系统损伤的潜在危险在增加。     

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。     

塔里木河下游荒漠植被保护酶活性与地下水位变化的关系

在塔里木河下游的不同断面,随着距离河道由近及远、地下水埋深的不断增大,柽柳叶片的MDA含量、SOD活性随着地下水位的下降而逐渐增加,与地下水位呈显著正相关．相关系数分别为0．7464和0．5531;POD活性却随着地下水埋深的不断增大而呈下降趋势,与地下水位呈显著负相关．相关系数为0．5518。根据不同地下水位条件下柽柳叶片的MDA含量和SOD活性所反映出的适宜其生存的合理生态水位、(严重)胁迫水位并将其进行综合比较与分析,初步推断出：在塔里木河下游地下水埋深超过3．12m时．柽柳的生长即开始受到抑制,5m左右的地下水位即对柽柳造成严重胁迫,≥8．83m的地下水位则会危及柽柳的生存。     

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。     

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.     

基于树木年轮技术的塔里木河下游河岸胡杨林生态需水量研究

生态需水量计算是干旱脆弱生态区恢复重建的一个关键问题。分析了塔里木河下游荒漠河岸林关键种-胡杨树木年轮近90年来的变化特征及对气候水文过程的响应,并基于树木年轮技术提出了维系荒漠河岸林不同恢复状态的生态需水量。研究结果表明,塔里木河下游胡杨树木年轮主要承载的是区域水文历史变化信息,可以作为定量评估生态输水工程的生态恢复效应和定量计算植被生态需水量的新指标;胡杨标准年轮宽度指数与生长年生态输水量呈显著正相关(P0.05),近15年生态输水对胡杨年轮宽度指数增加的平均贡献率为42.96%;若要维持塔里木河下游英苏段垂直河道300 m范围内的胡杨达到近90年来的平均生长水平,则需在生长年下泄生态需水量0.84×10~8m~3,若要达到断流前(1933—1974年)的平均径向生长,则每个生长年内生态需水量应达到0.91×10~8m~3。     

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.     

Age structure and growth of degraded Populus euphratica floodplain forests in north-west China and perspectives for their recovery

The Populus euphratica floodplain forests along the lower reaches of the Tarim River in continental-arid Xinjiang (north-west China) have been declining in recent decades as a result of dam constructions and the withdrawal of water from the river. Since 2000, controlled flooding has been carried out to counteract this process of degradation. However, the consequences of a changing water regime for the floodplain ecosystem are not yet sufficiently investigated. In 2004 we sampled a total of 150 P. euphratica trees along two transects at the middle and lower reaches of the Tarim River to compare the age structure and growth of these two tree populations. The anthropogenic drawdown of the groundwater table had no effect on the average growth of the trees at the lower reaches. However, tree growth abruptly increased after controlled flooding, thus showing distinct signs of recovery.