浅谈沙生植物的生态适应性

沙生植物长期生活在风沙大、雨水少、冷热多变的严酷气候条件下,形成一系列适应艰苦环境的形态特征和抗风蚀、沙割、耐沙埋、抗日灼、耐干旱贫瘠等的生态特性。从沙生植物适应沙埋生活的形态和生长特征、适应风和风沙打击危害的形态结构和生长特征、沙生植物具有的旱生或超旱生的形态结构与生理特性、沙生植物适应流动沙子的繁殖特性及短命植物等几个方面对它们的种种奇特的形态和适应性进行了详细论述。     

华南海岸典型沙生植物根系构型特征

选择华南海岸典型沙地, 采用全挖法, 对4种典型沙生植物木麻黄(Casuarina equisetifolia)、厚藤(Ipomoea pes-caprae)、老鼠艻(Spinifex littoreus)和狗牙根(Cynodon dactylon)的根系构型进行了研究。结果表明: 1)狗牙根和老鼠艻的根系总体分支率显著高于木麻黄, 厚藤最小, 说明大部分草本植物在生长过程中通过增加根系分支率, 提高物质传输效率, 除木麻黄外, 其他3个物种枝系均平卧伸展, 易于受到沙埋生出不定根, 进一步提高其物质传输效率; 2) 4种沙生植物根系平均连接长度最大的为木麻黄, 平均连接长度为19.25 cm, 且相对其他3个物种传导根所占的比例最大, 说明木麻黄通过增加平均连接长度以减少根系内部对土壤资源的竞争, 并提高传导根的比例, 以增加资源传输效率; 3) 4种沙生植物根系构型均倾向于叉状分支, 其中草本植物的根系构型更为接近, 说明草本植物受到的资源胁迫相对较小, 有利于在海岸沙地恢复中快速定居; 与内陆地区沙生植物相比, 海岸沙生植物在土壤资源的获取及空间拓展方面表现出显著的差异, 反映出不同生境条件下物种对生境胁迫的适应策略。因此, 海岸沙地前缘植被恢复应以草本植物为主, 尤其是具有不定根的物种, 乔木则不适合。     

Architectural characteristics of roots in typical coastal psammophytes of South China

选择华南海岸典型沙地, 采用全挖法, 对4种典型沙生植物木麻黄(Casuarina equisetifolia)、厚藤(Ipomoea pes-caprae)、老鼠艻(Spinifex littoreus)和狗牙根(Cynodon dactylon)的根系构型进行了研究。结果表明: 1)狗牙根和老鼠艻的根系总体分支率显著高于木麻黄, 厚藤最小, 说明大部分草本植物在生长过程中通过增加根系分支率, 提高物质传输效率, 除木麻黄外, 其他3个物种枝系均平卧伸展, 易于受到沙埋生出不定根, 进一步提高其物质传输效率; 2) 4种沙生植物根系平均连接长度最大的为木麻黄, 平均连接长度为19.25 cm, 且相对其他3个物种传导根所占的比例最大, 说明木麻黄通过增加平均连接长度以减少根系内部对土壤资源的竞争, 并提高传导根的比例, 以增加资源传输效率; 3) 4种沙生植物根系构型均倾向于叉状分支, 其中草本植物的根系构型更为接近, 说明草本植物受到的资源胁迫相对较小, 有利于在海岸沙地恢复中快速定居; 与内陆地区沙生植物相比, 海岸沙生植物在土壤资源的获取及空间拓展方面表现出显著的差异, 反映出不同生境条件下物种对生境胁迫的适应策略。因此, 海岸沙地前缘植被恢复应以草本植物为主, 尤其是具有不定根的物种, 乔木则不适合。     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析,有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述,并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析, 有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述, 并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

浙江天童常绿阔叶林演替阶段共有种的树木构型

树木构型是木本植物为响应光照变化在其空间建造结构上的配置模式和形态体现。研究演替不同阶段共有种构型的变化可以剔除植物谱系的影响, 反映植物构型特征与光资源供给性的关系。该研究在浙江宁波天童、南山和北仑3个次生演替序列上选择了5个演替共有种, 分4个群落高度层级, 对照分析了树高、冠幅深度和面积、枝条伸展方向、基径、叶片盖度和聚集度构型性状随演替的变化, 并分析了与冠幅曝光指数的线性关系。结果表明: 1)随着演替进行, 冠幅厚度和面积、叶片盖度、叶片聚集度和基径逐步增加, 但在个别相邻演替阶段增加不显著; 2)随着演替进行, 植物的垂直枝比例降低, 水平枝比例增加; 3)演替过程中植物冠幅曝光指数在各层级内都呈现出减小趋势; 4)构型性状和植物冠幅曝光指数间存在显著的线性回归关系(p < 0.001)。总之, 随着常绿阔叶林演替进行, 演替共有种构型的变化反映了物种功能类群由阳性先锋植物向耐阴植物的转化, 其中, 植物对光资源的适应是导致构型变化的主要原因。     

不同沙地共有种沙生植物对环境的生理适应机理

选择3个温带沙地(松嫩沙地、呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地)4个共有种沙生植物(黄柳(Salix gordejevii)、差巴嘎蒿(Artimisia halodendron)、扁蓿豆(Melissitus ruthenica),猪毛菜(Salsola collina),通过自然状况下其叶片抗氧化酶活力和渗透调节物及丙二醛(MDA)含量日变化分析,探讨抗氧化酶活力和渗透调节物在沙生植物适应沙漠环境强光辐射和温度日变化中的作用,以及不同科属沙生植物抗逆生理调控机理的差异。结果表明:(1)不同沙地的4个共有沙生植物种可通过自身快速生理代谢调解,积累渗透调节物、提高抗氧化酶活力应对沙漠环境强光辐射和温度日变化,但生理调控幅度较小。(2)3个沙地不同科属的4个共有种在渗透调节物含量和抗氧化酶活力及种类上存在差异。扁蓿豆叶片日均MDA含量、POD(peroxidase)活力、CAT(catalase)活力、脯氨酸含量均最高,分别较其它3个种平均高2、10、2和2.5倍。黄柳叶片日均MDA含量较高,SOD(superoxide dismutase)活力和可溶性糖含量最高,分别较其它3个种高1.2和3倍。差巴嘎蒿和猪毛菜叶内MDA含量较低,POD、CAT、SOD活力和脯氨酸、可溶性糖含量均最低。沙生植物细胞中膜脂过氧化程度和抗氧化酶活力及渗透调节物含量呈正相关。自然状况下3个沙地的扁蓿豆和黄柳通过生理代谢调节维持细胞水分和氧自由基代谢平衡适应沙漠环境,差巴嘎蒿和猪毛菜依靠特殊的叶片形态结构变异减少光辐射吸收、降低水分蒸腾、维持叶片水分平衡、降低细胞膜脂过氧化。因此不同科属沙生植物维持叶片水分和氧自由基代谢平衡可能是其适应沙漠环境生存的重要生理调控机理。由于不同科属沙生植物种对沙漠环境适应的生理调节机理的不同,在未来农作物、林木抗逆育种中,根据具体科属植物选择合适的沙生植物作为亲本对提高抗逆育种效率是十分重要的。     

风沙干扰在濒危植物沙生柽柳群落形成演变过程中的作用

风沙干扰影响沙生柽柳(Tamarix taklamakanensis M.T.Liu)群落形成、发展和衰亡的全过程.经8年的调查、试验和探索后认为,沙生柽柳群落形成于低湿风蚀洼地,发展于沙埋地,死亡于风蚀地和重度沙埋地.在群落形成初期,风蚀形成的洼地为沙生柽柳种子发芽生根创造了适宜的生境,但高矿化度水胁迫使得沙生柽柳幼苗保存率较低;在群落发展期,沙埋促使沙生柽柳灌丛茁壮生长;在群落衰落期,风蚀或沙埋导致沙生柽柳灌丛消亡.即在沙生柽柳群落的形成发展过程中,风沙干扰具有促进作用;而在沙生柽柳群落的衰落过程中,风沙干扰则具有加速衰亡的作用.此外,结合沙生柽柳生境分析认为,在高干扰和高胁迫情况下,荒漠地区耐胁迫的沙丘先锋植物仍可以生存,这一结果是对CSR对策的补充.     

风沙干扰在濒危植物沙生柽柳群落形成演变过程中的作用

风沙干扰影响沙生柽柳(Tamarix taklamakanensis M.T.Liu)群落形成、发展和衰亡的全过程。经8年的调查、试验和探索后认为,沙生柽柳群落形成于低湿风蚀洼地,发展于沙埋地,死亡于风蚀地和重度沙埋地。在群落形成初期,风蚀形成的洼地为沙生柽柳种子发芽生根创造了适宜的生境,但高矿化度水胁迫使得沙生柽柳幼苗保存率较低;在群落发展期,沙埋促使沙生柽柳灌丛茁壮生长;在群落衰落期,风蚀或沙埋导致沙生柽柳灌从消亡。即在沙生柽柳群落的形成发展过程中,风沙干扰具有促进作用;而在沙生柽柳群落的衰落过程中,风沙干扰则具有加速衰亡的作用。此外,结合沙生柽柳生境分析认为,在高干扰和高胁迫情况下,荒漠地区耐胁迫的沙丘先锋植物仍可以生存,这一结果是对CSR对策的补充。     

模拟长期大风对木本猪毛菜表观特征的影响

风是一个重要的生态因子,对植物地上部分的生长和构型有重要影响。植物表观特征对植物获取光能、抵抗外界机械压力有着重要作用。木本猪毛菜(Salsola arbuscula Pall.)是新疆达坂城大风区植被的共建种,也是该区植被恢复潜在的先锋植物。为了研究木本猪毛菜在长期大风环境中形成的独特适应机制,以盆栽实验为手段,设置3个风速(小风:3 m/s,中风:7 m/s,大风:12 m/s),持续吹风105d,定量分析长期大风作用下木本猪毛菜地上部分的生长和空间构型的变化。结果表明:(1)风胁迫减小了木本猪毛菜的株高,增大了其顺风向的基径;大风减小了木本猪毛菜的叶片长度,中风和小风对其叶片长度没有影响;大风和中风增加了木本猪毛菜的叶片数,小风对叶片数没有影响。(2)木本猪毛菜植冠的空间构型在迎风面和背风面出现明显的不对称性;风胁迫减小了木本猪毛菜的主茎弯曲角度、叶倾角;大风和小风减小了木本猪毛菜的冠幅,中风没有影响;大风和中风减小了木本猪毛菜的枝倾角,小风没有影响;木本猪毛菜在大风和中风作用下出现了二级分枝,在小风作用下没有出现二级分枝。木本猪毛菜主要通过减小自身的扩大生长,增加空间构型的不对称性,减小枝与叶的受力面积等方式来降低风的阻力,以适应长期大风。     

叶片结构的水力学特性对植物生理功能影响的研究进展

叶片是植物进行光合、呼吸、蒸腾作用的主要器官, 早期的研究主要集中于水分在叶片中的运输路径, 而对叶脉结构及其生态学意义研究甚少。近年来关于叶片叶脉结构、气孔结构的功能及叶片水力学特性的意义研究已经成为植物生理生态的研究热点。该文综述了叶脉的结构性状的指标(叶脉密度、直径、间距等), 叶片水力学结构特性对植物生长、水分运输、气体交换、光合作用等生理功能的影响, 及其与植物对干旱适应性之间的关系。叶脉结构是决定叶片生理功能的基础, 因此在未来的工作中应分析比较不同种类植物叶脉结构形态与导水、光合、呼吸、同化作用之间的关系, 建立植物茎干-枝-叶系统水力传导的机理性模型, 用以探索不同植物功能结构和高效用水生理生态学机制, 据此评估不同种类植物在未来气候情景下的地位。     

Functions of canopy-stored seeds in the dune ecosystem: conclusions from Agriophyllum squarrosum and Artemisia wudanica

Delay in seed release is found in the dune ecosystem. However, its functions have been rarely reported. We studied delayed seed release in the Agriophyllum squarrosum (Chenopodiaceae), an annual psammophyte, and the Artemisia wudanica (Asteraceae), a psammophilous subshrub in an active sand dune field in Inner Mongolia, China, to get insights into its functions in dealing with sand movement. We concluded that delay in seed release in the dune ecosystem are as follows: (1) postponing dispersal of a portion of seeds until the end of windy season and the start of growing season; (2) regulating the spatiotemporal pattern of seed bank; (3) helping psammophytes adapt to wind erosion on the active sand dune; and (4) helping psammophytes realize long-distance dispersal.     

Effects of Wind and Wind- sand Current on the Physiological Status of Different Sand- fixing Plants

In the field wind tunnel, the physiological status gas exchange characteristics and water relationship of three kinds of sand-fixing plants (including crust and bryophyte) were studied under wind blowing and wind-sand current condition, respectively. The effects of wind and wind- sand current were different. Wind caused erosion and desiccation of crest and bryophyte. The effects of wind on grass and shrub included:inhibited photosynthesis by expanded stomata; decreased leaf temperature and intercellular CO2 concentrations;enhanced transpiration and decreased water use efficiency; aggravated desiccation by lowered leaf water potential and water capacity of soil. But the effects of wind-sand current on crest and bryophyte were denudation and cumulation, on grass and shrub were mainly mechanical injury and more did on photosynthesis and water usage. The result that different plants responsed differently in adaptation to wind and wind-sand current stress may provide scientific basis for selecting sand-fixing plants.     

植被覆盖对风蚀地表保护作用研究的某些新进展

 植被覆盖在风蚀过程中可通过多种途径保护地表土壤,减少风蚀输沙,对此人们早已有所认识。然而,在植被覆盖防护效应的定量研究方面,却长期存在着严重不足。近年来,国外学术界在植被覆盖保护作用的机理和定量研究等多个方面取得了突破性进展,国内却仍处于起步阶段。在大量总结国内外最新文献基础上,从理论研究、观测实验和定量模型3个方面,就植被覆盖对风蚀地表保护作用研究的新进展进行了系统介绍和评述,并结合当前国内的研究状况和现实需要,提出了4个有待进一步深入研究的重点问题。     

Genetic architecture influences when and how hybridization contributes to colonization

The role of genetic architecture in adaptation to novel environments has received considerable attention when the source of adaptive variation is de novo mutation. Relatively less is known when the source of adaptive variation is inter- or intraspecific hybridization. We model hybridization between divergent source populations and subsequent colonization of an unoccupied novel environment using individual-based simulations to understand the influence of genetic architecture on the timing of colonization and the mode of adaptation. We find that two distinct categories of genetic architecture facilitate rapid colonization but that they do so in qualitatively different ways. For few and/or tightly linked loci, the mode of adaptation is via the recovery of adaptive parental genotypes. With many unlinked loci, the mode of adaptation is via the generation of novel hybrid genotypes. The first category results in the shortest colonization lag phases across the widest range of parameter space, but further adaptation is mutation limited. The second category takes longer and is more sensitive to genetic variance and dispersal rate, but can facilitate adaptation to environmental conditions that exceed the tolerance of parental populations. These findings have implications for understanding the origins of biological invasions and the success of hybrid populations.     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

风水交错侵蚀条件下侵蚀泥沙颗粒变化特征

风蚀和水蚀是黄土高原风蚀水蚀交错区土壤侵蚀的主要方式,研究风水交错侵蚀对土壤颗粒的影响对于准确评价该区土壤质量及环境影响有重要意义.本文采用风洞与模拟降雨试验相结合的方法,分析了风水交错侵蚀条件下侵蚀泥沙颗粒变化特征.结果表明： 在11、14 m·s^-1风速的风蚀下,坡面表层(0～1 cm)土壤颗粒粗化.其中,细颗粒(<0.01 mm)减小9.8%～10.8%,粗颗粒(>0.05 mm)增加16.8%～20.8%.风蚀改变了坡面物理性状,进而影响了降雨侵蚀泥沙颗粒变化.相对于未风蚀,风蚀处理的侵蚀泥沙细颗粒增加2.7%～189%,粗颗粒降低3.7%～9.3%.风蚀处理后,在不同雨强、不同降雨历时下,侵蚀泥沙颗粒变化趋势不同.雨强60、80、100 mm·h^-1时,侵蚀泥沙颗粒变化较大,而雨强150 mm·h^-1、产流>15 min时,变化趋势减缓.
     

干旱荒漠区斑块状植被空间格局及其防沙效应研究进展

斑块状植被相对稳定的空间格局是其适应环境的结果,也是干旱区植被存在的主要形式.干旱荒漠区植被对土壤风蚀的防护功能不仅与盖度、高度有关,而且与植被空间格局有关.以往的研究多侧重于植被盖度和高度对防护功能的影响,而对植被格局影响防沙效应的研究相对薄弱.干旱区斑块状格局的植被能否防沙、防沙效应如何一直是防沙治沙工程研究中的焦点问题.综述了干旱区斑块状植被空间格局特征、形成演化及防风固沙效应等方面的研究进展,提出未来应借助3S技术手段和模型模拟方法,加强对斑块状植被空间格局与风蚀风积过程的互馈关系、斑块动态的驱动因素和斑块状植被格局防沙功能的尺度效应研究.     

聚丙烯酰胺(PAM)防治土壤风蚀的研究进展

在我国西北地区,风蚀是造成土地退化的主要影响因素之一.聚丙烯酰胺(PAM)是一种高效的土壤结构改良剂.因其具有特殊的物理化学性质,可以与土壤作用而改善土壤表层结构,近年来一直受到人们的广泛关注.本文介绍了PAM的物理化学性质,详细论述了PAM对土壤风蚀量、起动风速的影响,及PAM在风蚀防治中的不同使用量、使用方法和效果,及其与其他材料的对比,并通过PAM对土壤物理性质的改善进一步分析PAM防治风蚀的机理.综合分析得出,虽然PAM在风蚀防治中存在一些问题,但作为一种固沙剂,它不仅能提高土壤抗风蚀的能力,而且也能改善土壤的物理性状,可为植物生长创造良好的水土条件;提出若在风蚀治理和改良城市环境中将PAM与植物种植相结合,将能大大提高植物的成活率、改善风蚀区的风蚀状况和生态环境工程建设的质量.因此,PAM在防治风蚀方面具有重要的现实意义和广阔的应用前景.     

土壤风蚀控制研究进展

土壤风蚀是沙漠化过程的重要组成过程和首要环节,是许多国家和地区需要解决的一个主要环境问题.从风蚀的形成机制出发,按性质将控制风蚀的措施分为生物措施、化学措施和机械措施,并简要论述了这些防治风蚀的措施和一些重要结论.根据各地的具体环境和条件,可以单独或配套使用这些措施,以达到控制风蚀的目的;同时,应加强管理,使这些措施发挥其应有的作用,以便进一步改善环境.