极端干旱条件下多年生植物水分关系参数变化特性

通过对生长在塔克拉玛干沙漠南缘极端干旱区野外生境条件下的4种多年生植物胡杨、柽柳、沙拐枣和骆驼刺的主要水分关系参数(P100为膨压最大时的渗透势;P0为膨压为零时的渗透势;emax为最大细胞弹性模量;RWCa为细胞在质壁分离点时的相对含水量)在植物生长周期内的变化特征进行了分析,结合对植物清晨水势和土壤含水率变化的系统进行测定。结果表明:4种植物在低水势下保持膨压能力大小的排序为柽柳>胡杨>骆驼刺>沙拐枣。4种植物应对水分胁迫的共同反应是在细胞出现质壁分离时,保持高的体内含水量;在耐旱机理上,沙拐枣和骆驼刺属于高水势延迟脱水类型,胡杨和柽柳属于低水势忍耐脱水类型;在植物生长期内,4种植物清晨水势的变化特征是,骆驼刺的清晨水势值最高,沙拐枣和胡杨的清晨水势值的季节变化较为稳定,柽柳的清晨水势值最低;植物清晨水势的变化趋势同其水分关系参数的变化特性基本一致;4种植物没有受到严重的水分胁迫,灌溉对植物水分关系参数变化的影响不显著;植物处并利用地下水来满足其生存和生长需求,维持地下水位的基本稳定,是保证多年生植物恢复重建的重要前提。     

4种荒漠植物气体交换特征的研究

 在自然条件下我们对塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲边缘4种主要荒漠植物胡杨(Populus euphratica Oliv.)、沙拐枣(Calligonum caput_medusae Schrenk.)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia B.Keller et Shap)和柽柳(Tamarix ramosissima Lbd.)的气体交换、水势及其δ13C的季节变化特征进行了比较研究。结果表明胡杨和沙拐枣气体交换日变化为单峰曲线,骆驼刺和柽柳为双峰曲线;其中骆驼刺属低光合低蒸腾型,WUEph最低,     

沙漠-绿洲过渡带四种多年生植物水分关系特征

沙漠一绿洲过渡带地区植被的可持续性在防止绿洲沙漠化的过程中非常重要。对过渡带主要植物种骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Lebed．)、胡杨(Populus euphratica Oliv．)和头状沙拐枣(Calligonum caputmedusae Schrenk．)水分关系的研究表明：4种植物的水分恢复状况良好,清晨水势一直较高,水分亏缺并不严重。渗透势和正午水势的降低幅度不大,变化比较平稳,更像是一种生长过程中的结果．植物的水分胁迫状况并不明显。4种植物的水势和渗透势都高于典型的荒漠植物,属于中生植物的范围。水分参数的变化显示在同样的环境节律下,四种植物在水分生理的变化特征上有一致性。一直很高的RWCp值表明植物不能适应剧烈的水分损失和较低的水分含量,植物需要稳定充足的水分供应来适应塔克拉玛干极端气候条件下的生长环境。植物对环境胁迫也有各自不同的生理适应特点,胡杨的△Ⅱ值大,能忍受较多的水分损失维持气孔的开放;骆驼刺的ψp值最高,水分亏缺的平衡与恢复效果明显;C4植物头状沙拐枣能维持较高的水势和渗透势,而盐土植物多枝柽柳能忍受水势的很大降低。夏季一次性灌溉对骆驼刺、多枝柽柳和胡杨水分状况的改善基本没有影响,对头状沙拐枣有一定的帮助。植物群落和地下水关系密切,过渡带地区地下水位稳定在植物可接触的范围内是保证植物长期存活的关键。4种植物对干旱胁迫的适应为躲避型。     

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.     

策勒绿洲外围6种优势防护林植物对不同灌溉量的光合及水分生理响应

以策勒绿洲外围6种人工栽培的优势防护林植物为研究对象,在绿洲外围设置A(0m3·m-2)、B(0.1m3·m-2)、C(0.2m3·m-2)3个不同灌水量处理实验,探讨优势防护林植物对不同灌溉量的光合以及水分生理响应特征。结果显示:(1)在不同灌溉量下6种优势防护林植物净光合速率的日变化趋势一致,均为典型的单峰型变化,除红枣以外,其它植物的净光合速率均表现为CBA。(2)随着灌溉量的增加,植物的蒸腾速率也在逐渐增大,灌木日蒸腾速率呈不规则的M型变化趋势。(3)除核桃外,其它植物清晨水势和正午水势均随着灌溉量的增加而增大,且均表现为BCA。(4)6种优势防护林植物在不同的灌溉量下的瞬时水分利用效率日进程基本上一致,且均表现为BCA。研究表明,从水分利用和灌溉量大小的角度来说,在防护林树种的选择中应该优先选用核桃、红枣、桑树和沙拐枣;综合考虑节水和植物生长的情况下,对红枣进行适量灌溉显然比核桃、桑树、柽柳、花棒和沙拐枣更为有效,所以红枣比其余5种植物更适于在策勒绿洲地区节水生长。     

策勒绿洲多枝柽柳灌溉前后水分生理指标变化的初步研究

在位于塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲对引洪灌溉后枝柽柳清晨叶水势、水势日变化和蒸腾速率的变化特点进行了研究。结果表明,灌溉后柽柳的清晨水势值（－0．93MPa）比灌溉前的清晨水势值（－1．04Ma）有所增加,但幅度不大,因此,灌溉对柽柳清晨水势的恢复有一定的作用,灌溉后柽柳水势的日变化均值（－2．29MPa）比灌溉前的水势日变化均值（－1．69Ma）有较大降低,灌溉后柽柳蒸腾速率的日变化值（0．505mmol.m^-2s^-1）比灌溉前的蒸腾速率日变化值（0．18mmol.m^-2s^-1）有较大增加,从灌溉前后样地土壤含水量的树柳的根系分布情况看,这是柽柳利用地下水的结果。柽柳通过深根系和地下水相接,地表灌溉对柽柳水分状况改变的作用不明显。     

绿洲前沿地区多枝柽柳水分关系的特征及灌溉的影响

 对塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲前沿地区多枝柽柳（Tamarix ramosissima）进行了研究,生长季节和灌溉前后水分关系的特征表明：多枝柽柳在生长季节保持了较高较稳定的清晨水势,植物能够平衡白天水分损失造成的水分亏缺,水分恢复状况良好。环境气候变化对渗透势等水分参数的影响不及植物水分恢复状况对它们的影响。除了个别数据,多枝柽柳水势和渗透势的降低幅度很小,更像是生长过程的结果,植物水分胁迫的特征并不明显。对比水分生理上对干旱胁迫的适应——渗透势的迅速降低和质外体水含量的增加,膨压消失点相对含水量(RWCp)和渗透势差值(ΔΠ)等参数显示的生理特征表明,植物更加依靠稳定充足的水分供应来适应生长环境中极端的高水压差和与此相应的高大气蒸发要求。与此适应,植物和地下水发生了联系,并且一次性灌溉对植物水分状况的恢复基本没有帮助,保持地下水位稳定在根系的可吸收范围内成为保护绿洲前沿多枝柽柳长期存在的关键。多枝柽柳的水分特征属于中生植物的范畴,对极端环境的适应属于躲避的类型。     

四种荒漠植物的光合响应

研究了胡杨（Populus euphratica Oliv）、疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia B.Keller et Shap)、多枝柽柳（Tamarix ramosissima Lbd)和头状沙拐枣（Calligonum caput-medusae Schrenk)等四种塔克拉玛干荒漠植物的光合响应曲线,结果表明：（1）四种植物中,疏叶骆驼刺光呼吸（Rp)和CO2补偿点（Г）最高,净光合速率（An）以及水分利用效率（WUE）最低;而C4植物头状沙拐枣无论Rp还是Г都最低,它的An、光补偿点（LCP）及光饱和点（LSP）都显著高于其它3种植物（P≤0．05）,而且因为非常低的蒸腾速率（E）,沙拐枣的WUE也较高。（2）4种植物都为喜光植物,但仍然表现出一定的差异。根据它们光曲线中LCP以及暗呼吸速率（Rd),4种喜光植物的喜光顺序为：头状沙拐枣,疏叶骆驼枣刺,多枝柽柳,胡杨。（3）柽柳光合响应曲线与日变化中的An,gs等值差异较大,可能是该植物的温度生态位较其它三种植物范围较窄,设置的25℃不在其最适温度范围内,或者是在这个温度下气孔对光强变化的不敏感。（4）综合前人的结果表明,在特定的环境条件,发育阶段以及经过一定的诱导处理,胡杨可以因诱导而表现出一些C4植物特征。     

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。     

塔克拉玛干沙漠南缘自然植被的水分状况及其恢复

塔克拉玛干沙漠南缘 (以下简称塔南 )是我国土地沙漠化最严重的地区之一 ,其主要原因是因为塔南绿洲边缘的自然植被遭到严重破坏。自然植被的恢复有赖于对主要植被类型生物学特性的了解 ,于 1 998～2 0 0 1年在位于塔南策勒绿洲边缘进行的中国 -欧盟合作研究项目 ( ERBIC1 8CT980 2 75 ) ,目的是探索塔南绿洲边缘自然植被可持续管理的生态学基础。通过对几种优势植物叶片 (或同化枝 )水分关系、气体交换、以及群落特性等方面的综合研究 ,得出了以下结论 :( 1 )塔南绿洲边缘的自然植被皆为隐域性植被 ,主要优势种为 :胡杨、柽柳、骆驼刺以及少量的灰杨 ,这种植物是依靠河流的地表水而发生 ,依靠河流地下水补给而生存 ;( 2 )由于缺乏充分的地表水的补给 ,现存的自然植被几乎不能实现自然更新 ;完全破坏后的自然植被已无自然恢复的可能性 ,必须使用人工辅助方法进行恢复 ;( 3)塔南绿洲边缘主要优势植物叶片 (或同化枝 )清晨水势和气体交换研究结果表明 ,依赖地下水生存的几种植物在整个生长季节没有发生严重的水分胁迫 ,保护和恢复绿洲边缘自然植被的必要条件是保持地下水位的相对稳定 ,禁止对地下水的过度开采。     

Regulation of the water status in three co-occurring phreatophytes at the southern fringe of the Taklamakan Desert

Aims We investigated the regulation of the water status in three predominant perennial C₃ phreatophytes (Alhagi sparsifolia, Populus euphratica, Tamarix ramosissima) at typical sites of their occurrence at the southern fringe of the hyperarid Taklamakan Desert (north-west China).Methods In the foreland of the river oasis of Qira (Cele), we determined meteorological variables, plant biomass production, plant water potentials (Ψ L) and the water flux through the plants. We calculated the hydraulic conductance on the flow path from the soil to the leaves (k SL) and tested the effects of k SL, Ψ L and the leaf-to-air difference in the partial pressure of water vapour (Δ w) on stomatal regulation using regression analyses.Important findings Despite high values of plant water potential at the point of turgor loss, all plants sustained Ψ L at levels that were high enough to maintain transpiration throughout the growing season. In A. sparsifolia, stomatal resistance (r s; related to leaf area or leaf mass) was most closely correlated with k SL; whereas in P. euphratica, ~70% of the variation in r s was explained by Δ w. In T. ramosissima, leaf area-related r s was significantly correlated with Ψ L and k SL. The regulation mechanisms are in accordance with the growth patterns and the occurrence of the species in relation to their distance to the ground water.     

Clonal structure and genetic diversity of three desert phreatophytes

The objective of this paper was to assess clone sizes of three perennial desert plant species with AFLP markers and to relate them to clonal and genetic diversity and to hydroecology. The study was carried out at the southern rim of the Taklamakan Desert, where sexual regeneration is only possible shortly after rare flooding events, resulting in rarely established cohorts with subsequent extensive vertical growth and horizontal clonal spread. In this environment, repeated seedling establishment is excluded. We expected decreasing clonal and genetic diversity with increasing clone size and increasing distance to the groundwater table and a common response pattern among all study species. Maximum sizes of Populus euphratica and Alhagi sparsifolia clones were 121 ha and 6.1 ha, respectively, while Tamarix ramosissima clones reached a maximum size of only 38 m(2). In P. euphratica and A. sparsifolia, clonal diversity declined with increasing clone size and increasing distance to the groundwater table, while genetic diversity remained unaffected. Tamarix ramosissima differed from the other species because of a much smaller clonality. Clone size and clonal diversity were found to be good proxy variables for clone age. Despite the considerable age of the clones, genetic diversity is maintained in the populations.     

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.     

塔里木河上游胡杨与灰杨光合水分生理特性

在自然条件下对塔里木河上游优势树种-胡杨、灰杨的光合水分生理特性进行比较研究.结果表明,整个生长季胡杨、灰杨的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr,除8月份)日进程均为单峰曲线,水分利用效率(WUE)变化无明显规律性.胡杨与灰杨12:00后Pn的下降主要取决于非气孔因素限制.胡杨Pn、WUE高于灰杨,而Tr低于灰杨,表明胡杨属高光合、低蒸腾、高WUE型树种,灰杨属低光合、高蒸腾、低WUE型树种.胡杨、灰杨枝水势(Ψw)、清晨与正午水势日进程均呈"V"字型曲线,胡杨水势日变幅、正午水势月变幅均小于灰杨,但两树种水势间无显著差异.胡杨与灰杨具有较强的水分吸收和减少水分丧失的能力,但胡杨调节气孔导度(Gs)控制蒸腾失水的能力较强,对干旱环境表现出更强的生态适应性,从而导致两树种产生了种群地理分化.     

塔里木荒漠绿洲过渡带主要种群生态位与空间格局分析

于新疆塔里木盆地荒漠绿洲过渡带设置3条样带(长900 m×宽50 m)进行植物群落调查,运用生态位测度指标和点格局法对种群空间格局、空间关联性及生态位特征进行研究。结果显示,胡杨(Populus euphratica Oliv.)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)和甘草(Glycyrrhiza inflate Bat.)具有较大的重要值和生态位宽度,对其它生态位较窄的物种具有资源竞争和扩张优势,生态适应能力强,对群落结构和环境变化起决定性作用;生态过渡带植物的种间生态位重叠普遍较高,尤其是草本植物间更明显,此分配格局反映出荒漠植物长期适应旱化生境而发生趋同适应,生态位分化程度低,种间资源竞争激烈;优势种群空间格局呈明显的空间变异性,0~25 m尺度内多枝柽柳和甘草分别呈随机分布和聚集分布,胡杨种群在≤5 m尺度内呈聚集分布,并随尺度增大转为随机分布;胡杨与多枝柽柳、胡杨与甘草、多枝柽柳与甘草分别在4 m、≤16 m和≤25 m尺度内呈显著空间负关联,种间相互排斥。表明在匮乏环境资源条件下植物趋同适应与资源竞争是驱动荒漠植物群落演替和限制物种共存的主要原因。