地下水埋深对胡杨叶片光合作用及抗氧化物质积累的影响

以塔里木荒漠生态系统建群种—胡杨（Populus euphratica Oliv.）为试材,研究胡杨光合气体交换参数、抗氧化酶活性及渗透调节物质沿地下水埋深（GWD）梯度的变化规律,探讨胡杨适应干旱荒漠环境的生理生态机制。结果表明：（1）不同GWD条件下胡杨净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）的日变化均呈单峰型,而胞间CO₂摩尔分数（C_i）日变化呈“V”型,P_n与G_s变化同步,峰值均出现在12：00,而T_r峰值滞后P_n、G_s 2 h。不同GWD间P_n峰值差异显著（P<0.05）,T_r、G_s峰值和C_i谷值在GWD为5.5 m极显著降低（P<0.01）。胡杨P_n、T_r、G_s、C_i、水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）均随GWD增加而降低,其中G_s、LUE日均值在GWD为5.5 m显著降低（P＜0.05）,但不同GWD条件下P_n、T_r、C_i、WUE日均值均无显著差异（P＞0.05）;（2）12：00—16：00胡杨P_n下降主要受气孔因素限制,16：00—20：00 P_n下降主要受非气孔因素限制;（3）通过对不同GWD条件下胡杨P_n、T_r与生理生态因子进行相关、偏相关、逐步回归分析发现,G_s是影响胡杨P_n、T_r的主要因子;不同GWD条件下胡杨调控P_n、T_r的因子不同,GWD增加使胡杨P_n与光合有效辐射（PAR）、T_r与G_s之间的相关性增强,表明GWD直接调控胡杨叶片水汽交换（G_s）过程;（4）胡杨叶片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和游离脯氨酸（Pro）含量均随GWD增加而增大,而可溶性蛋白质（SP）含量、可溶性糖（SS）含量则降低,表明随GWD增加,胡杨叶片细胞膜透性和光合碳同化受抑增强,胡杨通过提高保护酶活性（POD、SOD）和渗透调节（Pro）能力协同抵御地下水位降低所带来的干旱胁迫,以维持基本正常的生理活动,这是胡杨适应荒漠区干旱生境的生理生态策略。     

塔河源荒漠河岸林群落物种组成、结构与植物区系特征

为了更好地了解荒漠河岸林植被动态与生物多样性维持机制,于塔里木河干流源头荒漠河岸林内建立6个1 hm 2样地,对群落物种组成、数量特征和空间格局等进行综合分析。结果表明,塔河源荒漠河岸林群落结构简单、物种多样性低,共有物种12科15属16种,杨柳科重要值最大(28. 97%),是群落优势建群科。取样面积在0. 04 hm 2时,包括了87. 5%的物种;样地内稀有种和偶见种均占所有物种的12. 5%。植物区系贫乏,单种科、属多,温带成分占绝对优势,古地中海成分也占有重要地位,具典型温带区系性质。样地内 DBH ≥ 1 cm 的活木本个体有2497株,灰胡杨多度占92. 95%,胸高断面积和重要值最大,在群落中占绝对优势地位。群落内科、属、种的数量随植株高度级的增加而减少,垂直结构层次分明,由乔木层、灌木层和草本层构成。样地内所有树种平均胸径15. 57 cm,径级与高度级结构均呈偏正态分布,缺乏高度≤ 2 m的个体,群落更新不良。优势种灰胡杨、胡杨径级结构均呈单峰型,其中胡杨幼树出现断层,灰胡杨幼苗向幼树发展过程中死亡率极高(92. 56%),均为衰退型种群。两个优势种空间格局呈聚集分布,不同生境下随径级增大空间分布格局变化不同;且两个优势种在空间上相互排斥而占据不同生境,暗示着种间竞争与生境异质性是影响荒漠河岸林物种空间分布格局和物种共存的重要因素。     

胡杨枝叶功能性状对地下水位梯度的响应与适应

以塔里木荒漠河岸林建群种胡杨为研究对象,测定胡杨叶厚度(LTS)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶组织密度(LTD)与当年生小枝长(TSL)、小枝茎直径(TSD)、叶面积比率(LAR)、叶茎质量比(LSMR)、小枝茎密度(TSWD)、胡伯尔值(HV)等枝叶功能性状,研究地下水位梯度(GWD)上胡杨枝叶性状的变异特征,采用单因素方差分析、Pearson相关与主成分分析,研究胡杨枝叶功能性状间的协调与权衡关系及性状组合,以期从功能性状的角度揭示胡杨适应干旱荒漠环境的生态策略。结果表明:(1)胡杨枝叶性状种内变异较大,变异系数8.61%～59.31%,其中HV变异系数最大(59.31%),LDMC、LAR变异系数较低(8.61%、9.75%),且二者对GWD变化不敏感,保守性较高。(2)方差分析显示,胡杨枝叶功能性状在GWD 1.5 m与4.8 m间差异显著(P0.05),而LTS、LTD、TSL、HV在GWD≤2.4 m和GWD≥3.5 m之间均差异显著(P0.05)。(3)相关与主成分分析表明,LA、SLA、LDMC、LTS、LTD、LAR、TSWD、HV可作为反映胡杨枝叶性状特征的重要指标;28对枝叶性状显著相关(P0.05),其中HV与TSL、TSD分别呈显著负相关、正相关关系(P0.05),与展叶效率(LAR、LSMR)、LA、LM均呈显著负相关关系(P0.05);展叶效率(LAR、LSMR)与LDMC呈极显著负相关关系(P0.01),LA、SLA与TSWD均呈负相关关系,表明干旱区荒漠植物在维持水力-机械安全和碳收益之间存在潜在的权衡机制。研究发现,胡杨采取降低LA、SLA、展叶效率(LAR、LSMR),增大LTS、LDMC、TSWD、HV等一系列有利于减少水分散失、储存资源(养分、水分)和增强抗性的生态策略来适应干旱贫瘠的荒漠环境;植物经济谱同样存在于荒漠生态系统中,随全球变暖与区域水资源短缺,总体上向慢速投资收益的保守型一端转移。     

胡杨当年生小枝茎构型对展叶效率的影响

枝叶异速生长关系对理解荒漠植物生物量分配和生活史策略具有重要意义。该研究以小枝茎长度、茎纤细率和茎体积表征茎构型, 以叶密度(单位茎长度的叶数量)、叶面积比(单位小枝茎干质量的总叶面积)和叶茎质量比(单位小枝茎干质量的总叶干质量)表征展叶效率, 采用标准化主轴回归(SMA)方法研究胡杨(Populus euphratica)当年生小枝茎构型对展叶效率的影响及二者沿地下水埋深(GWD)梯度的权衡策略。结果显示, 胡杨当年生小枝茎直径、展叶效率和比叶面积、叶大小随GWD增加而降低, 小枝茎长度、茎纤细率及其上的叶数量则增大。小枝茎构型性状均与展叶效率呈显著负相关关系, 即随小枝茎长度、茎纤细率和茎体积的增加, 展叶效率逐渐降低, 这可能是枝叶大小、水分传导与机械支撑间的权衡结果。小枝茎构型与展叶效率的异速生长指数(斜率)随GWD增加而增大, 是由于单位小枝茎投资获得的叶面积或者叶质量降低所致, 反映出随GWD增加胡杨采取了高消耗低收益的保守型策略。胡杨应对环境压力时, 倾向于在长枝上着生数量较多的小叶, 短枝上着生数量较少的大叶, 体现出胡杨小枝的资源利用策略与枝叶大小的权衡机制。综上所述, GWD显著影响胡杨小枝茎构型-展叶效率的权衡关系, 低展叶效率是胡杨应对日益旱化荒漠环境的适应策略。     

塔里木荒漠河岸林灰胡杨群落最小面积确定与研究方法比较

荒漠河岸林是塔里木极端干旱区唯一的森林群落类型,群落结构组成简单。我们采用种-面积曲线、群落系数-面积曲线与重要值-面积曲线3种方法对塔里木河上游荒漠河岸林灰胡杨（Populus pruinosa Schrenk）群落最小面积进行研究。结果显示,4种饱和种-面积曲线的拟合效果差异明显,S=aA/（1+bA）和S=a（1-e^-bA）模型拟合的相关系数较高（P < 0.01）,拟合效果优于其它2种模型。当取样面积为100 m²时,可包括群落60%~80%的物种数,取样面积为200 m²时,则可包括群落90%的物种数。群落系数-面积曲线与重要值-面积曲线2种方法确定的群落最小面积均为400 m²,二者克服了种-面积曲线仅关注物种出现与否和饱和种的估算问题,拟合结果更符合实际情况,更适用于塔里木荒漠河岸林最小取样面积的确定。本研究结果表明荒漠河岸林包括60%、80%、90%群落物种的临界抽样面积分别为100 m²、200 m²和400 m ²,可以满足不同研究精度的要求;塔里木河上游荒漠河岸林灰胡杨群落学调查的最适取样面积是400 m²。     

胡杨叶功能性状与土壤因子的关系

探究荒漠植物叶功能性状对土壤环境因子的响应格局,对理解干旱荒漠区优势植物适应干旱贫瘠逆境的权衡策略至关重要。以塔里木河干流上游胡杨为研究对象,研究不同生境胡杨叶功能性状变异格局及其与土壤因子的相互关系,以揭示胡杨适应干旱荒漠环境的生态策略。结果表明：(1)胡杨叶功能性状在不同地下水埋深(GWD, groundwater depth)之间差异显著(P<0.05),比叶面积(SLA, specific leaf area)、叶宽(LW, leaf width)、叶面积(LA, leaf area)随GWD增加而显著下降(P<0.05),叶长(LL, leaf length)、叶干物质含量(LDMC, leaf dry mass)、叶组织密度(LTD, leaf tissue density)则显著增大(P<0.05);其中LW、LA变异系数较高(48.6%、39.4%),对GWD变化较敏感。(2)浅GWD生境土壤有机碳(SOC, soil organic carbon)、全氮(TN, total nitrogen)、全磷含量(TP, total phosphorus)与氮...