长期模拟增雨对荒漠植物形态特征及空间分布格局的影响

研究降雨变化对荒漠优势植物形态特征、空间点格局及空间关联性的影响有助于预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应.以乌兰布和沙漠典型荒漠植物唐古特白刺和油蒿为研究对象,进行了连续10年的模拟增雨试验,运用Programita软件,采用Ripley K函数和Monte Carlo随机模拟方法,对长期模拟增雨条件下两种植物形态特征、空间格局及空间关联性进行研究.结果表明: 不同增雨处理下唐古特白刺和油蒿植株的数量、高度、平均冠幅和基径均存在显著差异,增雨处理的唐古特白刺和油蒿植株数量、高度、平均冠幅和基径均显著大于对照,并随着增雨量的增大而增大.当增雨量小于72 mm时,白刺枝条具有明显的聚集分布趋势;当增雨量大于72 mm后,随着增雨量的增大,白刺枝条表现出聚集强度明显降低的趋势.油蒿植株随着增雨量的增加空间分布格局表现为随机分布-聚集分布-随机分布.就空间关联性而言,对照处理下唐古特白刺枝条与油蒿之间表现为负关联,随着增雨量的增加两者呈现无关联或正关联,当增雨量达到144 mm时,空间关联由负关联向正关联转变.未来降雨增加条件下,土壤水分明显改善,两种荒漠植物对水分的竞争减弱,更有利于白刺和油蒿的共存生长.     

模拟增雨对荒漠植物幼苗生长和根系形态的影响

降雨是荒漠生态系统过程和功能的最重要限制因子,荒漠植物幼苗对生长季降雨的变化极端敏感。为探讨荒漠植物对未来降雨格局变化的响应,选取乌兰布和沙漠两种典型荒漠植物幼苗(白刺和油蒿)为研究对象,根据生长季内(6—9月)每次降雨量,进行不同梯度的人工模拟增雨试验(CK:自然降雨、A:增雨25%、B:增雨50%、C:增雨75%、D:增雨100%),研究两种植物幼苗生长和根系形态特征对降雨量变化的响应。结果表明:(1)不同增雨处理对白刺和油蒿幼苗的地上部生长有显著影响(P0.05),增雨处理的白刺和油蒿幼苗的株高、平均冠幅和基径显著高于CK,并随着增雨量的增大而增大(白刺基径除外);(2)增雨处理之间、白刺和油蒿之间在总根长、总表面积、平均直径、总体积、根尖数和分叉数均有显著差异(P0.05)。对白刺幼苗而言,B处理和C处理的根系参数均显著大于CK、A和D处理,且B和C处理之间没有显著差异(平均直径除外);对油蒿幼苗而言,随着增雨量的增加,油蒿总根长、总表面积、总体积、根尖数和分叉数呈现逐渐增加的趋势,而平均直径呈现先增加后降低的趋势,且在B处理下达到最大值。(3)增雨处理显著降低了白刺幼苗的根冠比,而对油蒿幼苗的根冠比没有显著影响,并且白刺幼苗根冠比显著大于油蒿幼苗。(4)白刺和油蒿幼苗的根系主要分布在0—0.5 mm和0.5—1 mm内,2 mm的细根比例分别在B和D处理下达到最大值。这表明白刺和油蒿幼苗能够通过调整地上部生长和根系形态来适应降雨的变化。     

模拟增雨对白刺和油蒿幼苗化学计量特征的影响

降雨是荒漠生态系统过程和功能的最重要限制因子,荒漠植物幼苗对生长季降雨的变化极端敏感。为探讨荒漠植物对未来降雨格局变化的响应,该研究选取乌兰布和沙漠2种典型荒漠植物幼苗(白刺和油蒿)为研究对象,根据生长季内(6～9月)每次降雨量,进行不同梯度的人工模拟增雨试验(CK.自然降雨;A.增雨25%;B.增雨50%;C.增雨75%;D.增雨100%),分析白刺和油蒿幼苗C、N、P含量及化学计量特征对降雨量变化的响应。结果表明:(1)从C、N、P含量在幼苗不同器官分布来看,与CK相比,增雨显著降低了白刺幼苗茎的C含量和根的C、P含量(P0.05),在一定程度上提高了叶的C、P含量和根的N含量;而增雨处理显著增加了油蒿幼苗茎和叶的C含量(P0.05),降低了叶、根的N含量和茎、叶、根的P含量。(2)从化学计量比来看,增雨对白刺幼苗茎、叶、根的N∶P影响无显著差异,比值均大于16,且在增雨的环境下白刺幼苗相对生长率较低,主要受P元素限制;油蒿幼苗根N∶P与增雨量呈极显著负相关关系,随增雨量的增加其相对生长率增大。研究认为,模拟增雨对白刺幼苗和油蒿幼苗化学计量特征均有显著影响,但二者幼苗C、N、P元素在各器官的分配格局有所不同,增雨不利于白刺幼苗的生长,而有利于油蒿幼苗的快速生长。     

敦煌西湖荒漠-湿地生态系统优势物种生态位研究

水文情势改变会引起土壤盐分变化,直接影响到荒漠-湿地生态系统植被的分布与演替。基于对57个样地、171个样方植物物种分布影响较大的土壤pH值和土壤电导率两个环境因子,将其划分为6个梯度等级,测度分析了敦煌西湖植被群落中15个主要优势种的生态位特征,了解不同物种利用资源和占据生态空间的能力,对维持和科学保育植物群落的多样性具有重要意义。结果表明：（1）在土壤pH值和电导率梯度两个资源维上,多枝柽柳和芦苇的重要值和生态位宽度均较大,说明这两个物种适应能力强能够较好地利用环境资源,分布范围大且均匀。它们作为敦煌西湖植被群落中的广域种,具有重要的生态地位和作用。其次生态位较宽的疏叶骆驼刺、胡杨和苏枸杞对环境因子也具有较强的适应能力。（2）两个土壤因子梯度下植物种群生态位宽度相似,但也存在差异。如泡泡刺、蒙古沙枣在土壤pH值梯度资源维上的生态位宽度值远大于在土壤电导率梯度资源维上,但尖叶盐爪爪和甘蒙柽柳在土壤电导率梯度资源维上生态位宽度较大,表现出较强的耐盐能力,从而说明这些物种对不同土壤因子的利用能力和适应性不完全相同。（3）在两个资源维上优势物种间的生态位重叠值小于0.5的种对均为61对,占总种对的58.10%,因此生态位重叠值整体保持在较低水平,说明物种在土壤pH值和土壤电导率两个环境梯度上生态位分化明显。（4）敦煌西湖优势物种间总体表现为不显著的负关联,表明物种之间处于竞争关系,但竞争强度不大且群落结构稳定性较弱。     

白刺沙包浅层土壤水分动态及其对不同降雨量的响应

以乌兰布和沙漠典型白刺沙包为研究对象,使用EC-5土壤水分传感器对其浅层(0—50 cm)土壤水分进行长期连续监测,分析了白刺沙包不同深度土层对不同降雨量的响应及整个生长季的土壤水分动态特征。结果表明:降雨是乌兰布和沙漠白刺沙包土壤水分的最重要补给源,降雨量大小是影响浅层土壤水分补给深度的决定因素。小于10 mm的降雨完全被表层(0—10 cm)土壤吸收,无法补给10 cm以下土壤水分;10—20 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到20 cm;20—30 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到40 cm,大于30 mm的降雨补给深度可达到50 cm,甚至更深土层。在研究区降雨量以小于20 mm降雨为主的情况下,20 cm以下土层土壤水分逐步恶化,久之将有利于浅根系草本植物的生长,不利于白刺的生长繁殖。因此,这种降雨格局将对浅层土壤水分及植被演替产生重要影响。