荒漠河岸林胡杨群落特征对地下水位梯度的响应

依据塔里木荒漠河岸林胡杨群落的实地调查资料与地下水位监测数据,应用多元统计法、Hill与β多样性指数测度法,研究优势种胡杨种群数量特征沿地下水位梯度的变化规律及其相互关系,探讨群落物种多样性对地下水位梯度的生态响应。结果表明,运用系统聚类法将荒漠河岸林不同地下水位的胡杨群落划归为3类,优势种群胸径、冠幅、盖度、密度、死亡率与地下水位呈极显著相关(P0.01)。随地下水位降低,优势种长势减弱,枯死率显著增大,种群退化。Hill多样性随地下水位梯度呈现3个明显不同的变化阶段,其中地下水位4—6 m时,多样性指数锐减与曲线渐趋平直,物种多样性开始受损。Cody(β_c)、Whittaker(β_w)指数均随地下水位梯度增大而增大,Sorensen(β_s)指数则呈下降趋势;β_s、β_c、β_w与地下水位高差间均呈极显著相关(P0.01),地下水位4 m,β_c、β_w值显著增大而β_s值显著降低。综合以上分析,地下水位4 m胡杨群落结构相似与共有种较多,优势种长势良好,其是优势种群生存的适宜生态水位;地下水位4 m,群落物种多样性与伴生种减少,物种变化速率增大,生境异质性增强,优势种群数量特征变化明显,群落结构简化;地下水位6 m左右,植被退化,物种多样性锐减,优势种稀疏衰败。因此,塔里木荒漠河岸林植被恢复的合理生态地下水位应维持在4 m左右。     

干旱胁迫下胡杨光合光响应过程模拟与模型比较

以塔里木干旱荒漠区2年生胡杨幼苗为试材,盆栽模拟荒漠生境5种水分梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定胡杨在干旱胁迫下光合作用的光响应过程,并采用4种光响应模型对其进行拟合与比较,以期优选出适用于干旱荒漠环境的光响应模型,阐明胡杨光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制。结果表明:胡杨净光合速率(P_n)随干旱胁迫加剧呈下降趋势,同一光强(PAR)下P_n降幅增大。中度干旱胁迫以下(土壤相对含水量,RSWC45%)胡杨在高PAR下仍能维持相对较高P_n,光抑制程度轻;直角双曲线、非直角双曲线和指数模型均可较好地模拟P_n-PAR响应过程,但最大净光合速率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)拟合值与实测值差异极显著(P0.01)。中度干旱胁迫以上(RSWC45%)胡杨P_n随PAR升高而显著下降,LSP与P_(nmax)极显著降低,光抑制现象明显;仅直角双曲线修正模型拟合的胡杨光响应过程、光响应参数与实际情况较吻合。4种模型模拟效果顺序:直角双曲线修正模型指数模型非直角双曲线模型直角双曲线模型。4种光响应模型对干旱胁迫具有不同的适应性,直角双曲线修正模型适用于各种水分条件,尤其适用于干旱荒漠生境,其它3种模型适用于水分条件较好的生境。光响应特征参数对干旱胁迫的响应阈值不同。随干旱胁迫加剧,胡杨表观量子效率(AQY)、P_n、LSP与P_(nmax)持续降低,严重干旱胁迫下暗呼吸速率(R_d)、LCP反而明显增大。RSWC45%胡杨仍能保持较高的AQY、P_(nmax)、LSP,RSWC45%其P_(nmax)、LSP显著降低,干旱胁迫显著抑制了胡杨光合进程和光强耐受范围,降低了光合效率,严重干旱胁迫严重影响胡杨苗木的正常生长和光合作用。干旱荒漠环境下,胡杨采取缩窄光照生态幅、降低光能利用率和减少呼吸消耗来积极抵御荒漠干旱逆境伤害的生态对策。因此,从极端干旱荒漠区种群保护与植被恢复角度来看,胡杨林土壤水分应维持在RSWC 50%左右,符合干旱缺水地区植物生长和高效用水的管理原则。     

土壤水分梯度对灰胡杨光合作用与抗逆性的影响

以塔里木盆地珍稀渐危种灰胡杨(Populus pruinosa Schrenk)幼苗为材料,采用盆栽方法研究土壤水分梯度对灰胡杨光合特征及抗逆性的影响。结果表明:(1)灰胡杨净光合速率(P_n)、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和光能利用率均随土壤水分递减而降低,重度干旱比适宜水分依次降低了35.53%、25.32%、48.18%、15.62%和40.92%;而光合午休程度则明显增强,P_n下降主要是由非气孔因素限制造成。轻度干旱能够提高灰胡杨水分利用效率(WUE)3.05%,维持相对较高的P_n和WUE。(2)随土壤水分递降,灰胡杨光照生态幅缩窄,CO_2补偿点升高,RuBP再生受限,光与CO_2利用效率、Rubisco活性和光合效率降低。与适宜水分相比,中度与重度干旱下最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率、光饱和点、羧化效率、光合能力(A_(max))、光呼吸速率、最大羧化效率、最大电子传递速率和磷酸丙糖利用率均显著降低(P0.05),其中P_(nmax)、A_(max)和生化参数分别降低了42.65%、38.26%、57.10%;63.01%、65.88%、73.43%。(3)土壤干旱显著降低了灰胡杨的枝水势和光合色素含量(P0.01),并且改变了光系统反应中心色素的组成比例,膜脂过氧化程度显著增强(P0.01)。灰胡杨主要通过积累大量脯氨酸和可溶性蛋白质参与渗透调节来减轻土壤干旱对光合机构的损伤。重度干旱对灰胡杨叶片光合系统造成了不可逆的伤害,严重抑制了其正常生长和光合作用。综上所述,塔里木干旱荒漠区灰胡杨生长适宜的土壤相对含水量为60%—65%符合极端干旱区植被恢复与高效节水的管理原则。     

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。