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.     

干旱区不同地理种群骆驼刺元素组成及表面结构特征的对比研究

碳(C)、氮(N)、磷(P)元素在植物各器官中的组成,及植物表面结构差异是其对外界环境适应性的重要表征。以干旱区3个地理种群骆驼刺(塔里木盆地策勒种群,吐鄯托盆地托克逊种群,准噶尔盆地阜康种群)为研究对象,通过对植株各器官C,N,P元素组成的测定及表面形貌观测,对其在不同环境中的适应特性进行了比较研究。结果表明:(1)同一种群的骆驼刺,C元素在各器官中的分配没有显著规律;N元素在叶片中含量最高,茎中最低;策勒种群和阜康种群的P含量,叶片中最高,茎与刺中差异不显著;但托克逊种群茎中P含量显著高于其他部位。(2)3个地理种群的骆驼刺叶中元素组成相比,策勒种群C,N含量均最高,托克逊种群C,N含量最低;3个种群叶片的P含量,C∶N,C∶P,N∶P值均没有显著差异。刺中元素含量相比,C含量没有显著差异;N含量阜康种群策勒种群托克逊种群。茎中元素含量相比,N含量差异不显著,但托克逊种群茎中P含量为其他两个种群的2倍,可能与托克逊土壤中高浓度的全N,速效N,速效P有关。(3)托克逊种群表皮极厚,蜡质非常致密,各器官气孔密度均高于其他两个种群;策勒种群比阜康种群叶表皮增厚,蜡质致密,但叶片气孔密度却减小;策勒种群和阜康种群茎与刺的气孔密度差异不显著。研究表明,策勒种群骆驼刺最适应当地环境条件:其叶片具有最高的C,N含量,且表面结构没有明显的干旱胁迫特征。托克逊种群表现出明显的干旱适应特征:其表皮增厚,蜡质致密,气孔密度增大,叶片C,N含量最低。虽然托克逊种群茎中P含量显著高于其他地理种群,但3个地理种群骆驼刺叶片中C∶N,C∶P,N∶P比值保持恒定,C∶N=30.6±4.3,C∶P=357.4±49.9,N∶P=12.0±2.4,说明骆驼刺能够保持较高内稳性,这也可能是其在新疆各地广泛生存的重要原因。     

疏叶骆驼刺和多枝柽柳不同时期光合特性日变化及其与环境因子的关系

在自然条件下,利用Li-6400光合仪测定疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)和多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)7~9月份的气体交换参数,分析2种植物净光合速率(Pn)与环境因子——光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、大气CO2浓度(Ca)、相对湿度(RH)之间的关系,以明确影响其光合作用的主导环境因子,为恢复和重建过渡带植被提供理论依据。结果显示:(1)疏叶骆驼刺不同时期Pn的日变化均为单峰曲线,多枝柽柳7、8月份的Pn日变化为单峰曲线,9月份为双峰曲线,且疏叶骆驼刺Pn的平均值(7.08μmol·m-2·s-1)高于多枝柽柳(5.54μmol·m-2·s-1)。(2)2种植物7~9月份的蒸腾速率(Tr)日变化均为单峰曲线,且疏叶骆驼刺Tr的平均值(5.46mmol·m-2·s-1)高于多枝柽柳(4.40mmol·m-2·s-1);疏叶骆驼刺和多枝柽柳的胞间CO2浓度(Ci)的日变化趋势均呈"倒钟型"曲线,与Pn日变化趋势相反。(3)2种植物7~9月份的WUE日变化进程与各自的Pn日变化规律基本一致,多枝柽柳的WUE日均值(1.21 mmol·mol-1)明显高于疏叶骆驼刺(0.97mmol·mol-1)。(4)偏相关分析显示,骆驼刺和柽柳的Pn与PAR呈显著正相关关系,而与RH呈显著负相关关系;回归分析显示,骆驼刺和柽柳Pn日变化的变异分别有35.6%和42.4%是由环境因子的日变化造成的;通径分析显示,各环境因子对Pn都具有显著的影响,其大小顺序分别为:TaRHPARCa(骆驼刺)和PARCaTaRH(柽柳),且骆驼刺在7~9月份内PAR均为决策变量,RH为限制变量(除7月份外);而柽柳在8、9月份内PAR均是决策变量,RH、Ca是限制变量。研究表明,疏叶骆驼刺属于高光合高蒸腾低水分利用效率型,多枝柽柳属于低蒸腾低光合高水分利用效率型;7月份骆驼刺和柽柳Pn的下降主要是由于气孔限制引起,而8、9月份主要是由非气孔因素限制所致;PAR和RH是影响骆驼刺和柽柳最重要的环境因子,其次是Ca,而Ta在不同时期的影响程度不同;疏叶骆驼刺和多枝柽柳与环境协同进化过程中产生了一定的生态适应性,但柽柳的WUE明显高于骆驼刺,推测柽柳的抗旱能力强于骆驼刺。     

骆驼刺幼苗生长特性对不同地下水埋深的响应

在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲,对人工控制地下水埋深条件下的骆驼刺幼苗地上和地下部分的生长特性进行了一个生长季的调查。结果表明：1)幼苗的株高、分枝数、冠幅与不同地下水埋深之间存在较好的相关性,不同地下水埋深下幼苗叶片数的波动较大;2)生长在距地下水埋深为2.5和2.0 m及1.5和1.0 m条件下的骆驼刺幼苗的基径变化没有显著差异(P>0.05);3)地下水埋深对骆驼刺幼苗根系的垂直根长的影响显著(P<0.01）;4)不同土壤深度的根生物量、根质量密度、比根长、根表面积对地下水埋深变化的响应也有显著差异(P<0.05)。     

塔克拉玛干沙漠南缘3种果树幼苗光合及抗逆性研究

于2010年7~8月份,以塔克拉玛干沙漠南缘绿洲-荒漠过渡带人工种植的桑树(Morus albaL.)、沙枣(Elaeagnus angustifoliaL.)和杏树(Prunus armeniacaL.)幼苗为材料,研究了它们在相同生境条件下光合响应特征、水势、脯氨酸和可溶性糖含量等生理指标的变化,并用隶属函数值法对3种果树幼苗的抗旱性进行综合评价。结果表明:(1)3种果树幼苗光响应曲线具有相同的变化规律,当光合有效辐射(PAR)在0~200μmol.m-2.s-1之间变化时,净光合速率(A)随着PAR的增大呈直线增大,当PAR>200μmol.m-2.s-1时,A随PAR的变化呈二次曲线变化;(2)3种果树幼苗的光响应参数最大光合速率(Amax)、曲角(K)、表观量子效率(φ)、暗呼吸速率(Rday)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)以及光合色素的变化趋势并不完全一致,其中桑树具有最大的Amax、φ、Rday和叶绿素含量,而杏树的LSP最高,LCP最低,因此桑树具有最大的光能利用效率,而杏树能更有效地利用强光进行光合作用;(3)3种果树幼苗脯氨酸(Pro)、可溶性糖以及丙二醛(MDA)含量,除沙枣和杏树之间可溶性糖含量差异不显著外,其他指标含量差异在3种果树之间均达到显著水平(P<0.05);(4)在本研究期间3种果树的抗逆性表现为沙枣>桑树>杏树。研究发现,塔克拉玛干沙漠南缘绿洲-荒漠过渡带的3种果树幼苗光响应曲线变化趋势基本一致,体现了植物对环境条件适应的一致性,但是各个生理指标的变化趋势并不完全一致,这可能是由于植物种对环境条件的适应差异所导致。     

昆仑山北坡前山带塔里木沙拐枣对不同海拔生境的生理生态响应

在全面调查昆仑山北坡前山带塔里木沙拐枣(Calligonumroborovskii A.Los.)分布的基础上,设置3个海拔梯度:A1(2190m)、A2(2355m)、A3(2495m),对不同海拔梯度塔里木沙拐枣的生理生态特性进行研究。结果显示:叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和总叶绿素(chl(a+b))含量均随着海拔的上升而增大,高海拔A3与低海拔A1相比,Chla、Chlb和Chl(a+b)含量分别增大了48.30%、40.10%和43.71%,差异均达显著水平(P0.05)。SLA和Nmass随着海拔的升高都增大,A3与A1相比分别增大了33.99%和20.97%,差异达到显著水平(P0.05)。LMA随着海拔升高而减小,A3与A1相比减小了30.15%,差异达到显著水平(P0.05)。丙二醛(MDA)含量和质膜透性(MP)变化较为一致,随着海拔上升而减小,A3与A1相比分别减小了184.06%和58.33%,差异均达显著水平(P0.05),说明在A1受到的伤害更大。类胡萝卜素(Car)、脯氨酸(Pro)和抗坏血酸(AsA)含量随着海拔的上升呈下降趋势,A3与A1相比分别下降了65.88%、290.21%和38.97%,差异均达显著水平(P0.05),说明A1处非酶类保护物质含量最高。酶保护系统中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX),只有CAT活性随海拔上升而升高,其余3种酶的活性均随着海拔的升高而降低,A3与A1相比分别降低了18.75%、122.37%、23.03%%,差异均达到显著水平(P0.05)。与此同时,随着海拔的升高,超氧阴离子自由基(O2-)和过氧化氢(H2O2)含量也呈下降趋势,A3与A1相比分别下降了54.48%、9.69%,差异达显著水平(P0.05)。在整个研究区域,AOS维持在低浓度范围,而低浓度AOS正好诱导防御基因表达,及时清除活性氧,另外非酶类保护物质含量的增加也有利于清除细胞内的活性氧,维持细胞膜的稳定性,从而保证塔里木沙拐枣正常的生理功能。     

新疆策勒绿洲外围四种多年生植物的水分生理特征

对新疆策勒绿洲外围多年生植物胡杨、柽柳、沙拐枣和骆驼刺的水分生理特性进行了试验研究.结果表明：4种植物在生长季内没有受到严重的水分胁迫,灌溉对植物水分生理指标变化的影响不显著(P＞0.05).4种植物水分生理特性的季节变化各不相同.其中,骆驼刺的清晨水势和日均茎流量最高,但其平均水分利用效率最低;沙拐枣的平均水分利用效率最高,而且其清晨水势与日均茎流量的变化最为稳定,季节变幅不大;柽柳的清晨水势最低,具有较好的环境适应性;胡杨水分生理指标的季节变化相对平稳.在新疆策勒绿洲外围的极端干旱环境中,4种植物通过深根系和地下水相连接,并利用地下水来维持其生存与生长.     

塔克拉玛干沙漠南缘三种防护林植物根系构型及其生态适应策略

采用全根挖掘法挖取塔克拉玛干沙漠南缘3种主要防护林植物种——多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和新疆杨(Populus albavar. pyramidalis)成年植株根系, 测定并分析了根系构型及其拓扑结构。结果表明: 1)多枝柽柳和梭梭的根系趋向于鱼尾状分支结构, 新疆杨根系为叉状分支结构, 根系分支结构的差异使其资源获取能力和对环境的适应能力有所差异; 2)三种植物最小的根系平均连接长度为33.67 cm, 多枝柽柳和梭梭的根系连接长度大于新疆杨, 增加连接长度对植物在资源贫瘠的沙质土壤环境的生存有利; 3)新疆杨的根系分支率显著高于多枝柽柳和梭梭, 但其对干旱的适应性不如多枝柽柳和梭梭。4)三种植物根系分支均遵循Leonardo da Vinci法则, 且不受根系直径的约束。三种防护林植物在水、养资源获取与土壤空间拓展方面具有差异性, 表明在相似的极端干旱环境中3种植物采取了不同的生态适应策略。     

疏叶骆驼刺适应盐渍生境的离子分布、吸收和运输特征

以塔里木盆地南缘关键物种疏叶骆驼刺为材料,研究了不同盐渍土壤生境(轻度盐渍土、中度盐渍土、重度盐渍土)下其器官间Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的分布、吸收及运输特征,以探讨疏叶骆驼刺对自然盐渍生境的适应特性.结果表明: 在轻度和中度盐渍土生境,Na⁺在各器官中的分布规律为茎≈刺>叶>根,而在重度盐渍土生境,Na⁺分布规律为叶>茎≈刺>根;Ca²⁺和Mg²⁺在疏叶骆驼刺体内的分布规律为叶>刺>茎>根.随着土壤含盐量的增加,疏叶骆驼刺体内各器官Na⁺含量都增大,而叶片中K⁺含量呈下降趋势;根和叶器官中K⁺/Na⁺值明显降低,各器官中Ca²⁺/Na⁺、Mg²⁺/Na⁺值都降低.盐渍生境下,疏叶骆驼刺体内Ca²⁺选择性运输系数和Mg²⁺选择性运输系数均为茎-叶>茎-刺>根-茎.疏叶骆驼刺为适应盐渍生境,在土壤含盐量较低时,将Na⁺聚集于茎和刺;而在土壤含盐量较高时,则将Na⁺聚集于叶片.此外,Ca²⁺和Mg²⁺可能是疏叶骆驼适应盐渍生境的无机渗透调节物质.     

不同灌溉量对绿洲-荒漠过渡带多枝柽柳幼苗根系生长和分布的影响

为了探讨绿洲-荒漠过渡带上受损柽柳群落幼苗适宜生长的土壤水分条件,在塔南策勒绿洲外围设置A（不灌溉）、B（适度灌溉）、C（充分灌溉）3个处理的田间试验,于7～10月份考察了各处理柽柳幼苗粗根（>2 mm）和细根（<2 mm）生物量积累、空间分布等变化特征。结果显示:（1）随着灌溉量的增加,柽柳根系生物量积累不断增加,且在生长季末（10月份）增速最大,同时细根占总根重的比例从20.5%上升到29.8%,显著提高了幼苗吸收养分和水分的能力。（2）干旱胁迫（处理A）下柽柳幼苗根系的下扎深度大,但水平根幅的扩展却有限;适度灌溉（处理B）的生物量较处理A大,但小于处理C;根系扎根深度表现为处理A>处理B>处理C,各指标均处于中间状态;水分条件最好（处理C）时虽然垂直扎根深度小,但水平根幅最大,可以更有效利用浅层土壤资源。（3）柽柳幼苗大量根系集中在0～40 cm的土壤表层,而且水分条件越好,这种集中趋势越明显;根系生物量随土壤深度的增加呈递减变化,细根的根长密度也有相似变化,但细根的比根长变化规律不明显,这可能与各层土壤微观环境的变化有关。研究表明,灌溉对柽柳幼苗根系的生长和分布有显著影响,充分灌溉下柽柳幼苗根系生物量积累最多且空间分布最大,该灌溉量有利于柽柳幼苗根系的正常生长和合理分布。