黄河兰州段湿地土壤与甘蒙柽柳叶片碳氮磷生态化学计量特征

【目的】通过分析优势植物甘蒙柽柳在黄河兰州段湿地不同地段条件下土壤与叶片生态化学计量特征,探讨甘蒙柽柳的生态适应性及其生长的限制因子,为湿地植物甘蒙柽柳的管理、生态保育提供理论依据。【方法】在黄河兰州段自西到东选择4个典型样点,即西固兰高集团附近黄河边湿地(I)、银滩湿地公园(Ⅱ)、寓言故事园附近黄河边湿地(Ⅲ)及雁滩滩尖子湿地公园(Ⅳ),研究土壤与甘蒙柽柳叶片生态化学计量特征的变化。【结果】黄河兰州段湿地土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量平均值分别为10.66、0.16、0.24 g/kg,C、N、P含量自西到东均依次降低,C∶P、C∶N和N∶P则基本相反,其中样点Ⅰ的P含量显著高于其他样点,样点Ⅳ的C∶P显著高于其他样点。甘蒙柽柳叶片C、N、P含量平均值分别为364.60、29.95、1.02 g/kg,不同样点甘蒙柽柳叶片C含量无明显差异,N和P含量自西到东依次降低,C∶N、C∶P和N∶P则相反,其中样点Ⅰ的N、P含量显著高于其他样点。相关分析表明,土壤的C、N、P含量呈显著正相关,甘蒙柽柳叶片的N、P含量呈显著正相关,土壤和甘蒙柽柳叶片之间的N、P含量及C∶P、N∶P分别均呈显著正相关。各样点甘蒙柽柳叶片N∶P>20。【结论】黄河兰州段湿地甘蒙柽柳生长受到P限制。建议在湿地养护管理中加强植物群落结构调整及凋落叶归还等措施以改善其养分限制状况。

甘蒙柽柳变异枝组织培养再生体系的建立

为更好地对甘蒙柽柳的变异枝进行种质资源的保存及数量的扩繁,以甘蒙柽柳一年生变异枝为外植体进行了组培快繁直接诱导生根及植株再生研究。结果表明:75%酒精浸泡30s后转入0.1%HgCl_(2)消毒8 min,成活率最高,可达80.2%;甘蒙柽柳最佳的增殖培养基为MS+1.5 mg/L 6-BA+0.2 mg/L NAA,增殖率可达93.3%;MS+10 mg/L IBA是最佳的生根培养基,生根率高达97%。此研究建立了甘蒙柽柳的无性繁殖体系,为甘蒙柽柳的组织培养和规模化种植提供了理论依据。

株龄和插穗直径对甘蒙柽柳插穗成活率的影响

甘蒙柽柳（Tamarix austromongolica Nakai）为柽柳科（Tamaficaceae）柽柳属（Tamarix L．）灌木或乔木[1]。2010年7月，中国科学院西北高原生物研究所科研人员在海拔2700In的青海省同德县境内发现1片野生甘蒙柽柳古乔木居群，其中最大的1株胸径达327cm，株高为1130cm，树龄初步估测为400～500a。这片甘蒙柽柳古林资源对于研究气候变化和柽柳属植物的演化过程具有重要的科学意义。现今，这片珍贵稀有的甘蒙柽柳古林正面临因水电站建设而被淹没的危险，必须对这片珍贵的甘蒙柽柳古林资源进行保育，但由于其种子难以获得，因而，必须通过无性扦插的方式进行繁殖。

甘蒙柽柳对NaCl胁迫的生理响应

利用盆栽法研究不同浓度NaCl(0%、0.5%、1.0%、2.0%、4.0%)胁迫对甘蒙柽柳生长和生理特性的影响,结果表明,较低浓度(0.5%)的NaCl对植株各项生理指标影响很小;对较高浓度(1.0%、2.0%、4.0%)NaCl处理,植株在气孔调节、保护酶系统、渗透调节物质方面均能作出较快响应,并能在胁迫初期(前8 d)维持相对正常生长,但随着胁迫时间的延长、NaCl浓度增加,植物生长受到明显影响,第8 d时,4.0%NaCl处理的植株相对电导率明显上升,接近对照的4倍,MDA的含量与其成正相关关系;脯氨酸含量在甘蒙柽柳受到盐胁迫后逐渐上升,而可溶性蛋白含量则在盐胁迫初期增加,后期逐渐减小;3种保护酶活性在胁迫后均呈先升高后下降的趋势,其中SOD与CAT的活性在第14 d达到最高,POD活性则是在第20 d达到最高;叶片叶绿素含量与Pn逐渐下降并呈相关关系。洗盐后,1.0%和2.0%NaCl处理的植株各项指标均可得到恢复,而4.0%NaCl处理的植株各项指标很难恢复。

青海省甘蒙柽柳群落植被区系分析

为了探明青海省甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica Nakai)群落植被的区系特征,对同德县然果村甘蒙柽柳古树林群落的古树资源基本特征和结构特征进行了分析,并对该古树林群落及同德县班多村和贵德县曲卜藏村甘蒙柽柳幼树林群落的科属组成、生活型和区系特征进行了分析和比较;在此基础上,提出甘蒙柽柳古树林群落的保护策略。调查结果显示:在然果村古树林群落中,胸径大于1.40 m的甘蒙柽柳百年古树有203株,最高植株的株高、胸径和地径分别为22.85、1.78和3.39 m;群落中小叶杨(Populus simonii Carr.)百年古树有15株,最高植株的株高和胸径分别为25.00和4.18 m。在垂直结构上,然果村古树林群落分为乔木层、灌木层和草本层3个层次,其中,草本层包括多年生丛草层和一年生杂草层2个层次;在水平结构上,甘蒙柽柳均匀散布在群落内,小叶杨呈带状聚集分布,大部分灌木呈丛状分布,草本植物则呈小丛或单生态分布。然果村古树林群落有种子植物8科18属21种,班多村幼树林群落有种子植物10科18属20种,曲卜藏村幼树林群落有种子植物8科12属12种。区系分析结果表明:在科水平上,3个甘蒙柽柳群落均以世界分布型为主;在属水平上,然果村古树林群落和班多村幼树林群落均以北温带分布型为主,占总属数(不包括世界分布型)的37.50%和43.75%,而曲卜藏村幼树林群落则以世界分布型为主,中亚分布型次之。比较结果表明:3个群落的甘蒙柽柳植株大小差异明显,物种组成和区系成分也有一定差异。综合考虑认为,甘蒙柽柳古树林群落保护应采取就地保护和迁地保护相结合的方式。

基于叶绿体和核基因片段序列的甘蒙柽柳谱系地理研究

【目的】甘蒙柽柳为我国黄河流域特有种,本研究旨在探讨该物种各居群间的谱系地理结构以及黄河形成对甘蒙柽柳居群分布、遗传结构的影响。【方法】利用叶绿体基因trn Q-rps16片段和核基因片段ITS序列信息,通过PCR扩增、测序,对分布于我国黄河流域的甘蒙柽柳17个居群共266个个体的序列进行分析,研究其遗传多样性、遗传结构及种群历史动态。【结果】在甘蒙柽柳居群中,共检测得到4个叶绿体单倍型(207个个体)和32个核基因单倍型(232个个体)。该物种的叶绿体基因遗传多样性较低(HT=0.13),但其核基因的遗传多样性较高(HT=0.82)。甘蒙柽柳居群的遗传变异主要发生在居群内,叶绿体基因(cp DNA)和核基因(nDNA)的遗传分化系数NST(cpDNA:0.15;nDNA:0.22)和GST(cpDNA:0.19;nDNA:0.24)均不显著(P>0.05),且NST小于GST,表明该物种无明显的谱系地理结构。中性检验结果Tajima’s D和Fu’s Fs均为负值,且失配分析表明期望扩张群体的分布曲线与实际观测到的分布曲线基本吻合,期望分布曲线呈单峰,表明甘蒙柽柳居群经历过快速扩张,这可能与黄河的贯通形成有关。单倍型分布及网络结构分析结果表明,叶绿体单倍型H1、核基因单倍型R1频率最高,位于网络结构图中心位置,且分布最为广泛,可能为古老单倍型。叶绿体基因的结果显示,甘肃省永靖县、积石山县的甘蒙柽柳单倍型种类、多态性及核苷酸多样性显著高于其他地区,且具有特有单倍型(H2、H4),推测其在永靖县、积石山县附近最为古老,以此为起源中心,分别向上游(青海省)和中下游迁移,奠基者效应造成新建居群的遗传多样较低。【结论】本研究揭示了我国黄河流域主要甘蒙柽柳居群的遗传结构及其历史迁移动态。甘蒙柽柳的叶绿体基因遗传多样性水平较低,核基因的遗传多样性较高,遗传变异主要发生在居群内,无明显的谱系地理结构。该物种经历过快速扩张,其起源中心可能为甘肃省积石山县、永靖县附近,随着黄河的形成分别向黄河上游和中下游迁移,推测黄河的形成贯通是导致甘蒙柽柳居群迁移扩散的重要因素。

甘蒙柽柳埂坎扦插造林技术及其生长状况研究

通过研究春秋两季甘蒙柽柳埂坎造林的生长状况,在此基础上初步筛选出甘蒙柽柳埂坎造林最佳的扦插时间,以提高甘蒙柽柳在埂坎造林中的扦插成活率,结果表明:春季造林成活率比秋季高出3个百分点;春秋两季主根长度分别为190.6cm和219.7cm,侧根分别达到20和18条,根幅平均值分别达到了29.6和25.5cm。

GGR6号处理甘蒙柽柳插穗扦插育苗试验

以绿色植物生长调节剂GGR6号40、80 mg·kg-12种浓度的溶液处理甘蒙柽柳插穗基部后进行扦插育苗试验,结果表明,用GGR6号处理甘蒙柽柳插穗,能显著提高插穗的生根率、成活率,促进根系和苗木的生长;2种浓度处理的插穗地径生长量分别比对照提高32%和30%,树高生长分别提高13.45和10.15 cm;不同处理对根鲜质量影响差异极显著,对侧根数影响差异显著,对侧根均长影响不显著。

甘蒙柽柳径向生长对环境变化的响应

甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica)具有极强的环境适应性,是干旱半干旱地区重要的防风固沙植被。生长在即将建成的羊曲水电站淹没区的乔木状柽柳林移植保护问题曾引发关注。该研究运用气候年轮学方法,分析了研究区环境变化特征、被移植甘蒙柽柳的生长状况及二者之间的关系及其在时间上的稳定性。研究发现该地区气候呈“暖湿化”趋势,径流数据在1990年后呈显著增加趋势,被移植甘蒙柽柳生长状况良好。前一年12月、当年7月、当年8月、当年9月降水对甘蒙柽柳径向生长有促进作用,当年3月、当年5月降水起抑制作用;当年8月气温对甘蒙柽柳径向生长起抑制作用,当年9月气温起促进作用;径流对柽柳径向生长起促进作用;甘蒙柽柳径向生长与环境关系在时间上不稳定。

不同水分处理对甘蒙柽柳幼苗根系生长特性的影响

以1年生甘蒙柽柳幼苗为对象,采用人工壕沟挖掘法,对柽柳幼苗在不同水分处理条件下(干旱处理、适度灌溉、充分灌溉)根系生态学特征的季节变化进行了研究。结果表明,不同水分处理对柽柳幼苗根系生长影响显著,垂直根扎根深度和生长速率随着灌溉量的减小而增加。地面灌溉量的增加会导致根系分布的浅表化和根系消弱系数的减小,根系生物量与土壤深度呈显著负对数关系。不同水分处理条件下,7—10月的根/冠比平均值分别为0.43、0.60、0.90、1.12,其根、冠间存在典型的异速生长关系。根/冠比随土壤水分的减小而增加,且生长季后期大于初期。

不同盐分水平对中国柽柳和甘蒙柽柳根系生长及生理特性的影响

柽柳作为黄河三角洲湿地的重要优势种,对盐渍化环境具有较好的适应性。根系作为植物直接感受盐分变化的器官,研究其生理生态特性对盐分条件的响应,对植物生存、土壤改良及植被恢复等具有重要意义。以一年生中国柽柳和甘蒙柽柳插穗为研究材料,采用水培法,设置6个盐分水平:CK(空白对照)、0.4%、0.8%、1.2%、2.4%、3.6%进行试验,测定生根率、根寿命、根系生物量等生长指标及根中过氧化氢酶(CAT)、ATP合成酶活性和脱落酸(ABA)含量等生理指标,研究不同盐分水平对根系生长及生理特性的影响。结果表明:中国柽柳和甘蒙柽柳适合扦插在含盐量低于0.8%的培养溶液中;含盐量超过0.8%后,扦插穗生根率显著降低,且含盐量3.6%时甘蒙柽柳不生根;含盐量超过1.2%时,中国柽柳及甘蒙柽柳根系生长受到显著抑制,且中国柽柳受抑制程度较大;中国柽柳和甘蒙柽柳在高盐条件下均会通过增加根系生物量分配比例来缓解盐分对根系的危害;中国柽柳ATP合成酶活性、CAT活性在含盐量低于0.8%时增加,含盐量超过0.8%时,活性降低;脱落酸含量随含盐量增加先增加,含盐量超过1.2%时减少;甘蒙柽柳则随含盐量升高一直保持减少趋势。

青海省同德县乔木状甘蒙柽柳的年龄及其生长对环境的响应

青海省同德县高原河漫滩地区存在乔木状的甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica),且在即将修建的水电站库区成林分布,引发了学者和公众在其是否属于古树而需要保护以及如何保护问题上的广泛关注。该研究利用树木年轮学方法,调查了水库淹没区和非淹没区中胸径较大的甘蒙柽柳的树龄,分析了甘蒙柽柳的生长历史及其对环境因素的响应。研究发现胸径较大的甘蒙柽柳可由多株合生形成,测量胸径与植株个体年龄之间无直接联系。该地区甘蒙柽柳径向生长量在20世纪70–80年代迅速提升,80年代后生长趋于平稳。甘蒙柽柳的径向生长响应于7、8月份的水分条件,径流的增加在一定程度上促进了甘蒙柽柳的生长。未成熟植株的径向生长与生长季的风速有着显著的负相关关系。研究结果对甘蒙柽柳特殊形态的形成认知具有理论意义,对该树种保护方案的评估具有实践意义。

黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应

青藏高原黄河上游河岸带是典型的生态脆弱区,然而近年来气候变暖加剧了该地极端旱涝事件的频繁发生,高原河岸带生态脆弱区植被是否能够应对极端旱涝事件的干扰成为流域生态环境管理工作所关注的重点问题。为了研究黄河上游河岸林中主要树种对极端旱涝的响应,该研究选取青海省同德县和兴海县3处河岸林中的47株甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica),分别从树干面向邻近山体一侧及与之垂直的一侧分别获取1根树轮样本,分析其历史生长。通过对比两个方向上的生长速率判断甘蒙柽柳是否受到地质灾害影响从而将其划分为受伤组和对照组,分析两组甘蒙柽柳在过去63年中径流极值年的抵抗力状况及两个方向的生长差异。研究发现,甘蒙柽柳对干旱和洪涝均有着很强的抵抗力,河岸带多样化的水分来源有助于甘蒙柽柳在极端干旱环境中较好地生长;但洪涝伴随泥石流等地质灾害的频发使甘蒙柽柳面向山体侧面受到严重的生长抑制,表现出显著的方向性差异,从而影响甘蒙柽柳的形态。较长的创伤恢复期带来的遗留效应可能造成甘蒙柽柳对外界干扰的较高敏感性。研究黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应,将有助于评估生态脆弱区生态弹性过程,同时为高原河岸带生态建设和恢复提供科学依据。