自然状况下头状沙拐枣对水分条件变化的响应

对塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带前沿人工植被头状沙拐枣(Calligonum caput-medusae)水分关系的研究表明:头状沙拐枣在生长季节中一直保持着正的膨压,水分亏缺的发展并不严重,植被所受水分胁迫在正常范围内,因而在现存条件下干旱引起的水分胁迫不足以威胁植被的存在。在生长进程中,随着环境胁迫的加剧,头状沙拐枣依然维持了比较高的水势和渗透势,实验结果也显示植株体内可溶性物质(N_sDM)的累积程度并没有升高,因而其生理过程仍然在比较宽松的环境中进行。相对含水量(RWC_p)在生长季节一直保持很高的水平,这对植株保持体内水分防止水分过度损失有利。头状沙拐枣在干旱胁迫下表现出的这些生理特点说明,植物对干旱环境的生理适应类型属于抵抗型。在叶水平上植株对干旱胁迫的水分生理适应主要表现为质外体水比例的增高,细胞壁弹性的增加,持续较高的相对含水量(RWC_p)以及灌水后RWC_p和枝条水分比值(WC_(sat))的增加上。夏季的引洪灌溉有助于头状沙拐枣水分状况的恢复,并很可能是植被免于严重水分胁迫的原因之一。

不同灌溉量对头状沙拐枣幼苗生长和生理特性的影响

采用盆栽试验,分析了不同水分梯度下（田间持水量的30％、40％、50％、60％和85％）头状沙拐枣幼苗的干物质累积分配特征及生理生化特性,以探明头状沙拐枣幼苗能够良好生长的土壤水分条件.结果表明：（1）随灌溉量增加,沙拐枣幼苗同化枝的干物质累积量显著增加,但在最高灌溉量下同化枝出现严重病害.（2）在生长旺季,增加灌溉量后,同化枝的干物质分配比例也均显著增加,平均可占整株的39.5％;季末,分配比例受灌溉量的影响明显减弱,平均占整株的12.3％.（3）在整个生长季同化枝的全氮和硝态氮含量均处于较高水平,随灌溉量增加全氮含量有降低趋势,硝态氮含量则波动变化.（4）灌溉量对植株同化枝生理特性的影响主要表现在生长旺季.在最低灌溉量下,同化枝丙二醛含量明显较高,但植物可通过大量累积脯氨酸和可溶性糖来降低体内水势,以提高植物抗旱性;在最高和最低灌溉量下,同化枝硝酸还原酶活性和叶绿素含量均显著下降.研究认为,沙拐枣幼苗虽具有较强的抗旱性,但灌溉量过低或过高对同化枝的生长、氮素还原和叶绿素累积均有明显的抑制,因此中等灌溉量（田间持水量的50％～60％）对头状沙拐枣幼苗生长更有利.

塔克拉玛干沙漠头状沙拐枣光合器官生长对风蚀的响应与适应策略分析

风蚀是沙区生态建设工程的重要危害形式。分析不同植物种生长对风蚀的响应和适应策略,确定其耐风蚀阈值,是优良耐风蚀生态建设植物种筛选的重要理论基础。本文以塔克拉玛干沙漠腹地纵向复合沙垄上栽植的头状沙拐枣人工林为研究对象,对不同风蚀深度植株的部分枝条节上和全株光合器官生长状况进行了观测和分析。结果表明,随风蚀强度增加,头状沙拐枣植株光合器官的单节同化枝数量、单节同化枝总长度和单根同化枝平均长度、单根同化枝平均重量、单株光合器官鲜重、单株同化枝表面积呈降低趋势,光合器官生长均与风蚀深度呈线性负相关。当风蚀深度小于40 cm时,头状沙拐枣的单节同化枝数量、单根同化枝长度、单节同化枝总长度降低幅度较小,但当风蚀深度大于40 cm后,单节同化枝数量、单根同化枝长度、单节同化枝总长度都大幅降低,全株光合器官的重量和表面积也大幅下降,而过强的风蚀可使植株死亡。头状沙拐枣光合器官对风蚀的适应方式是数量和形态变化,同化枝数量、长度、直径、表面积降低。对风蚀的适应策略是有限资源重点配置,即植株把能量主要分配在有限的节上,节上保持一定数量的光合器官生长,以维持植株存活。研究结果可为沙区生态建设适宜植物种筛选提供参考。

极端干旱区头状沙拐枣对水分条件变化的生理生态响应

以1和3 a生头状沙拐枣为研究对象,采用盆栽试验,研究了不同灌水处理(田间持水量的30%、40%、50%、60%和85%)下头状沙拐枣的生长和生理变化特征。结果表明:(1)随灌溉量降低,1和3 a生头状沙拐枣的株高、冠幅、基茎、同化枝直径和整株生物量均显著下降。在不同生长期,生物量的主要累积器官茎的干物质分配比例随灌溉量降低而显著下降,根系干物质分配比例却显著增加,但灌溉量过高或过低均不利于3 a生头状沙拐枣种子生产;(2)灌溉量较低时,头状沙拐枣的根冠比、叶绿素和MDA含量均相对较高,质膜损伤严重,但植物可通过累积大量的脯氨酸进行渗透调节。随灌溉量增加,质膜损伤减轻,脯氨酸和可溶性糖累积存在明显的补偿作用,但在最高灌溉量下叶绿素含量显著下降;(3)综合适应性评价结果为田间持水量的60%>85%>50%>40%>30%。可见,灌溉量为田间持水量的60%时头状沙拐枣综合适应性最好,可作为头状沙拐枣在当地定植的推荐灌溉量。

不同水分条件对头状沙拐枣幼苗形态特征及生物量的影响

地处塔克拉玛干沙漠南缘的荒漠-绿洲过渡带常年平均降水量仅为35mm左右,而在2010年,该地区却发生了偶发性强降水。对于多年生植物来说,如何去适应这种短期强降水,我们都不得而知。在此背景下,我们对该地区头状沙拐枣幼苗的形态特征和生长特点等进行了定位试验研究。结果表明:在头状沙拐枣幼苗期,水分条件与其株高、冠幅、基径、根深等形态特征指标以及种群密度呈正相关;增加根冠比是沙拐枣幼苗适应干旱的有效策略;在7、8月,根冠比随水分条件的减少而增加,它们在生长初期把更多生物量分配到地上用以竞争光照资源,生长后期把更多生物量分配到根系用以探索地下空间资源;沙拐枣幼苗能随水分改变而自我调节生长比例来适应环境,不同水分条件下其株高-基径生长均属于典型的异速生长关系。这些结果在一定程度上反映了不同水分条件下头状沙拐枣幼苗生长规律,可为塔克拉玛干沙漠南缘地区植被恢复提供理论依据。

塔克拉玛干沙漠南缘头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配对不同灌溉量的响应

水是荒漠生态系统中首要限制因子。由于水分限制程度不同,植物幼苗在生长过程中表现出不同的适应策略。在塔克拉玛干沙漠南缘的沙漠-绿洲过渡带,设计了0mm(处理A)、100mm(处理B)、200mm(处理C)3种不同的灌溉量,对头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配展开实验性研究。结果表明:①处理A比处理B和处理C地下生物量均有所增加;不同灌溉条件下,头状沙拐枣幼苗的根冠比均小于1,随灌溉量的减少头状沙拐枣幼苗的根冠比从0.19增加到0.32;即头状沙拐枣通过改变根系生物量分配适应水分条件变化。②随灌溉量的减少,头状沙拐枣幼苗主根垂直深度和水平根幅均呈增加趋势。处理A时,头状沙拐枣幼苗根系深度达180cm以上,处理B和C的根系深度均低于160cm,表明头状沙拐枣幼苗通过根系的伸长生长来适应水分减少。③在生长过程中,头状沙拐枣通过老同化枝枯落适应土壤水分减少。④株高和冠幅随着灌溉量增加呈先增加后减小趋势,基径随着灌溉量的增加而增加,地上生长指标在不同处理间均无显著差异。

头状沙拐枣的解剖学和水分生理特征

头状沙拐枣(Calligonum caput—medusae)系蓼科沙拐枣属植物,灌木或小乔木,叶退化,由同化枝行光合作用。分布于苏联中亚,多生于沙荒地。新疆、甘肃引种栽培,生长良好。中国科学院吐鲁番沙漠植物园于1972年从宁夏中卫引进种子,1977年定植成功。目前,在新疆吐鲁番地区已形成大面积人工林。多年来,对该植物进行过多学科的研究工作,有些已见报导。本文试图从解剖学及水分生理特征入手,探讨其对干旱环境的适应性及其承受力,为进一步开发利用该植物资源,扩大造林提供科学依据,也供同行们在深入研究时参考。

三种荒漠植物叶绿素荧光参数日变化特征

利用Photosynq MultiseQ多功能植物测量仪测定塔克拉玛干沙漠腹地3种主要防护林植物头状沙拐枣、多枝柽柳和梭梭的叶绿素荧光参数日变化,探讨其与环境因子的关系,以揭示3种植物对极端环境的适应策略,为沙漠公路防护林的管护提供理论依据。结果表明:1)3种土壤都呈碱性;0~30 cm土层中的电导率(EC)远高于30 cm以下的土层。1 m内梭梭土层中的含水量高于多枝柽柳高于头状沙拐枣。2)3种植物的光合有效辐射(PAR)、叶片温度和线性电子传递(LEF)及植物周围的大气温度日变化均先升后降,且都在14:00达到最高;而大气湿度、实际光化学效率Y(Ⅱ)日变化均呈‘V’型。3)PAR基本上与3种植物的LEF、非光化学淬灭系数(NPQ)、调节性能量耗散量子产量Y(NPQ)、非调节性能量耗散量子产量Y(NO)呈显著正相关,与实际光化学效率Y(Ⅱ)呈显著负相关;3种植物的Y(Ⅱ)与Y(NPQ)、Y(NO)均呈极显著负相关。3种植物的LEF、Y(Ⅱ)、Y(NPQ)的日均值差异不显著,但梭梭与多枝柽柳的NPQ和Y(NO)日均值差异显著。4)在3种植物的叶绿素荧光参数中,梭梭和头状沙拐枣的LEF、NPQ和Y(Ⅱ)要高于多枝柽柳;而多枝柽柳的Y(NO)要显著高于头状沙拐枣和梭梭。因此,高温和高光均对3种植物造成了不同程度的影响,通过主成分分析表明,3种植物的抗逆性强弱顺序分别为梭梭>头状沙拐枣>多枝柽柳。