干旱荒漠区泡泡刺育苗和造林技术研究

在西北干旱荒漠区实施人工造林、沙化治理、退化林修复和三北工程等项目,可进一步提高荒漠区植被覆盖率,提升防护林防护效益。通过多重比较播种时间、播种方式、种子处理、播种量、播种深度、造林时间和立地条件等因素对干旱荒漠区泡泡刺育苗及造林的影响,并根据相关数据分析得出,在西北干旱荒漠区,泡泡刺可以用于人工培育和造林,其育苗和造林的最佳季节是春季,播种方式采用条播,播种量和播种深度直接影响出苗量,砂砾石质地较适宜泡泡刺生长。

泡泡刺种子萌发对不同土壤含水量的响应

水分是植物生活史中关键的环境因子,对荒漠植物生长发育有着极其重要的影响。在干旱环境条件下,常常会表现出植物种子萌发数减少,生长减缓。文章研究了水分对泡泡刺种子萌发的影响。研究表明:不同土壤含水量(4%、8%、12%、16%)对泡泡刺种子的萌发有显著影响。随着土壤含水量的升高,泡泡刺种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、胚根长、胚轴长及鲜重均呈现先升高后降低的趋势,平均发芽时间呈现先降低后升高的趋势。泡泡刺种子在土壤含水量为8%~12%之间萌发率最高(99%),土壤含水量为16%时萌发率最低(80%)。泡泡刺胚根、胚轴长度均在土壤含水量8%~12%之间生长最好。综上可知,最适宜泡泡刺种子萌发和幼苗生长的土壤含水量在8%~12%之间,供试土壤含水量过高或过低均会抑制其种子的萌发。

不同生境条件下泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)种群的空间格局及动态分析

应用生态空间理论(theoryofspatialecology)和地统计技术,分析了不同生境条件下泡泡刺种群的空间分布特征及其动态。结果表明:受气候条件的控制,泡泡刺种群是以斑块状格局形式存在。在较小的尺度上,生境条件起到了明显的作用,戈壁生境中的泡泡刺灌丛沙堆趋向于斑块小、密度大、空间自相关距离短,而沙漠生境中的结果相反。另外,沙埋和地下水位下降不仅为泡泡刺种群拓宽了生态位,而且是该种群演化的驱动力。

荒漠绿洲边缘区泡泡刺种群对风沙干扰的响应

研究了位于黑河中游荒漠绿洲外缘 (荒漠与绿洲过渡带 )戈壁与沙漠两种生境下泡泡刺种群对风沙干扰的响应。结果表明 ,因风沙干扰的响应 ,泡泡刺种群以斑块状格局形式存在 ;独立灌丛沙堆的形成途径主要有 4种 :种子发育、根蘖繁殖、较大的沙堆退化 (生境破碎化 )和邻近沙堆的兼并。水分条件是泡泡刺种群生长的重要制约因素 ,长期对有限的水分资源竞争 ,使其大小和空间分布都形成了明显的特征。绿洲与戈壁交错带 (类似戈壁生境 )样地的泡泡刺种群的沙埋深度、种群高度、种群盖度、种群大小、生物量都小于绿洲与沙漠交错带 (类似沙漠生境 )样地的泡泡刺种群的相应的种群特征变量 ,而绿洲与戈壁交错带样地的泡泡刺种群密度却大于绿洲与沙漠交错带样地的相应的种群特征变量。绿洲与戈壁交错带样地的泡泡刺种群密度为33.3株 / m2 ,而绿洲与沙漠交错带样地的泡泡刺种群密度为 2 5 .4株 / m2 。两样地泡泡刺种群的沙埋深度、种群高度、盖度、密度及大小存在着显著差异 ,只有生物量无显著差异。两样地中泡泡刺的沙埋深度对泡泡刺种群特征的影响明显 ,无论戈壁还是沙漠生境 ,沙埋深度与种群高度、种群大小、种群生物量明显正相关。适度沙埋可以促进泡泡刺种群的生长 ,但当沙埋深度超过10 0 cm时 。

泡泡刺高通量转录组鉴定及其黄酮类代谢途径初步分析

[目的]为了更好的了解泡泡刺黄酮类生物合成途径及其潜在的抗逆作用,[方法]应用高通量RNA-seq测序技术对泡泡刺当年生新叶进行了转录组测序及相关生物信息学分析。[结果]表明:泡泡刺当年生叶中获得了13 013 444 total reads,总核苷酸数为1 171 209 960 bp(1.09 Gb),组装拼接后得到48 921条unigene序列;Nr、SwissProt、COG、GO、KEGG等数据库分析显示,有30 407个Nr注释,19 671个Swissprot注释,9 273个COG功能注释,46 153个GO功能注释,13 654个KEGG注释,并从KEGG通路中找到参与黄酮类化合物合成途径的关键基因片段186个。[结论]本研究获得了较好的泡泡刺转录组序列信息,并且其中富含黄酮类化合物代谢途径的相关基因,这为其抗逆机制、药用价值的研究及开发利用提供宝贵资源。

极端干旱区增雨加速泡泡刺群落土壤碳排放

以极端干旱区(敦煌)泡泡刺群落为研究对象,采用动态气室法(Li-8100,USA)于2010年5月至9月测定分析了生长季内增雨对泡泡刺群落土壤碳排放量的影响。结果表明:裸地和灌丛在09:00—11:00的碳排放量与全天碳排放量具有线性正相关关系(裸地R2=0.31—0.76,P<0.001;灌丛R2=0.85—0.96,P<0.001)。增雨50%(4 mm)—300%(24 mm)能够加速裸地和灌丛土壤的碳排放,每增雨1 mm,裸地和灌丛土壤的碳排放分别增加0.27和1.12 g/m2。当泡泡刺群落盖度一定时,与对照相比,每增加1 mm降雨,泡泡刺群落土壤碳排放量增加0.69 g/m2。在未来中国西北干旱地区降雨增加背景下,这一研究数据将为进一步估算该区域群落或生态系统碳收支提供可靠的参考数据。

荒漠绿洲过渡带泡泡刺灌丛沙堆形态特征及其空间异质性

以甘肃省金塔和临泽的荒漠绿洲过渡带为研究区,定量分析了戈壁和沙漠生境中泡泡刺灌丛沙堆的形态特征、形态参数间的关系、空间格局以及空间异质性.结果表明:泡泡刺灌丛沙堆呈凸起的独立型沙包,在金塔有严重的风蚀现象.沙漠生境的沙堆高度、体积和植被冠幅的平均值均大于戈壁,其中金塔沙漠最大,其平均值为1.43 m、65.19 m3和94.06 m2.临泽沙漠植被高度和盖度的平均值均大于戈壁,且其最大平均值为0.48 m和0.55,金塔却相反.沙堆长短轴间、沙堆体积和植被冠幅间呈显著线性关系;沙堆高度和面积、植被高度和盖度间具线性关系.沙堆沿丘间低地呈带状分布和斑块状格局.在金塔和临泽的戈壁中泡泡刺灌丛沙堆空间相关性较强,而金塔沙漠属于中等程度,临泽沙漠存在由随机的原因形成变异为主的可能性.此外,沙堆空间异质性由结构原因形成的变异为主,以临泽戈壁最高,临泽沙漠最小,金塔的戈壁和沙漠位于二者之间.

温度、基质对泡泡刺种子萌发的影响

研究了温度、种子大小和基质对荒漠植物泡泡刺种子萌发的影响。结果表明：无论是滤纸还是沙子基质上，泡泡刺种子的萌发率、平均萌发时间和萌发率指数受温度的影响显著，而受种子大小的影响不显著。在沙子处理中，较高的萌发率发生在恒温25℃～35℃和变温20℃／30℃，10℃时萌发率较低。平均萌发时间随着温度的上升而呈下降趋势。在滤纸和沙子基质中，泡泡刺萌发的基本温度、最佳温度和最高温度分别为9．0℃、25．3℃、45．2℃和4．8℃、34．1℃、45．0℃。从4．8℃～45℃，泡泡刺种子可萌发的热量范围广，说明了泡泡刺定植的高度潜力。在荒漠生态系统恢复中，这种特性可使泡泡刺成为较好的候选者。

河西走廊沙漠泡泡刺群体光合特征及其与环境因子的关系

以河西走廊沙漠典型的荒漠植物泡泡刺群落为材料,运用LI-8100土壤碳通量测定系统与改进的同化箱联合对其7月和8月中旬的群体光合作用进行了测定,分析群体光合速率与立地环境因子的关系,探讨泡泡刺群体对干旱荒漠环境的光合适应机制。结果表明,7月中旬泡泡刺的土壤呼吸速率和蒸发速率均高于8月中旬,而其同期群体光合速率和水分利用效率也显著高于8月中旬。两时期的光合有效辐射是影响泡泡刺群体光合速率的主要因子,于7、8月中旬对泡泡刺群体的光合速率起着直接作用;同时,实验地8月中旬的空气相对湿度也能通过与大气温度以及光合有效辐射的相互作用对泡泡刺群体的光合速率产生较大影响。在7月中旬高温强光环境下,泡泡刺的群体光合速率高于8月中旬,从而说明泡泡刺对高光强、高温的荒漠环境具有较好的适应性。

泡泡刺叶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶季节性聚态变化

以不同季节的泡泡刺为研究对象 ,利用电泳并结合底物活性染色技术发现 ,在 5月 (春季 )的电泳图谱上未出现磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 (PEPC) ;7月 (夏季 )的 PEPC分子量 473k D,为四聚体 ;9月 (秋季 )的 PEPC以二聚体和四聚体两种形式存在 ,分子量分别大约是 192 k D和 473k D。泡泡刺不同季节叶片 δ1 3C值为 - 2 4‰～ -2 5‰ ,其解剖结构无“Kranz”结构。 5月和 7月叶片中苹果酸 (Mal)含量不具有昼夜波动 ,而 9月的 Mal含量具有昼低夜高的 CAM植物酸波动特征。结合泡泡刺不同季节的天门冬氨酸 (Asp)含量以及叶片细胞液 p H的测定结果 ,可初步判定泡泡刺为 C3植物 ,但在干旱胁迫较严重的 9月 ,在水分及温度等环境因子的作用下 ,PEPC的性质和作用发生了变化。

草地白刺粗角叶甲成虫触角感器的超微形态学

白刺粗角叶甲(Diorhabda rybakowi)是严重危害我国西北荒漠草地防风固沙先锋植物唐古特白刺(Nitraria tangutorum)和泡泡刺(N.sphaerocarpa)的主要害虫。利用扫描电子显微镜技术对该虫的触角超微结构进行研究,并比较雌雄种间的差异。结果表明,白刺粗角叶甲雌、雄成虫触角均为丝状,鞭节分为9个亚节,且雄虫触角(4174.5μm)显著长于雌虫(3780.5μm)(P=0.006)。雌、雄虫触角表面均分布有大量表皮孔和鱼鳞状感觉附肢。雌、雄虫共鉴定到6种感器,分为刺形感器、毛形感器、锥形感器、腔锥形感器、耳形感器和Böhm氏鬃毛;其中,腔锥形感器仅在雄虫触角梗节少量分布。这为研究白刺粗角叶甲感知寄主挥发物或性信息素的嗅觉分子机制进而为其综合防控奠定了基础。

白刺叶片形态变化对叶片δ^(13)C的影响

选取磴口、民勤唐古特白刺,敦煌东湖附近洪积扇中部、底部生长的泡泡刺为研究对象,通过叶片扫描与Image-Pro Plus6.0图像处理软件分析获得叶片形态参数(长、宽、周长和面积),应用同位素分析获得叶片δ13C值。结果表明:随着水分有效性的增加,白刺叶片面积具有增加趋势,叶片面积在增加过程中,叶片长、宽增幅具有非同步性;相同叶片宽度,生长于水分条件较好地区的唐古特白刺和泡泡刺叶片更长。虽然磴口、民勤及敦煌东湖附近洪积扇中部、底部水分环境存在较大的差异,但生长于这些区域的唐古特白刺及泡泡刺叶片δ13C值的差异不显著(P>0.05)。叶片周长/面积比是连接叶片形态变化与植物水分生理的重要因子;白刺叶面积增加过程中,叶片长度的优先增加有利于减缓周长/面积比的下降速率,从而使白刺保持较高的水分利用效率。

白刺属植物灌丛沙包生物量分布及预测

灌丛沙包广泛分布于西北干旱区,本研究以干旱区常见的白刺属(Nitraria)植物灌丛沙包为研究对象,通过样地收集和文献数据整理,获取45个唐古特白刺(Nitraria tangutorum)和21个泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)灌丛沙包形态及生物量数据,构建白刺属植物灌丛沙包生物量预测模型。结果表明:灌丛沙包植物总生物量每增加1 kg,沙包上部、沙包内部、沙包下部的生物量及枝叶生物量、根生物量分别增加0.31、0.57、0.12、0.44和0.56 kg。植株高度变化能够解释各组件生物量及总生物量变化的76%~88%。沙包长度变化能够解释各组件生物量及总生物量变化的76%~92%。植株高度和沙包长度联合能够解释各组件生物量及总生物量变化的89%~94%。随灌丛沙包高度的增加,沙包上部生物量占比呈现减少,沙包内生物量占比明显增加,沙包下部生物量占比没有明显的变化趋势。另外,随沙包高度增加,沙包内部根系的迅速增加是白刺属植物根生物量占比呈增加的主要原因。白刺属植物灌丛沙包各组件生物量和总生物量之间存在极显著相关关系(P<0.01),这种关系可用于相互间的预测,进而可以为野外跟踪监测提供理论参考依据。

极端干旱区增雨对泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)群落土壤呼吸的影响

在极端干旱区(敦煌)以泡泡刺群落为研究对象,测定分析了生长季内增雨对泡泡刺灌丛和裸地土壤呼吸速率的影响。结果表明:增雨增加了灌丛和裸地的土壤呼吸速率,且增雨越多,增量越大,对土壤呼吸影响的持续时间也越长;以月为单位,每增雨16mm和24mm分别使裸地土壤呼吸速率显著增加90%和106%(p<0.01),增雨8mm、16mm和24mm则分别使灌丛土壤呼吸速率显著增加68%、157%和205%(p<0.01);裸地和灌丛土壤呼吸对增雨响应的时间不同步,且灌丛土壤呼吸对增雨的响应量比裸地快118%;整个生长季土壤呼吸速率和土壤含水量有明显的正相关关系(p<0.01),并且每增雨1mm,裸地和灌丛土壤呼吸速率分别增加0.01μmol.m-2.s-1和0.04μmol.m-2.s-1。

白刺资源的开发利用

内蒙古西部荒漠地区,是当代白刺属植物分布的中心,据有关部门统计,现有野生白刺林29万余亩。其中分布面积最大的是泡泡刺白刺,其次是唐古特白刺。白刺属于蒺藜科、白刺属的落叶灌木,是地中海——中亚荒漠区中的旱生和超旱生植物。白刺属植物在全世界目前有12种,我国有8种。

荒漠绿洲边缘区泡泡刺灌丛土壤种子库研究

通过研究黑河中游荒漠绿洲边缘区泡泡刺灌丛的土壤种子库特征，结果表明，无论5月，还是9月，迎风坡和背风坡的土壤种子平均数量，都受到水平距离和土壤深度的显著影响。水平方向上，种子密度从灌丛下面到灌丛间地逐渐减少，而且大部分种子分布在灌丛下面，几乎没有种子分布在灌丛间地。垂直方向上，在0～10cm范围内，5月份种子数量随着土壤深度的增加而增加。5～1cm种子数量最多，然后随着土壤深度的增加而降低。5～10cm迎风坡和背风坡的种子密度分别为4292粒／m^2和28119粒／m^2，显著大于其他深度的种子密度，占总种子数量的82．4％左右。9月份，无论迎风坡和背风坡，种子数量随着土壤深度增加而降低，大约有84％的种子集中在0～5cm，很少有种子存在于10～20cm土层。

两种荒漠生境条件下泡泡刺水分来源及其对降水的响应

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙质和砾质生境下泡泡刺的水分来源季节动态特征以及对不同降雨事件的响应程度.测定了两种生境下泡泡刺茎水和不同水源(降水、土壤水和地下水)的氧稳定同位素(δ^(18)O)值,结合Iso Source模型计算了不同水源对泡泡刺水分来源的贡献比例.结果表明:两种生境下泡泡刺茎水δ^(18)O值及其水分来源都存在显著的季节变化特征,沙质生境下泡泡刺在降水较少的春季和秋季主要利用地下水,其贡献率可达50%以上;而砾质生境下的泡泡刺无法利用深达11.5 m地下水,其水分来源受降水控制,具有较大的季节变异性.两种生境下的泡泡刺对降水响应显著,但是降水过后,随着土壤含水量的快速减小,沙质生境下的泡泡刺转而以丰富的地下水为主要水分来源,而砾质生境下的泡泡刺只能利用降水入渗至较深层土壤的较少水分.因此,两种生境下泡泡刺不同的水分利用策略是导致其生长特征差异的主要原因,同时也表明泡泡刺具有较强的自我调节和适应能力.

黑河流域荒漠绿洲过渡带两种优势植物种群空间格局特征

应用地统计学的原理和方法 ,对降水量 1 1 7 1mm、降水量和潜在蒸发量比值为 0 0 5的荒漠绿洲过渡带斑块状植被优势植物泡泡刺、红砂种群的密度、盖度以及泡泡刺沙堆体积和高度的空间格局进行了研究 .结果表明 ,泡泡刺和红砂种群平均盖度分别为 1 5 6± 2 34%和 0 2 3± 0 2 2 % ;密度分别为 1 5± 1 8丛·1 0 0m-2 和 2 3± 2 1株·1 0 0m-2 泡泡刺灌丛沙堆是稳定戈壁下垫面受风沙流干扰形成的一种景观 ,灌丛高度和体积都比较小 ,平均值分别为 0 1 8± 0 1 5m和 0 1 0± 0 1 8m3 泡泡刺种群在样地内靠近绿洲和浅山区有几条明显的分布带 ,而红砂分布相对均匀 .用半方差函数分析表明 ,两种种群密度和盖度的块金值与基台值之比都比较小 ,介于 0 0 8～ 0 1 2之间 ,说明在总空间异质性中随机因素所起的作用很小 ,占 8%～ 1 2 % .两种种群盖度和密度的变程相近 ,基本在 34m以内 ,其中随机因素引起的异质性对应的尺度在 1 0m以下 ,而结构性因素引起的异质性对应的尺度为 1 0～ 34m .泡泡刺和红砂种群盖度和密度的空间异质性均具有各向同性和各向异性特征 ,其中红砂种群的各向同性的范围略大于泡泡刺种群 .

荒漠绿洲过渡带植被空间异质性的可塑性面积单元问题

以荒漠绿洲过渡带植被为研究对象 ,采用地统计理论与方法 ,以优势植物泡泡刺 (Nitrariasphaerocarpa)和红砂 (Reaumuriasoongorica)种群为例 ,采用一个样地内 2 5 0 0个 10m× 10m小样方中获取的植物盖度数据来研究采样尺度和划区方式对荒漠植被空间异质性的影响。其中尺度效应研究的思路是 :一是保持粒度 (样方 )不变 ,增加幅度 (样地 )分析其对空间异质性的影响 ;二是保持幅度不变 ,改变粒度进行分析。划区效应是在样地尺度 (5 0 0m×5 0 0m)上 ,把整块样地数据聚合成 10m× 2 0 0m、2 0m× 10 0m、4 0m× 5 0m、5 0m× 4 0m、10 0m× 2 0m和 2 0 0m× 10m等不同形状和不同方向的网格进行地统计分析。结果表明 :荒漠绿洲过渡带植被空间异质性受采样尺度和划区方式影响显著。当样地面积小于 2 0 0m× 2 0 0m时 ,所获取的数据不能真实反映泡泡刺种群的空间异质性 ;当样地面积小于 10 0m× 10 0m时 ,所获取的数据不能真实反映红砂种群的空间异质性。调查泡泡刺和红砂种群的空间格局时 ,样方面积在 2 0m× 2 0m到 30m× 30m较为合适。植被空间异质性参数对划区方式的敏感性较强 ,其中泡泡刺种群的敏感性高于红砂种群。