红砂(Reaumuria soongorica)和珍珠(Salsola passerine)是许多干旱和半干旱荒漠植物群落中的建群种或优势种,在维持荒漠生态稳定方面发挥着重要作用。开展红砂和珍珠对降雨的适应性及其种间、种内关系的研究对于理解荒漠生态系统植物群落分布、气候变化下荒漠生态系统的动态、荒漠景观格局、生物多样性保护等方面都有十分重要的意义。本文通过人工调控降雨变化(降雨量±30%,降雨间隔延长50%)对红砂地下、地上形态特征的影响分析,揭示了红砂幼苗对降雨变化的响应和适应性机制;通过沿自然降雨梯度(S1灵武,S2武威和S3酒泉)调查取样,研究了红砂和珍珠混生根系相互作用关系,阐明了红砂-珍珠混生群落沿环境梯度的分布特征,揭示了混生对红砂和珍珠根系生长及分布的影响及其对环境梯度的响应机制;通过将红砂和珍珠以不同个体间关系(单生,种内竞争和种间竞争)及根系分隔方式(不分隔,尼龙分隔和塑料膜分隔)栽植,探讨了单独生长及种间、种内关系对植物形态的影响,探明了红砂-珍珠不同根系分割方式下的种间关系。主要得出以下结论:1.红砂根系形态在生长季初期对降雨格局变化产生响应,不同处理间差异显著(P<0.05);而地上部分在生长季末期才产生了显著的响应,不同处理间差异显著(P<0.05)。这表明,根系形态相对于地上部分会更早地对降水变化产生响应。降雨量增加会促使红砂地上和地下生物量增加,生长季末期自然降雨间隔下降雨量增加30%情况,总生物量平均增加24.2%;而根冠比在整个生长季中并没有发生显著变化。在生长季末期,降雨间隔延长导致红砂叶子提前脱落等情况而出现生物量降低的现象,表明植物提前进入了休眠期;在降雨间隔延长的情况下红砂的生长期会缩短。在降雨量相比于正常年份增加或减少30%、同时降雨间隔延长50%的范围之内变化时,红砂能够适应环境并正常生长。2.红砂有明显的主根,为直根系植物。在自然环境下,混生红砂各土层的根系生物量均大于单生,S1点混生根系生物量比单生高72.5%,差异不显著;在S2点高92.3%,差异显著(P<0.05);在S3点高86.2%,差异极显著(P<0.05),可见红砂混生时根系更为发达。可能是由于珍珠的吸水导致红砂处于轻度的水分胁迫下,从而使混生红砂将更多的生物量分配到根部来增强吸水能力。珍珠根系在单生时更接近须根系,主根不明显,根系生物量和根表面积集中在土壤浅层(0-20cm),说明单生时珍珠生长所需的水分主要来源是降雨。混生时珍珠根系下移向红砂靠近,略接近直根系;说明珍珠受到了红砂的“保育作用”,即植物间通过多种不同的途径来促进周围邻体植株的生长和发育。红砂和珍珠的种间关系可概括为偏利共生。3.随着环境胁迫梯度的增加,红砂的株高显著降低,而珍珠的株高随环境胁迫梯度的变化无明显变化。两种植物在混生条件下生长时,其平均株高比单独生长时高;另外,红砂的株高比珍珠的略高。混生红砂与单生红砂株高的高度差随环境胁迫梯度增加而缩小;不同生境条件下混生珍珠与单生珍珠在的高度差较一致均在3cm左右。单生珍珠密度和混生密度均随环境胁迫增大而减小,单生红砂植株密度在环境最适宜的S2地区密度最低。与植株密度相对应,珍珠在降雨量较少的S3地区的混生率异常较高。红砂和珍珠的种间关系并没有随着环境梯度(水分胁迫)的变化而改善,这表明,红砂和珍珠的种间关系有异于环境胁迫梯度假说。4.人工栽培条件下,红砂在单生(OR.)时地上生物量为64.4g达到最大,且与其它处理差异显著(P<0.05)。珍珠在存在种内竞争时的大株(TS.L)地上生物量达到最大达145.4g与其它所有情况差异显著,且比珍珠小株(40.5g)高258.9%。两种植物地上所占空间的变化趋势与地上生物量总体一致,红砂也是在单生(OR.)时地上体积达到最大(0.103m~3)与其它处理差异显著(P<0.05);珍珠在存在种内竞争时的大株地上体积达到最大达0.112m~3与其它所有情况差异显著。红砂和珍珠的种内竞争强度显著大于其种间竞争。5.红砂和珍珠在生长过程中表现出不同的生长策略。单独生长时,红砂根生物量沿土层深度的加深先增加,在10-20cm土层为6.19g达到最大,然后随着土壤深度的增加而减少。其他处理包括种间竞争和种内竞争处理中,红砂根系生物量在土层中垂直方向呈均匀分布。其中混生和混生尼龙分隔两个处理的根系生物量较小。珍珠根系生物量在土壤层中总体也呈垂直均匀分布。而根表面积的变化呈现不同的趋势,红砂和珍珠根面变化趋势均随深度的增加而增大。此外,在种间相互作用的条件下,两种植物的根系分布模式相似。6.在本研究中,土壤水分的分布主要受到重力的影响。当没有植物存在时,土壤含水量最高平均为17.35%,在垂直方向随土层深度增加而增加。在一株植物单生和两株同种植物处理条件下,土壤水分随土壤深度呈不规则分布。对于珍珠,单生珍珠(OS.)时土壤含水量平均为16.11%和两株珍珠一起生长(TS.)时(平均为16.69%)土壤水分分布模式相似。对于红砂,种内相互作用时土壤含水量较低平均为14.75%,而OR处理(一株单生红砂)中各层土壤含水量为所有处理中最低的,平均仅为12.21%。此外,在混生(PG)和尼龙分隔(NP)处理中的土壤水分分布模式与在空白对照的情况下相同,但含量较低。可见,根系对土壤水分产生了显著的影响。