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沙丘生态系统是植物生存的一个极端环境。在该生境下,养分贫瘠,年降雨量低,风沙活动频繁。在该生境下沙埋和风蚀是植物常常遭遇的事件。在长期的沙埋和风蚀进化中,一些沙生植物形成了各种适应风蚀和沙埋的生态适应对策。通过研究这些物种对沙埋和风蚀的反应,有利于揭示沙生植物耐受沙埋/风蚀的机制,以及对沙丘环境的适应策略。本文以毛乌素沙地的优势半灌木油蒿为材料,应用实验生态学方法研究了不同深度的单次和多次沙埋和风蚀对其幼苗存活、生长和繁殖的影响。本项研究得出如下主要结果:
(1)油蒿幼苗存活率在中度沙埋处理下没有受到显著影响,但在深度风蚀或完全沙埋处理下显著降低。幼苗的叶面积、高度及生物量增长仅在深度风蚀或完全沙埋处理下有所降低。沙埋处理提高了油蒿幼苗对枝、叶生物量的分配,而风蚀处理则相反地促进了油蒿幼苗对根部生物量的分配。在风蚀或沙埋处理下,特别是深度风蚀或完全沙埋处理下,较大的幼苗比较小的幼苗有更高的存活率。
(2)两年生油蒿个体在风蚀处理下的高度生长显著降低,但在沙埋处理下能保持稳定的高度生长。深度沙埋降低了油蒿的生物量增长,但中度沙埋对于生物量增长没有显著影响。通过当年生营养枝的生物量体现的营养生长随着沙埋深度的增加而降低。沙埋或风蚀并没有显著加快或延缓油蒿开始繁殖的年份。油蒿的繁殖能力在深度风蚀下降低。在风蚀处理下,油蒿通过减少对种子和整个繁殖枝的生物量来的分配来减少对有性繁殖的生物量投资,但当年的营养生长没有受到影响。当年生营养枝的生物量在30cm沙埋处理下较对照显著降低,但沙埋处理对繁殖枝的生物量没有显著影响。当年的有性繁殖的生物量与营养生长的生物量的比例在风蚀处理下较在沙埋处理下低。
(3)在重复风蚀和沙埋处理下,油蒿的最终高度、总生物量及所产生种子的生物量没有受到显著影响。油蒿的高度相对增长率在重复沙埋后增加,而在重复风蚀处理下没有明显的改变。在重复沙埋下,油蒿的生物量分配方式保持不变,而在重复风蚀条件下,油蒿对地下生物量的分配显著提高。
以上结果表明油蒿幼苗对中度的风蚀或沙埋有着较强的耐受性。不同同生群幼苗对风蚀和沙埋的不同反应表明较大的幼苗个体有利于其在沙丘环境下的幼苗的成功建立,同时该研究结果也表明在沙地植被恢复和重建过程中,对于刚刚萌发的油蒿幼苗采取一定的措施,避免其遭受深度风蚀或完全沙埋是非常必要的。当年的有性繁殖的生物量与营养生长的生物的比例在风蚀处理下较在沙埋处理下低,这表明油蒿在风蚀处理下更倾向于营养生长。沙埋处理后,对地上生物量分配的增加利于支持植物茎部的伸长,帮助植物脱离深度沙埋以及补偿沙埋过程中丧失的光合组织,从而恢复植物的光合能力;而在风蚀条件下,油蒿对地下生物量的分配显著提高。风蚀后生物量向根部的转移有利于增加对根部的生物量投资来恢复其水分和养分的吸收能力,从而更好的适应沙丘环境。以上不同的生物量分配策略有利于油蒿适应沙埋和风蚀频繁发生的流动沙丘生活环境。