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为研究干旱半干旱地区植物对环境的适应策略,探讨不同生境条件下植物与环境的互动关系,本文选择具有代表性的沙地草地生态系统——浑善达克沙地沙地草地生态系统作为研究对象,根据其地下水位和植被类型空间分异明显的特点,利用地下水位有效区分当地高度异质性的生境,并通过植物群落学调查与植物生理生态学测定方法,结合植物解剖学技术,对基于不同地下水位的不同生境内的土壤环境、植物群落及典型植物个体(浑善达克沙地榆、黄柳、羊草、冰草等)的适应性变化进行了研究。主要结论如下:
1、基于不同地下水位不同生境内的土壤理化性质存在显著差异。
本研究以野外调查数据为基础,对27个不同地下水位小生境的土壤理化性状进行了对比分析,发现随地下水位由1.0m到6.4m逐渐加深,土壤干旱程度逐渐升高,土壤含水量从11.5%下降至1.6%;酸性逐渐增强,pH值由9.4下降至7.5;营养成分逐渐减少,表现为土壤有机碳、全氮和全磷分别下降了132.9%,119.0%和51.5%。
2、基于不同地下水位不同生境内的植物群落分异明显。
本研究通过野外调查不同地下水位小生境中的植被分布情况,得到了不同小生境的群落初级生产力及植物多样性的变化特点。结果表明,地下水位较深的生境中植物地上部分、地下部分生物量依次减少,物种多样性降低。通过数据分析发现,植物多样性与植物地下部分生物量与地下水位关系密切。
3、植物叶片具有可塑性,长期的干旱环境使植物塑造出与之相适应的抗旱特征。
本研究通过对浑善达克沙地乔、灌、草三类植物的叶片进行解剖学观察发现,长期生长在缺水条件下的植物叶片具有耐旱性形态结构特征。干旱环境中,叶表皮细胞变小,气孔多分布于叶片下表皮,气孔密度随环境中水分和湿度减少而增加,但气孔面积则向小型化发展,气孔多下陷形成气孔窝或其上有突出的角质膜。叶肉栅栏组织发达,细胞层数增加而体积减小,海绵组织相对减少,细胞间隙减小。
4、异质性生境内的植物叶片光合和生理生化性状也存在适应性差异。
本研究在生长季节分别选择生长于固定沙丘和丘间低地的黄柳进行了对比研究,测定了其脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质的含量,监测了其水势及气体交换特征。结果表明,生长在固定沙丘的黄柳表现出更强的干旱耐受性,表现为相对高含量的脯氨酸(3.68 mg·g-1DW vs0.20 mg·g-1DW)和可溶性糖(17.24%vs14.49%)。此外,生长在固定沙丘的黄柳水势较低,光补偿点较低(28.8μmol.m-2.s-1 vs51.9μmol.m-2.s-1)。
综合看来,浑善达克沙地异质性生境内的土壤理化性质及植被分布均差异显著,并且这种差异能够诱使当地植物发生一系列的以抗旱性状为主的适应性变化。此研究将有助于未来沙地草地生态系统的群落演替预测,并为全球变化下的植物适应性研究提供参考。