沙丘先锋植物烛台虫实根系特征对环境异质性的响应

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烛台虫实(Corispermum candelabrum)是属于藜科虫实属的一年生草本植物,广泛分布于科尔沁沙地的固定沙丘中,具有防风固沙的重要作用。本实验通过阐明烛台虫实应对环境、人为因子的适应方式,说明其在半干旱风沙区的生长适应策略。主要研究结果表明:  (1)从群落尺度上烛台虫实具有最高的相对密度,相对盖度仅低于灌木种的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla),相对频度与绿珠藜(Chenopodium acuminatum)和狗尾草(Setaria viridis)相似。烛台虫实的重要值为0.25,是固定沙丘植物群落中重要值最高的物种。与其他物种的比较可知,出生长于固定沙丘的烛台虫实遭受的环境干扰低于生长于流动沙丘的沙米,使烛台虫实的扎根深度、地上地下生物量累计远低于沙米(P<0.05);与环境压力较小的丘间低地植物相比,烛台虫实具有较高的养分利用率和生长速率来适应固定沙丘的环境压力(P<0.05)。  (2)生长于沙丘不同位置的烛台虫实表现出不同的形态特征,生长于沙丘顶部的烛台虫实根系生物量投入较少且分布较浅,只能进行浅层土壤中水分和养分的获取,但具有较强的吸收能力来利用稀缺的资源,在构件生物量分配上偏重生殖器官的生长,具有着矮小但繁殖迅速的特征;而在资源相对丰富的过渡带,根系在深层土壤中仍占一定比例,可以较为有效的利用深层土壤中的水分和养分,环境压力较小有利于其进一步的营养生长。在烛台虫实的生长过程中,7-8月份是其生物量累积和根系生长的重要时期,具有较高的相对生长率且根长急剧增加;8-9月份生长速度相对减缓,植物的生长发育趋于稳定。烛台虫实的生长过程中养分利用率逐渐下降,这是由于烛台虫实在生长初期需要大量的养分积累从而达到迅速累积生物量并抵御恶劣环境的效果。  (3)一定程度的风蚀和沙埋处理促进了烛台虫实地上和地下部分的生长,包括生物量累积、根长、根重、主根长等多个方面,但是烛台虫实比根长和组织密度的变化趋势暗示着植物在遭受强烈干扰后将难以迅速生长根系且难以进行高效的养分吸收。烛台虫实面对养分和密度控制时,仅表现出对种植密度的强烈响应,即随着竞争的加剧,植物的地上生物量、根长和根表面积减少,但植物能够通过比根长的增加提高植株的竞争能力。烛台虫实地上部分被人为去除后,表现出根深增加和根长增大两个方面,可能是作为固定沙丘优势植物对于动物啃食的独特适应方式。因此,烛台虫实根系的可塑性使其能够适应不同的环境压力并成为固定沙丘的优势物种。  微生境的差异显著影响着烛台虫实的生长发育,环境压力的差异使其形态特征表现出一定的变异性。适度干扰对其生长的消极影响有限,即烛台虫实能够在遭受不同环境干扰下产生不同的生长适应对策。烛台虫实适口性较差,并且能够在遭受刈割处理后通过加强地下部分的生长。烛台虫实在面对不同自然、人为干扰时表现出较强的适应能力,是其成为固定沙丘优势物种的主要原因。
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