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《中国科学院研究生院(植物研究所)》 2004年
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浑善达克沙地几种优势植物的生态适应

朱选伟  
【摘要】:浑善达克沙地是我国北方干旱半干旱区的主要沙地和严重荒漠化地区之一。同 时也是我国内陆沙尘的主要源区之一。研究当地植物对沙地环境的适应方式有助于 当地的荒漠化治理,加快生态环境恢复。本文应用(温室和野外)实验生态学方法 研究了沙地植物对水分、沙埋和养分异质性环境的生态适应对策。 浑善达克沙地属于半干旱区域。在一次降雨过后,适合植物生长的湿沙层逐渐 下降,或者说不适合植物生长的干沙层逐渐加厚。为了能够有效地从沙层中获得水 分,植物的根系的伸长的速度必须大于湿沙层下降的速度。因此,当地分布的植物 的根系则应该具有相应的形态、生长和生物量投资方面的可塑性。羊柴(Hedysarum laeve Maxim.(Leguminosae))是当地的主要半灌木和固沙植物。我们研究了羊柴幼 苗对不同土壤含水量和不同模拟降雨量的反应格局,以及移动沙丘生长季节的土壤 含水量变动规律。发现,大于3%土壤含水量适合羊柴幼苗生长。最适土壤含水量 为12%-20%。在生长季节早期,羊柴幼苗比较容易在沙丘上定居。如果没有充分 的后续降雨的话,萌发后的幼苗在沙丘顶部、落沙坡中部和后部定居比较困难。降 雨量越大,根系越深、总根长越大、根系直径越大、侧根越多、根冠比越低。 在干旱半干旱区域的沙地,种子萌发的时间和地点对于植物的定居和存活具有 关键作用。通过温室实验,研究了小叶锦鸡儿和羊柴的种子萌发和出苗对不同深度 的沙埋的反应,及其与种子大小的关联。结果表明,小叶锦鸡儿和羊柴的种子萌发 和出苗对浑善达克沙地的自然生境表现出相似的生态适应。这两个种的种子萌发的 适宜温度为10. -15℃,这是当地春季的平均温度。由于这两个种的种子萌发是光敏感 的,所以它们的种子萌发受土壤含水量和光照强度二者之间的平衡调节。2 cm的较 浅沙埋最有利于种子萌发和出苗。种子埋得越深,种子的萌发率和出苗率越低,更 多的种子受胁迫休眠保存在土壤中作为种子库。不同大小的种子的不同萌发能力也 是一种重要的生态适应,这可以调节种子在合适的时间和合适的沙埋深度萌发和出 苗。 冰草(Ag八瑕夕ro:cristalum(L.)Gaertn)是浑善达克沙地植物群落中占优势的多 年生根茎草本植物之一。种子在合适的地点和时间萌发以及幼苗在合适的地点和时 间生长,对于冰草在沙地环境条件下生存和分布具有重要意义。本文研究了浑善达 克沙地4一10月份土壤含水量变动情况和冰草种子萌发、出苗和幼苗生长对土壤含水 量的响应。结果表明,4月下旬至5月上中旬的土壤含水量对冰草种子萌发、出苗 和定居极为关键。控制条件下,冰草种子萌发的最适土壤含水量是12份20%,出苗 以及幼苗生长的最适土壤含水量是12%一16%。当土壤含水量低于3%,冰草种子不能 萌发,土壤含水量低于6%时,幼苗不能出土和定居。当土壤含水量达到16%时,冰 草幼苗生物量有所下降。在6沦8%的土壤含水量条件下,植株将更多的生物量投资 于根的生长。 本文对浑善达克沙地低湿滩地、滩地一风沙沉积过渡区到风沙沉积区的赖草 (L卿US SeCa了初uS(Georgi) Tzvel.)分株数、地上生物量、土壤水分和养分 异质性进行了研究。结果表明,从低湿滩地、滩地一风沙沉积过渡区到风沙沉积区, 随着土壤养分的降低,赖草分株数和地上生物量反而增加。赖草的分株数在三种生 境中都存在空间自相关。并且,从低湿滩地、过渡区到风沙沉积区空间自相关的变 程逐渐增加。地上生物量同样存在空间自相关,但变程以过渡区最大,风沙沉积区 最低。土壤水分仅仅在风沙沉积区存在空间自相关。在三种生境条件下,土壤全氮 和有机质的空间分布格局相似,都在低湿滩地和过渡区存在空间自相关且变程相似。 在风沙沉积区不存在空间自相关。赖草的空间分布格局在低湿滩地为偏离随机适度 聚集的分布格局,在过渡区近似于聚居分布,而在风沙沉积区为均匀分布格局。 豆科锦鸡儿属(命厂五gana)植物因其可以生物固氮而在草原生态系统当中具有 特殊的地位。定量分析小叶锦鸡儿(乙h八菇阳刀。二ler叩妙了la)灌丛在浑善达克沙地 不同生境条件下的分布格局,有助于理解植被与土壤养分循环之间的关系和合理制 定退化沙地的恢复对策。本文采用地统计学中的半方差分析和分形分析两种方法研 究了浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间分布格局,分析了不同生境中小叶锦鸡儿 灌丛的植被、土壤水分和养分间的相关性。结果表明(1)小叶锦鸡儿灌丛在三种生 境条件下(滩地、固定沙丘和半固定沙丘)的盖度、土壤有机质和全氮的空间分布 符合球状模型,空间自相关显著;(2)土壤PH值在滩地和固定沙丘的空间分布符合 球状模型且空间自相关显著,但在半固定沙丘空间自相关不显著;(3)土壤水分在 三种生境中的空间分布都符合线性模型,空间自相关显著。(4)植被的变异尺度(变 程)小于各个土壤要素的变异尺度。植被(小叶锦鸡儿灌丛)的分布和形成过程决 定了土壤养分的分布和形成过程。当地的豆科植物在养分“沃岛”现象的形成中起 了重要作用,合理的利用和布局当地的豆科植物,可以更加有效地补充草地生态系 统的养分,从而有利于加快当地生态系统的恢复进程。 关键
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(植物研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:Q948.1

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