荒漠植物泡泡刺沙生適應性研究.pdf

1、適應性是指生物為順從新的環(huán)境條件而改變其形態(tài)、生態(tài)和生理方面的特征以提高生存和再生能力的過程。適應能使植物通過多種途徑增加其生存的可能。植物的沙生適應性是指植物通過逃避、忍耐、抵抗、調(diào)整、競爭等途徑對沙地環(huán)境的適應。由于長期適應所生長的自然環(huán)境的結果，植物發(fā)展了一些最適宜自身生長發(fā)育的生理生態(tài)特點。在不同的生長階段，植物的生理生態(tài)過程呈現(xiàn)不同的特點，所以對風沙環(huán)境的適應性也不同。
　　 泡泡刺(Nitraria sphaeroc

2、arpa Maxim.(Zygophyllaceae))廣泛分布于荒漠的戈壁和沙漠中，具有耐干旱、鹽堿、抗風蝕、耐沙埋等特點，是一種優(yōu)良的固沙灌木，對防止流沙入侵綠洲、保持綠洲環(huán)境的穩(wěn)定具有很大的生態(tài)作用。
　　 對類似于泡泡刺這樣的白刺屬植物的生態(tài)特性、生態(tài)位、光合和呼吸特征、土壤水分變化特征及時空分布格局、對地下水埋深的響應方面等已有大量研究。但有關泡泡刺沙生適應性的研究還較少。研究沙生適應性旨在為保護和管理荒漠植物泡泡刺提

3、供科學依據(jù)，并為干旱荒漠化地區(qū)生態(tài)恢復做出貢獻。
　　 本論文針對干旱荒漠區(qū)的環(huán)境特點，采用野外調(diào)查、溫室模擬的方法，對干旱荒漠植物泡泡刺的種子、幼苗和種群進行了研究，揭示了土壤種子庫的時空分布格局，探討了種子萌發(fā)對溫度、基質(zhì)的響應，分析了幼苗出土和生長對沙埋深度和種子重量的響應，討論了幼苗存活和定植對沙埋深度和種子重量的響應，研究了植物種群生長特征對沙埋干擾的響應。主要結論有：
　　 1、土壤種子庫分布格局；
　

4、　 無論5月，還是9月，迎風坡和背風坡的種子平均數(shù)量都受到水平距離和沙埋深度的顯著影響。
　　 5月取樣中，灌叢下面迎風坡和背風坡的種子密度分別達到4132和25699粒m-2，灌叢邊緣迎風坡和背風坡的種子密度分別為2580和11760粒m-2。灌叢下面和灌叢邊緣的種子密度沒有顯著區(qū)別，但與灌叢間地的種子數(shù)量具有顯著差別。9月取樣中，灌叢下面迎風坡和背風坡的種子密度分別達到24896和24435粒m-2，灌叢邊緣迎風坡和背風坡

5、的種子密度分別為1896和8080粒m-2，灌叢下面和灌叢邊緣的種子密度具有顯著區(qū)別?？偲饋碚f，水平尺度上，種子密度從灌叢中心到灌叢間地逐漸減少，而且大部分種子分布在灌叢下面，幾乎沒有種子分布在灌叢間地。
　　 5月取樣中，種子數(shù)量先隨著沙埋深度而增加，到達5-10 cm深度時，達到最大，然后隨著沙埋深度而降低。5-10 cm深度迎風坡和背風坡的種子密度分別為4292和28119粒m-2，顯著大于其他深度的種子密度，大約占有總種

6、子數(shù)量的82.4％，而0-2 cm、2-5 cm、10-20 cm深度分別僅占2.2％、9.0％、6.3％。9月取樣中，無論迎風坡和背風坡，種子數(shù)量隨著沙埋深度增加而降低。0-2 cm深度迎風坡和背風坡的種子密度分別為18824和14680粒m-2，2-5 cm深度迎風坡和背風坡的種子密度分別為5876和15572粒m-2。0-2 cm與2-5 cm的種子密度沒有顯著區(qū)別，但與5-10 cm的種子密度具有顯著區(qū)別。大約有84％的種子集中

7、在0-5 cm深度，很少有種子存在于10-20 cm深度。
　　 2、種子萌發(fā)生態(tài)適應性；
　　 無論是濾紙還是沙子基質(zhì)上，泡泡刺種子的萌發(fā)率、平均萌發(fā)時間和萌發(fā)率指數(shù)受溫度的影響顯著，而受種子大小的影響不顯著。在30、35和40℃恒溫條件下，沙子上的萌發(fā)率和萌發(fā)率指數(shù)顯著大于濾紙上的萌發(fā)率和萌發(fā)率指數(shù)，而在恒溫10、15、20、25℃和變溫15/25、20/30℃處理上沒有顯著差別。除了變溫20/30℃處理中，其它溫度

8、下，兩種基質(zhì)上種子的平均萌發(fā)時間沒有顯著差別。在濾紙基質(zhì)中，泡泡刺萌發(fā)的基本溫度、最佳溫度和最高溫度分別為9.0、25.3、45.2℃；對于沙子基質(zhì)處理中，泡泡刺萌發(fā)的基本溫度、最佳溫度和最高溫度分別為4.8、34.1、45.0℃。泡泡刺種子的適宜萌發(fā)溫度為34.1℃(沙子基質(zhì))是對其生境適應的結果。因為7月份的溫度為39.1℃，而大約占全年降水量65％的降水又主要集中在7、8、9月，所以此時的溫度和降水適于種子的萌發(fā)。萌發(fā)的最高溫度反

9、映了泡泡刺在萌發(fā)期間對高溫的高度容忍性。從4.8到45℃，泡泡刺種子可萌發(fā)的熱量范圍廣，說明了泡泡刺定植的高度潛力。泡泡刺可在如此大的溫度范圍上萌發(fā)具有重要的意義。在人工培育植物時，這種特性可使泡泡刺成為較好的候選者。
　　 3、幼苗出土和生長對沙埋干擾的適應；
　　 在0、1、2、3、4、5和6 cm7個沙埋深度處理中，沙埋深度和種子重量顯著影響著出苗率、幼苗生物量和幼苗高度。在沙埋深度為2 cm時，泡泡刺出苗率、幼苗

10、生物量和幼苗高度最大，大于2 cm深度后，在每個種子重量組中，隨著沙埋深度的增加而降低。泡泡刺種子的最佳沙埋深度大約是2 cm。在2 cm沙埋深度，種子重量組之間的出苗率和幼苗高度沒有較大差別。在每個種子重量組中，隨著沙埋深度增加，根重比和地上莖重比降低，而地下莖重比增加。在每個沙埋深度下，隨著種子重量增加，地下莖重比增加，而根重比降低。
　　 4、幼苗存活和定植對沙埋干擾的適應；
　　 沙埋深度顯著影響了幼苗存活率、高

11、度、重量、高度相對生長率、高度絕對生長率、根重比、地下莖重比和地上莖重比，種子重量并沒有顯著影響幼苗的存活率、重量、高度相對生長率。在每個種子重量組中，沒有沙埋和部分沙埋處理中，幼苗的存活率為85-100％。但是，當沙埋深度達到幼苗高度的100％時，對于大、中、小種子重量組，幼苗分別只有60％、39％和43％的存活率。當沙埋深度達到幼苗高度的133％時，已經(jīng)沒有幼苗可以存活。部分沙埋處理高于沒有沙埋和完全沙埋處理中的幼苗高度、重量和高度

12、絕對生長率。在每個種子重量組中，隨著沙埋深度增加，或在每個沙埋深度，隨著種子重量降低，根重比和地下莖重比增加，而地上莖重比降低。部分沙埋增強了幼苗的活力，但當沙埋深度到達整個幼苗的高度時，降低了幼苗的活力，而當沙埋深度達到幼苗高度的133％時，導致了幼苗的死亡。所以，在培育幼苗的過程中，防止沙子全部掩埋幼苗，而需要掩埋幼苗高度的一部分。
　　 5、泡泡刺種群生長對沙埋干擾的適應；
　　 泡泡刺種群以斑塊狀格局形式存在。沙

13、埋使泡泡刺種群成為優(yōu)勢種群，并形成相對獨立的灌叢沙堆。在綠洲與戈壁交錯帶(類似戈壁生境)樣地的泡泡刺種群的沙埋深度、種群高度、種群蓋度、種群大小、生物量都小于綠洲與沙漠交錯帶(類似沙漠生境)樣地的泡泡刺種群的相應的種群特征變量，而綠洲與戈壁交錯帶樣地的泡泡刺種群密度卻大于綠洲與沙漠交錯帶樣地的種群密度。綠洲與戈壁交錯帶樣地的泡泡刺種群密度為33.3株m-2，而綠洲與沙漠交錯帶樣地的泡泡刺種群密度為25.4株m-2。兩樣地泡泡刺種群的沙埋

14、深度、種群高度、蓋度、密度及大小存在著顯著差異，只有生物量無顯著差異。無論戈壁還是沙漠生境，沙埋深度與種群高度、種群大小、種群生物量明顯正相關。獨立灌叢沙堆的形成途徑主要有4種：種子發(fā)育、根蘗繁殖、較大的沙堆退化(生境破碎化)和鄰近沙堆的兼并。沙堆和灌叢互相依存，灌叢的發(fā)展過程可劃分為4個階段：形成階段、成熟階段、衰老階段、消亡階段。泡泡刺以種子繁殖侵入沙地，然后以其強的根蘗繁殖能力定居沙地，并發(fā)展成灌叢。適度沙埋可以促進泡泡刺種群的生

15、長，但當沙埋深度超過100 cm時，又會對泡泡刺種群的生長有所抑制。隨著沙堆的進一步發(fā)育，泡泡刺就會衰退甚至死亡，最終退出群落，被其它植物種代替，而當生境再變化到適宜它生長的條件時，土壤種子庫的種子再次侵入到沙地中，這就是泡泡刺對風沙環(huán)境的適應性。
　　 綜上所述，在沙丘系統(tǒng)的恢復過程中，將泡泡刺種子種植在2 cm深度可以得到較高的出苗率，超出6 cm沙埋深度時，將沒有出苗現(xiàn)象。但是，從土壤種子庫時空分布格局來看，5月份的種子大

16、部分存在于5-10 cm，而不是表層0-5cm。所以在野外生境中的種子很難發(fā)育成幼苗。在人工培育泡泡刺時，種子的適宜萌發(fā)溫度為34.1℃(沙子基質(zhì)處理)和25.3℃(濾紙基質(zhì)處理)。在培育幼苗的過程中，防止沙子全部掩埋幼苗，而掩埋幼苗高度的一部分，則可以促進幼苗的生長。
　　 泡泡刺種群有種子繁殖和根蘗繁殖兩種能力，在它侵入并在流動沙丘上定植下來后，如果遇到風蝕，一方面會通過根系的水平和垂直生長穩(wěn)定植株，另一方面則采取種子繁殖的