干旱沙区根茎型克隆植物沙鞭对沙生环境的响应规律研究

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我国荒漠化形势严峻,严重危害生态安全与社会经济发展。克隆植物可通过调控其生物量分配格局与形态可塑性应对环境胁迫与干扰,在干旱沙区占据优势地位。借助克隆生长器官的生理整合作为克隆植物重要的生理生态过程,在沙生克隆植物应对光照、水分、养分等异质性环境中发挥关键作用。沙鞭为干旱半干旱沙区典型克隆植物,因其独特的形态结构,横向扩展与营养繁殖能力较强,对沙生严酷生境适应性较强,在沙区植被恢复中发挥重要作用。沙鞭也作为优质牧草,适口性较好,营养价值较高。因此开展沙鞭克隆生态学与适应策略研究,对区域植被恢复与荒漠化防治具有重要意义。鉴于此,本论文以内蒙古干旱沙区乌兰布和沙漠典型根茎型克隆植物沙鞭为研究对象,通过研究其在不同沙埋深度、土壤养分和水分条件下的生物量分配格局、根茎形态可塑性、根茎拓殖速率和芽库特征,旨在阐明根茎型克隆植物沙生适应策略,推动克隆生态学与恢复生态学理论发展,为干旱沙区植被恢复与重建以及生物多样性保护提供重要依据。主要研究结果如下:1.沙鞭可通过调控其生物量分配格局应对风沙环境。随沙埋深度增加,与地下-地上生物量分配格局无显著变化相比,沙鞭水平生物量占比显著降低(P<0.05);当土壤养分含量相对较低时,植株倾向于增加地上/垂直生物量分配,而养分相对较高时,地上/垂直生物量分配又会受到抑制;随土壤含水量增加,沙鞭垂直生物量占比显著增加(P<0.05)。研究表明,沙鞭可通过调整其生物量分配格局应对沙埋胁迫,即增加垂直方向生物量;在土壤养分含量较低时,沙鞭地下生物量随之降低;当土壤水分过低时,会通过增加地下生物量来应对水分胁迫。2.风沙环境显著影响沙鞭根茎形态特征与拓殖速率。随沙埋深度增加,地下根茎横截面积显著降低(P<0.05),而根茎节间长呈先增加后减小趋势,根茎拓殖速率显著降低;随土壤含水量增加,根茎横截面积显著降低(P<0.05),根茎节间长先增加后减小,根茎拓殖速率随土壤含水量增加而显著降低;土壤养分含量随沙埋深度先增加后降低,根茎节间长与之变化保持一致,而根茎横截面积在土壤养分含量相对较高时受到抑制,土壤养分含量最低时达到最低,养分含量过低会严重抑制根茎拓殖速率。研究表明,沙鞭通过根茎生理整合过程(以根茎横截面积为形态评估指标)应对风沙环境,在深度沙埋条件下,根茎生理整合能力减弱,而增加其水平扩展能力(尤其是在中度沙埋深度)。3.沙鞭可通过改变芽库大小与组成来应对风沙环境。总芽数随沙埋深度和土壤含水量增加而增加,根茎芽随沙埋深度增加而增加,分蘖芽呈先增加后降低趋势;土壤养分含量随沙埋深度先增加后降低,根茎芽保持增加趋势,分蘖芽与总芽数均随养分含量变化相同,均随沙埋深度先增加后降低;根茎芽密度随土壤含水量增加而增加,而分蘖芽密度呈增加后降低趋势。研究表明,沙鞭可通过改变芽库大小与组成,作为一种适应性对策缓冲风沙环境对沙区植物的干扰。
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