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干旱荒漠生境下生命特征和适应机制研究是地球科学与生命科学交叉的一个国际前沿领域。我国西北干旱区内陆黑河流域独特的荒漠生态系统类型，是理想的开展荒漠植物格局与过程研究的综合生态单元。荒漠植物在维系干旱区生态系统特征和功能方面具有重要作用和价值。植物功能性状及其群落分布格局作为植物与环境的综合表现形式，是各种生态过程在不同空间和时间尺度上相互作用的结果。 选择内陆黑河流域山前、中游、下游荒漠植物主要分布区，以植物叶片、个体、种群、群落为研究对象，应用植物生理、群落生态、化学计量、土壤理化等理论，采用固定样地调查、定期观测采样、室内指标测试、数据统计分析相结合的方法，开展荒漠植物叶片水分功能性状、生态化学计量特征及其相互关系研究，不同土壤质地植物群落组成、结构与物种多样性及其植物群落分布格局研究，典型优势种植物生理需水、生态耗水及耗水规律研究;探寻荒漠植物适应逆境的特殊功能和机制，探究荒漠植物对于干旱环境的综合适应特征，分析生理指标与环境因子之间的定量关系，揭示荒漠、戈壁、沙漠植物群落演替的环境驱动力，从生理响应、生物学特征和生态调节的角度阐述干旱荒漠生态系统结构、功能及其稳定性，为该地区植被保育、生态恢复与建设的实践提供重要的科学数据和理论基础。主要研究结果和结论如下: 1、对黑河流域荒漠区35种主要优势种植物115个样品的19项叶片功能性状和生态化学计量特征研究得出:(1) C3植物δ13C值的变化范围在-29.3‰～-20.0‰，平均值为-26.2‰;(2)植物叶片束缚水/自由水比值的变异系数最大，为90.1％，鲜重含水量变异系数最小，为17.1％;(3)比叶体积与鲜重含水量、束缚水含量、比叶面积之间存在极显著正相关关系(r=0.86，r=0.57，r=0.46，p＜0.01)，与叶干物质含量之间呈极显著负相关关系(r=-0.81，p＜0.01)。比叶体积可以作为反映荒漠植物叶功能性状特征的重要指标;(4)荒漠植物叶片有机C含量平均值为57.5％、N含量平均值为21.4mg/g、P含量平均值为3.5mg/g; C∶N平均值为31.9、C∶P平均值为199.2，N∶P平均值为7.1，显著低于全国(14.4)和全球(11.8)尺度的平均值，黑河流域荒漠植被生长主要是受到N元素的限制;(5)叶片C与N含量之间呈极显著负相关(r=-0.30，p＜0.01)、与P之间呈显著性负相关(r=-0.20，p＜0.05)，N与C∶P之间呈显著性负相关(r=-0.25，p＜0.05)，N∶P和C∶N之间呈极显著负相关(r=-0.37，p＜0.01)。 2、对黑河流域24个荒漠植物群落样地进行了3年生态调查，共记录植物43种，其中灌木14种，草本29种，采用双向聚类分析(TWINSPAN)将其分为8个荒漠植物群落类型，冗余分析(RDA)将物种多样性和土壤营养与机械组成进行相关性排序，结果显示:Simpson优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数主要受到土壤电导率、pH、中沙粒、粗沙粒、极粗沙粒和石砾的影响较大;Margalef丰富度指数与土壤温度、全磷、全钾、速效氮及粗粉粒具有极显著相关性;速效磷、极细沙粒则主要限制Pielou均匀度指数。土壤机械组成是影响干旱区荒漠植物物种多样性及群落分布的重要因素。群落分布特征表明:山前群落物种组成较少、盖度和生物量较大、优势种群结构单一;中游群落物种组成增多，盖度和生物量最大、优势种较多;下游群落物种组成再次减少、盖度和生物量最小、优势种稀疏。 3、在内陆黑河流域中、下游荒漠区，选择不同生活型典型荒漠植物种，建立Lysimeter实验观测场，分土壤含水量为田间持水量的50％(SF50％)和20％(SF20％)两种水分条件，2年同步进行相同植物种和不同典型种的实验观测。结果表明，在SF50％下，中游荒漠植物生理需水量占总耗水量的1/3，生态耗水量占2/3;下游荒漠植物生理需水量占总耗水量的22％，生态耗水量占78％。在SF20％下，中、下游荒漠植物都得出，生理需水量占总耗水量的42％，生态耗水量占58％。荒漠植物生理需水特征系数正常生长发育时是0.2，水分胁迫时是0.1;总耗水特征系数正常生长发育时是0.5，水分胁迫时是0.2～0.4;可利用这些系数和区域潜在蒸发量估算荒漠植物生理需水量和总耗水量。研究表明，黑河流域荒漠植物正常生长发育的总需水量为690～700mm，最低为310～340mm，临界需水量为130～140mm。在总耗水量中，生理需水量占1/3，小于或者大于此值，植物就处于水分胁迫状态。荒漠植物生理需水量和总耗水量随土壤湿度增加而增加，随空气湿度减小而增加;减少土壤含水量，使植物处于水分胁迫状态，生理需水量基本不变，但土壤蒸发量和总耗水量显著减少。