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地处干旱荒漠区的河西绿洲是我国重点风沙危害区,绿洲边缘与沙漠相连,风大沙多,导致绿洲时常受到流沙侵袭。荒漠绿洲边缘带的沙丘固沙植被是保护绿洲安全的第一道防线,固沙植被可使沙丘固定、沙源减少,从而有效保护绿洲免遭流沙侵袭。干旱和频发的风沙活动是影响和控制荒漠绿洲边缘带固沙植被发展的最主要因素。固沙植被的选择是沙丘固定和防止流沙侵袭绿洲的关键,固沙植被必须对不同程度的水分、风蚀和沙埋胁迫有极强的适应性和独特的适应策略。因此,探究荒漠绿洲边缘带沙丘固沙植被对风沙生境的适应机制对于固沙植被建设、维护绿洲安全和保证绿洲可持续发展有重要的意义。 克隆植物几乎存在于所有生态系统中,且在很多生态系统中占主导地位。克隆植物的超强繁殖能力、空间拓展能力和克隆特性使其成为绿洲边缘固沙植被建设的首选物种和先锋树种。目前国内外学者也做了一些有关克隆植物对风沙生境适应性相关的研究,例如风蚀沙埋作用对植物克隆繁殖的影响以及对有性繁殖和克隆繁殖权衡的影响、克隆特性在植物适应风沙生境中的作用等。但是也存在一些问题,例如研究物种选择单一、野外自然生境研究较少和对克隆植物响应风蚀和沙埋的研究不均衡等等一些问题。 目前对于荒漠自然生境下克隆灌木如何适应风蚀和沙埋干扰,及其在适应风沙生境过程中的水分来源及水分利用策略等方面的研究还很薄弱。因此,我们以河西荒漠绿洲边缘带沙丘上典型的固沙植物克隆灌木沙拐枣为研究对象,研究了沙拐枣及其克隆片段在自然生境下对风蚀和沙埋作用的适应性及其在适应风沙生境的过程中的水分来源及水分利用策略等问题。以期为河西荒漠绿洲边缘带固沙植被的建设和恢复及其可持续发展提供理论支持和数据支撑。主要结论有: 1、沙埋深度和根状茎直径对沙拐枣根状茎片段萌发和生长的影响 沙埋深度和根状茎直径显著影响沙拐枣根状茎片段的萌发和营养繁殖能力。沙埋是根状茎片段萌发的必要条件,和沙埋5cm处理组相比,沙埋深度20cm处理下根状茎克隆片段的萌发率和存活率分别下降了66.66%(77.33%和10.67%)和58.00%(64.00%和6.66%)。分株数量随着沙埋深度先增加后减少(5cm>1 cm>15cm>20cm)。根状茎片段萌发能力和营养繁殖能力随着根状茎直径的增加而增大,生物量的积累和新生分株数量都随着根状茎直径的增大而增加,且呈显著正相关关系。因此,沙拐枣根状茎克隆片段营养繁殖的最适沙埋深度和根状茎大小条件是中度沙埋(5cm)和较大的直径(20mm)。 2、土壤水分和养分含量、沙埋深度和根状茎长度对沙拐枣分株片段生长和繁殖的影响 土壤水分和土壤养分含量、沙埋深度和根状茎长度都显著影响沙拐枣分株片段的萌发和繁殖能力。克隆分株数量和生物量都随着土壤水分、土壤养分和根状茎长度的增加而增加;而随着沙埋深度的增加而减小。这表明在较好的土壤水分和养分条件下,沙拐枣分株片段萌发和繁殖能力越强。深度沙埋抑制沙拐枣分株片段的萌发和繁殖,在深度沙埋条件下(20cm)几乎没有新分株产生。土壤水分、养分和沙埋深度也显著影响沙拐枣分株片段对有性繁殖和克隆繁殖的投入。 3、风蚀和沙埋程度及时间对沙拐枣生长和繁殖的影响 风蚀和沙埋作用的时间以及程度显著影响沙拐枣分株的生长和繁殖能力。分株数量和生物量产量随着沙埋深度的增加而显著减小;分株数量和生物量在重度风蚀条件下显著减小,而在中度风蚀条件下显著增加。根状茎相连显著增加了各风蚀和沙埋处理组中分株数量和生物量。这表明重度风蚀和沙埋对沙拐枣分株的生长和繁殖有明显抑制作用,而长期中度风蚀对沙拐枣分株的生长和繁殖有明显促进作用。沙拐枣克隆分株间的克隆整合能够很好的缓解重度风蚀和沙埋对沙拐枣分株生长和繁殖的抑制作用,增强其忍受风蚀和沙埋能力。 4、沙拐枣分株水水分来源及分株间的水分整合特征 沙拐枣母株主要利用深层土壤水和地下水。间隔物(根状茎)相连的子株同样可以利用到深层土壤水甚至是地下水;间隔物切断后,沙拐枣子株只能利用由降水补给的浅层和中层土壤水,表明沙拐枣分株间存在水分整合现象,沙拐枣母株可以将自己吸收的深层土壤水和地下水通过间隔物传输给与其相连的子株。沙拐枣分株间的这种水分整合现象能够保证年幼子株在干旱季节的正常存活和生长。 5、沙拐枣种群对沙丘风沙生境的适应策略 沙拐枣分株及其种群通过根状茎的方向性生长和斑块状分布来很好的适应风沙生境。沙拐枣克隆片段存在方向性生长现象,大多数根状茎朝着东北和西南方向生长,这两个方向和研究区主风向垂直。大多数沙拐枣分布在丘间低地和迎风坡,而克隆分株主要分布在沙丘项部。风蚀和沙埋作用是导致沙拐枣方向性生长和斑块状分布的主要因素。