三种荒漠灌木根系的构形特征与叶性因子对干旱生境的适应性比较

以古尔班通古特沙漠南缘原始荒漠的三种建群灌木多枝柽柳、梭梭和琵琶柴为研究对象,采用挖掘法调查其根系构性特征及其与土壤水分的关系,同时测定其比叶面积(SLA),比叶重（LMA）,单位重量叶氮含量(Nmass)及单位面积叶氮含量(Narea)。结果表明,三种荒漠灌木的根系分属不同的功能型,多枝柽柳是深根潜水性植物,琵琶柴是浅根性植物,而梭梭介于两者之间。而且,三种荒漠灌木随着根系分布的由深到浅,即随着土壤水分亏缺的加剧,在叶性因子方面做了一定的适应性调整。这些事实表明,在水分为主要限制因子的干旱生境中,根系构型特征在很大程度上决定了灌木的叶性策略。同时研究表明,荒漠灌木在抗旱和生长之间存在相对平衡的关系。     

红砂根系构型对干旱的生态适应

 对西北干旱、半干旱区不同生境条件下红砂（Reaumuria soongorica）根系构型参数进行了分析,以探讨红砂根系构型对干旱的生态适应性。结果表明:①不同生境条件下红砂根系的拓扑指数均较小,根系分支模式接近叉状分支模式,但在干旱的河西走廊风沙区和戈壁区红砂根系拓扑指数均逐渐增加,表明干旱有使红砂根系分支向鱼尾分支模式发展。②干旱的河西走廊风沙区和戈壁区红砂根系分形维数均较小,分别为1.1778、1.1169,分形特征不是很明显;而半干旱的黄土丘陵沟壑区分形维数较大,根系具有很好的分形特征。③干旱的河西走廊红砂根系总分支率均比半干旱的黄土丘陵沟壑区要小,表明在半干旱的黄土丘陵沟壑区红砂根系分支能力相对较强,随着干旱的增加其分支能力有所减弱。④不同生境条件下红砂根系的连接长度都较大,但不同生境却表现出明显差异,其中干旱风沙区根系平均连接长度最长。红砂为适应干旱的环境通过减少根系次级分支和根系的重叠、增加根系连接长度,使其根系的分支模式向鱼尾分支模式发展以降低根系内部对营养物质的竞争,提高根系对营养物质的吸收效率,保证植物有效的营养空间,从而在资源贫瘠的环境中吸收足够的水分和营养来保证其正常生理需求。     

多枝柽柳和疏叶骆驼刺幼苗生物量分配及根系分布特征

以塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带上两种主要建群种植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)的一年生幼苗为研究对象,采用人工壕沟全根挖掘法,研究同一生境条件下两种植物幼苗在生物量分配、根冠比、根系分布特征对极端干旱环境的适应特征.结果表明:(1)两种植物幼苗生物量分配策略明显不同.多枝柽柳幼苗把更多的生物量分配到地上,其根冠比为0.75;而疏叶骆驼刺幼苗把更多的生物量分配到地下,其根冠比为1.73.(2)两种植物幼苗地上/地下生物量属于典型的幂函数异速生长关系,异速生长模型的相关系数都在0.83以上.(3)两种植物幼苗根系分布各异.多枝柽柳幼苗根系多由垂直的主根和水平扩展的侧根组成,根长在垂直剖面上近似"丰"字形分布;骆驼刺幼苗根系在土壤中呈网状分布,根长在垂直剖面上近"古"字形分布.     

荒漠植物枝系构型影响因素分析

荒漠植物的枝系构型的影响因素包括各级分枝角度、各级分枝长度、枝径比、逐步分枝率和总体分枝率、树冠分维数、分枝分维数和计盒维数等17个指标。采用主成分分析（PCA）方法对50种典型荒漠植物的17个构型指标进行分析,结果表明：第一主成分的贡献率十分高,达到77.0％,其中2级分枝长度和3级分枝长度是影响枝系构件的主要因素;第二主成分的贡献率只有11.3％,主要综合了3级分枝角度、2级分枝角度和1级分枝角度三个因素。对枝系构型因素进行PCA排序可将其划分为三类：第一类包括各级分枝长度;第二类包括逐步分枝率和分形维数;第三类包括各级分枝角度和枝径比等。通过第一和第二主成分分析体现了荒漠植物的两种不同的生态适应机制,即在分枝长度上和分形维数上,趋于增加和减小两种趋势,但在分枝角度方面,都有趋于增大的趋向。     

塔克拉玛干沙漠腹地两种灌木有效根系密度分布规律的研究

在塔克拉玛干沙漠腹地通过分层分段挖掘法对滴灌条件下多枝柽柳(Tamarix ramosis-sima)和梭梭(Haloxylon ammodendron)幼苗根区有效根长密度和有效根重密度空间分布进行了研究。结果表明:梭梭幼苗平均有效根系密度为多枝柽柳幼苗的3倍左右。在垂直方向上,两种灌木的有效根系密度的变化因树种而异,多枝柽柳幼苗随土层深度的增加呈指数递减,而梭梭幼苗随土层深度的增加呈单峰型曲线。在水平方向上,两种灌木幼苗有效根系密度均随距离植株基径距离的增加呈指数递减。非线性参数拟合分析表明:采用RD=eA BX CZ函数模型能较好地反映滴灌条件下多枝柽柳幼苗的有效根系密度的空间分布。     

不同类型防护林中樟子松的构型特征分析

 影响植物枝系构型的因素有各级分枝长度、各级分枝角度、枝径比、逐步分枝率和总体分枝率等。采用枝系构型的理论和方法,对甘肃民勤不同类型防护林中樟子松的分枝构型特征进行研究。结果表明：①不同类型防护林中的樟子松分枝格局有较大的差异,主要表现在分枝长度、分枝率等变化明显;②不同类型防护林中樟子松在不同部位处的分枝格局也存在一定的差异性,劣势类型Ⅰ的中下部枝条占优势,优势类型Ⅱ、中间类型Ⅲ以中上部枝条占优势,而劣势类型Ⅰ的基部分枝角度大于其他两种类型的;③优势类型防护林中樟子松在距地面不同高度处的分枝长度、分枝角度随高度呈规律性变化,在不同高度处的枝系构型指标以中上部占优势,基部较弱;④通过分枝构型特征研究认为在干旱区营造樟子松防护林以杨树和樟子松株间混交效果较好,杨树与樟子松行间混交效果较差,樟子松纯林居中。     

甘蒙柽柳幼苗生长动态及其对沙漠腹地生境条件的适应策略

沙漠腹地水是限制植物生长发育的主要因子。而植物改变其根系的生长速度,利用深层土壤水是抗旱的重要机制。试验中采用一次性灌溉的方法探讨防护林主要物种之一甘蒙柽柳(Tamarix austrom ongolica)幼苗在土壤水分逐渐旱化条件下的生长发育状况。分别在五月,七月,九月和十月采用水冲法和壕沟法将幼苗根系全部冲出,并测量各项生长指标。结果显示在逐渐旱化的生境中,柽柳幼苗生长在时间和空间上表现出不同的适应特征。柽柳幼苗垂直根和水平根的最大生长速率出现时间均早于地上株高和冠幅的最大生长速率所出现的时间。垂直根的生长速率分别为:1.178,0.150,0.089和0.133 cm/d;株高的生长速率分别为:0.127,0.107,0.070和0.053 cm/d。说明柽柳幼苗根系在空间上具有生长速度的优势。整个生长季中幼苗地上、地下生物指标的生长速率在垂直方向呈现"逐渐递减"趋势,水平方向则呈现出此消彼长相互交替的生长趋势,同时柽柳幼苗根冠比在不同时期分别为:0.602,0.589,0.636和0.634 cm/d。这些特性是柽柳幼苗适应逐渐旱化生境生长策略选择的综合表现。     

高寒沙地乌柳(Salix cheilophila)林根系分布特征

对青海共和高寒沙地植被恢复区不同林龄(6年、11年、16年和21年)乌柳(Salix cheilophila)人工防护林根系分布及根量进行了调查、测定,同时测定了土壤有机质含量的垂向变化。结果表明:①不同林龄乌柳林根系主要由中根和细根构成,其数目占土壤剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于2.0mm细根所占比例最高,细根占剖面根系总数的50%以上;②各林龄乌柳根系在0~50cm土层分布较为集中,在30cm以下土层,根量随深度的增加逐渐减少,6年生乌柳林根系垂直分布在0~130cm,20年生乌柳可达200cm,随植被恢复时间的增长,各林龄根量显著增加(p0.05);③各林龄乌柳林有明显发达的垂直主根,属典型的垂直状根系,随植株不断生长,根系表现出深根性;④以不同深度根系重量作为解释变量,以土壤有机质含量作为响应变量,回归结果显示不同林龄乌柳林根系重量显著影响土壤有机质含量(p0.001),这也为评价沙地植被改良土壤功能提供了依据。     

塔克拉玛干沙漠腹地几种植物根系分形特征

在塔克拉玛干沙漠腹地采用全根挖掘法挖掘河西菊(Hexinia polydichowma(Ostenf.)H.L.Yang)、沙拐枣(Calligonuin roborovskii A.Los.)、罗布麻(Apocynum venetum L.)、阿克苏牛皮消(Cynanchum amplexicaule Hemsl)根系.运用分形理论对其分形特征进行研究,分析根系分支状况以及根系分形特征与拓扑特征之间的关系.研究发现:(1)在塔克拉玛干沙漠腹地,四种植物根系具有很好的分形特征,分形维数大小与拓扑参数连接总数、外部连接数之间具有较好的相关关系.(2)根丰度是描述根系在土层中扩展能力的有效指标,与根系长度、平均连接长度之间具有很好的指数关系分别可以用以下方程表示:y1=2.7 694e1.5496x,y2=0.0369e2.0 267x(其中y1、y2分别为总根长、平均连接长度,R2分别为:0.9 353、0.9 832),根丰度直接反映了根系空间占有能力与营养物质的吸收效率.通过对塔克拉玛干沙漠腹地四种植物根系分支状况与分形特征的研究表明.分形理论可以很好的反映根系空间占有能力与资源吸收效率,所以说分形理论是对根系几何、功能特征进行定量化研究的有效方法.     

极端干旱区多枝柽柳茎水势变化影响因子分析

以新疆塔里木河下游极端干旱环境下天然植物多枝柽柳为研究对象,基于对气象因子、土壤水盐和多枝柽柳茎水势特性的实地监测资料,研究了影响多枝柽柳茎水势变化的主导环境因子,揭示了反映多枝柽柳生长发育期茎干水分变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明:①在众多环境因子中,土壤水分对多枝柽柳茎水势变化影响最强烈,多枝柽柳对土壤水分的吸收不存在最低土壤含水率阈值,但36%的土壤含水率为影响多枝柽柳茎水势变化的临界上限,超过36%则对其没有明显影响。②土壤pH值的变化可反映极端干旱区多枝柽柳茎水势特性的变化;7.95±0.03的土壤pH值为反映多枝柽柳茎水势发生变化的临界阈值,当土壤pH值大于7.95±0.03时利于多枝柽柳有效分泌盐碱,维持正常生长。该研究为减轻多枝柽柳受旱程度、维持多枝柽柳正常生长及时补充水分提供理论依据。     

干旱胁迫下钠复合肥对霸王(Zygophyllum xanthoxylum)根系生长的促进作用

霸王(Zygophyllum xanthoxylum)是荒漠区广为分布的一种多浆旱生植物。采用盆栽育苗的方法,初步评价了干旱胁迫下Na+对霸王根系生长的贡献,探讨了一种新型钠复合肥对霸王根系形态、生理学指标的影响。结果显示,钠复合肥能显著促进霸王根系的生长并提高其抗旱性:(1)正常浇水时,钠复合肥对霸王的促进作用主要体现在株高的增加和侧根的增长上,根系活力显著增强;(2)自然干旱15d后,钠复合肥使得霸王根系活跃吸收面积显著提高24%,促进主根的加粗和伸长以吸收更多的水分和矿质养分;(3)干旱胁迫下,钠复合肥处理使霸王根部Na+浓度保持较高水平,K+浓度下降42%。因此认为,干旱前钠复合肥显著促进了霸王侧根的生长和根系活力的提高,干旱后钠复合肥通过促进根系活跃吸收面积的扩大和主根的生长以提高霸王的抗旱性,其主要原因是根和叶中积累了较多的Na+、而非K+。     

多枝柽柳幼苗根际微生物数量与分布对土壤水分变化的响应

 在塔里木河下游生态与植被恢复监测实验站,对不同灌溉量 (高灌、中灌、低灌) 下多枝柽柳(Tamarix ramosissima)幼苗根际微生物数量进行了研究,并分析了多枝柽柳幼苗根际微生物数量与土壤因子的关系。结果表明,多枝柽柳幼苗根际细菌、放线菌的数量随着灌溉量的增加呈先增加后减少的变化趋势;根际真菌的数量随着灌溉量的增加而逐渐减少;除高灌溉量下根际放线菌数量的季节变化无显著性差异外,3种灌溉量下多枝柽柳幼苗根际细菌、放线菌、真菌数量在不同季节之间均存在着显著的差异;3种灌溉量下多枝柽柳幼苗根际微生物的数量与pH值和全盐均呈负相关性,与全P有显著的正相关性;低灌溉量下柽柳幼苗根际细菌的数量与全P、有效P呈极显著的正相关,与有机质、全N呈显著的正相关。     

胡杨(Populus euphratica)枝叶根化学计量特征

研究植物各器官营养元素含量及变化,对于揭示植物对营养元素的需要、不同器官营养的分配以及植物对环境的适应能力具有重要的意义。以新疆轮台县轮南镇5个林龄胡杨林(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林)为对象,分析枝、叶及根的C、N、P含量及化学计量特征。结果表明:(1)不同器官间C、N含量差异显著,C含量枝(464.70g·kg~(-1))叶(443.35g·kg~(-1))根(420.31g·kg~(-1));N含量叶(13.56g·kg~(-1))枝(4.00g·kg~(-1))根(3.49g·kg~(-1));器官间P含量差异不显著,根(3.04g·kg~(-1))叶(2.84g·kg~(-1))枝(2.34g·kg~(-1))。林龄对胡杨叶的C含量有显著影响(P0.05)。(2)不同器官化学计量差异显著,C∶N比表现为根(123.67)枝(117.86)叶(33.28),C∶P比表现为枝(227.14)叶(178.49)根(154.23),N∶P比表现为叶(5.29)枝(1.90)根(1.29);林龄对枝的C∶P和N∶P影响显著(P0.05),而对其他器官的化学计量特征影响不显著。(3)胡杨叶的N∶P比为5.29,远远小于阀值(14),说明该地区胡杨生长发育过程中严重受全N影响。     

半干旱区沙地沙蒿生物量及根系分布特征研究

沙蒿是中国西北半干旱地区主要的固沙植物,其根系分布影响包气带水分运移过程,准确的植被特征和根系密度分布对根系吸水模型的建立十分重要。采用整体挖掘法获取不同层位的根系和根际土壤含水量,引入冠级和龄级的概念对沙蒿根系分布特征进行研究。分析结果表明：沙蒿种群以低龄级沙蒿占优,其根系生物量随龄级呈'S’型增长;根系长度分布和均一化根系密度分布均符合对数正态分布,最大值出现在浅层土壤20 cm处;沙蒿生长不依赖于地下水,其根系主要利用包气带中的水分,持续干旱条件下,为满足蒸腾作用根系出现两种调节方式：（1）横向生长增加根系量,利用横向土壤剖面的水分。（2）浅层根区由于水分胁迫造成的吸水量减少由深部相对湿润的根区补偿。因此沙蒿根系吸水模型中的根系密度分布函数应为对数正态分布,且吸水过程不仅依赖于根系密度分布,同时受土壤水分的影响。     

多枝柽柳与梭梭光合器官形态解剖结构的生态适应性

多枝柽柳与梭梭是准噶尔盆地南缘荒漠的建群植物。对克拉玛依市农业综合开发区外围荒漠4种不同生境下多枝柽柳与梭梭光合器官的形态解剖特征进行比较,结果表明,多枝柽柳主要依靠其系统演化性状,角质层厚度、栅栏组织厚度及叶表皮细胞厚度等生态适应性状以及特殊适应性结构适应荒漠环境;梭梭主要依靠其系统演化性状和特殊适应性结构实现对荒漠的适应。对比多枝柽柳与梭梭光合器官的可塑性发现,多枝柽柳与梭梭对适宜生境水、盐的要求不同,梭梭较多枝柽柳具有更宽的生态幅和更好的耐受性。多枝柽柳适宜生境土壤含水量范围为3.55%~9.4%,土壤电导率为948.47~1 759.64 μs·cm-1;梭梭适宜生境土壤含水量范围为0~3.93%、8.02%~9.4%,土壤电导率为657.48~4 380.0 μs·cm-1。     

共和盆地中间锦鸡儿人工林根系的分布特征

采用剖面法对青海共和盆地中间锦鸡儿（Caragana intermedia）人工林的根系进行调查,分析5 a、9 a和25 a根系的生物量、比根长和根长密度的垂直分布格局,同时测定土壤含水量的垂直变化。结果表明:①不同林龄中间锦鸡儿人工林的吸收根（d≤1 mm）和输导根（d>1 mm）的主要分布范围不同。5 a、9 a和25 a吸收根主要分布土层分别是10～30、10～50 cm和10～60 cm,输导根主要分布土层分别是10～50、10～60 cm和10～90 cm。②随着林龄的增加,根系的吸收根、输导根的总生物量、总比根长和总根长密度均显著增加（P<0.05）;各林龄根系中的吸收根比输导根具有更高的比根长和根长密度（P<0.05）。因此,吸收水分和养分的能力随着林龄增加而增大。③中间锦鸡儿人工林根系,尤其是吸收根的分布影响土壤水分变化,吸收根集中分布土层的土壤含水量显著降低。     

毛乌素沙地臭柏根系分布及根量

毛乌素沙地臭柏(Sabina vulgaris)灌丛根量、根系直径和分布特征的研究结果表明,臭柏根系分布深度可达2.0 m,水平延伸幅度达灌丛边缘以外1.0 m左右处;其根量主要集中在0~60 cm的土层内,占根系总量的60%~70%,呈倒金字塔型分布。根系直径以< 3 mm的细根居多,占剖面总根量的72%左右,集中分布在0~30cm的土层中。> 7 mm的粗根数量很少,占总根数的0%~5%。臭柏根量和直径分布特征依立地条件及土层深度的不同而异。     

非结构糖在柠条(Caragana korshinskii K.)再生生长和持续生存中的作用

 柠条在地上组织破坏后从根颈处萌蘖出大量的一年生枝，根系储存的碳水化合物将供应地上生长。但连续刈割后根系储存物质如何变化，储存物质在柠条生长和维持存活中的作用仍须研究。本文在不同时间段内对柠条新萌蘖枝进行连续去除（处理1：对照，3月28日刈割1次后不再处理；处理2：从萌芽到6月9日，每3 d去除一次新萌发枝；处理3：从萌芽到6月24日，每3 d去除一次新萌发枝；处理4：从萌芽到7月15，每3 d去除一次新萌发枝）。结果表明：处理3和4在7月非结构糖含量显著高于处理1和2，说明处理1和2将根系储存的非结构糖用于地上生物量的恢复。连续刈割处理（处理3和4）导致柠条根系非结构糖含量持续下降，这主要是由根系呼吸作用引起。秋末对当年生枝统计结果表明，各处理之间当年生枝数/刈割枝在各处理间差异不显著，说明柠条对外界的破坏具有极强的忍耐能力。     

准噶尔盆地南缘柽柳属植物种群及群落分布格局的分形特征

应用分形理论中的计盒维数,分别研究了准噶尔盆地南缘天然生长的柽柳属植物种群及群落的分布格局.结果表明,准噶尔盆地南缘不同类型柽柳种群与所有柽柳属植物种群构成的群落的分布格局,均具有明显的分形特征.以该研究区植物群落主要优势种多枝柽柳、刚毛柽柳、长穗柽柳和所有柽柳属植物群落为研究对象,分析了其计盒维数,它们的计盒维数分别为1.196、0.850、0.953和1.821;其值域为0多枝柽柳种群(1.196)>长穗柽柳种群(0.953)>刚毛柽柳种群(0.850).     

狼毒根系的向水性及其对河流侵蚀的响应

探索狼毒根系的行为动态,以期控制其扩散、为草地恢复和管理提供参考。结果显示,近岸与远岸根长、根生物量比率与两端的水分差值的相关关系显著(p=0.05),显示了狼毒根系分布状况受河岸土壤水分含量的控制。狼毒根系向水性是其对土壤干旱的一种适应,它促使植物将有限的同化物分配到可吸收的水量最多的地方。分析坡面过程以及沉积作用对狼毒根系分布的影响,认为在变化的地理过程扰动下,粗粒岩屑比细沙沉积物更为稳定,其次大粒径石块能够固持更多的水分,而小直径土壤结构土壤水分蒸发得更快,因而在大直径土壤结构样点分布更多狼毒根系。狼毒根系受上坡向侵蚀堆积作用,石块碎屑不断的掩埋狼毒的根和茎秆,使得植物逐渐偏离原中心,被拉伸至下坡向,形成了非对称分布。但是随着坡度的放缓,非对称分布效应逐渐消失。