风沙环境下沙拐枣（Calligonum mongolicum）自然更新策略研究

发布时间：2019-04-24 15:51

【摘要】：沙拐枣(Calligonum mongolicum Turcz.)是一种优良的防风固沙先锋种,生长于流动、半流动沙丘,是干旱区沙地植被的重要建群种和人工固沙造林的优选物种,在保障西部生态安全中发挥了极其重要的作用。针对沙拐枣在荒漠区流沙生境上自然更新能力强,而在沙丘固定后自然更新下降的生态现象,本文以干旱荒漠区(民勤西沙窝)不同风沙环境上的沙拐枣为研究对象,较为系统地从种子生产、扩散、种子库、种子萌发、幼苗更新、克隆生长等方面开展其繁殖特性、自然更新策略研究,以期揭示不同生境下沙拐枣自然更新的策略,并解析沙丘固定后人工林自然更新受限原因。主要结果如下:(1)沙拐枣采取多种繁殖策略来适应荒漠区多变的风沙环境。首先,沙拐枣具有一年多次(2~3次)开花结实策略,不同成熟期对果实重量有明显影响,果实单粒重9月8月6月。其次,种子主要靠风力扩散,扩散方向与风沙流活动密切关联;种子具有长距离和短距离扩散两种策略,为其开辟新的定居生境和形成土壤种子库创造了可能;种子寿命较长,可形成持久土壤种子库,当年生和保存3年的种子活力均高于90%,且出苗率差异不显著。最后,种子萌发率较低(最高45%),首次出苗时间约14d,部分春季未萌发的种子可推迟至秋季出苗,沙拐枣采取谨慎型和两头下注型的萌发策略来应对荒漠环境的不确定性;种子萌发和出苗对干旱、盐胁迫耐性较强,模拟干旱(PEG-6000最高浓度20.3%)和盐胁迫(NaCl最高浓度0.8%)对其出苗率影响不大。(2)不同流沙环境下沙拐枣种群自然更新策略明显不同。首先,风蚀区全部以克隆繁殖更新,沙埋区以克隆繁殖为主兼有种子更新,而丘间地仅以种子更新;风蚀区和沙埋区每年仅开花结实2次,而丘间地每年开花结实3次。其次,沙埋区种子雨季节动态变化曲线呈单峰,风蚀区变化平缓,而丘间地呈双峰;在0-10cm土层中,风蚀区土壤浅层种子库密度远低于深层,而沙埋区都较高,丘间地土壤浅层远高于深层;2-5cm土壤层种子库密度与样地内当年生实生苗幼苗密度显著正相关。再者,沙埋区幼苗出土率在6月和8月都较高(分别为2300和1300株/ha),而风蚀区分别仅为2株和75株/ha且无法存活;当年生幼苗高度、幼苗基茎、幼苗的比叶重在三种风沙环境下无显著差异,幼苗通过增加同化枝的节数和长度以及具有较高的持水力来抵抗流沙胁迫。最后,克隆苗不仅比实生苗生长迅速,且可通过与生长良好沙埋子株的连接,使严重风蚀胁迫下的子株能够存活、生长并完成整个生活史,对风蚀环境表现出了较强的适应性。(3)沙丘固定后人工沙拐枣种群自然更新策略发生了显著变化。人工造林形成了固定沙丘后,沙拐枣不仅无克隆更新,而且种子更新的实生苗密度仅67株/ha,显著低于流沙区的310株/ha。沙丘固定后地表风沙流活动降低、土壤紧实度增加限制了沙拐枣水平根的发育,使得固定沙丘无克隆繁殖。固定沙丘的土壤种子库密度和分布模式与流沙区无差异,说明土壤种子库不是其自然更新的限制因素;但沙丘固定后土壤紧实度的增加导致了很低的幼苗出土率和幼苗存活率。因此,土壤物理属性的改变是导致沙丘固定后沙拐枣更新策略变化的主要原因。综上,沙拐枣在自然更新过程中采取一年多次开花结实、长距离种子扩散模式、形成持久土壤种子库、以及两头下注的萌发策略,并借助克隆性去适应荒漠区恶劣多变的环境,不同风沙环境对沙拐枣自然更新过程有重要的影响。该研究不仅系统地揭示了固沙先锋植物沙拐枣的自然更新策略,而且对荒漠区沙拐枣人工林的科学管理具有重要指导意义。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q948.1

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