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梭梭和骆驼刺对干旱的适应策略差异
植物生态学报
2022, 46 (9):
1064-1076.
DOI: 10.17521/cjpe.2021.0338
该研究目的在于揭示干旱荒漠中2个优势种梭梭(Haloxylon ammodendron)和骆驼刺(Alhagi sparsifolia)是否在适应干旱的策略上存在差异。在新疆艾比湖自然保护区内自然形成的干旱胁迫梯度上, 首先测量梭梭和骆驼刺的3类功能性状(叶、光合和水力性状); 其后分析性状随干旱梯度的变化, 性状在两个物种之间的差别, 两物种应对干旱胁迫时所采用策略的差异性。结果显示: 梭梭和骆驼刺的功能性状在干旱梯度上的变化存在不同。除干物质含量外, 其余10个功能性状在梭梭和骆驼刺间均存在显著差异, 但在干旱梯度与物种的共同作用下, 梭梭与骆驼刺之间性状差异呈现缩小趋势。Pearson相关分析表明, 骆驼刺显著相关的性状仅有10对, 而梭梭有15对。主成分分析可将梭梭11个功能性状分为与植物抗旱能力有关的2个典型性状组合类别, 即干旱胁迫-碳获取组和抗干旱胁迫组。但对骆驼刺, 很难划分出与抗旱有关的性状组合。该研究结果表明, 相较梭梭, 骆驼刺具有更强的耐旱能力, 属于保守型物种, 性状之间联系不显著, 但梭梭的性状之间联系紧密, 它利用各种性状之间的权衡和补偿关系尽可能地减小干旱胁迫。该研究揭示了干旱荒漠中不同生活型植物面对干旱胁迫时的性状间关系和环境适应策略, 丰富了水分生理学和植物生态学的相关理论, 可对荒漠植物的保育和多样性的维持提供一定理论参考。
表2
干旱程度和物种对骆驼刺和梭梭功能性状的协同影响
正文中引用本图/表的段落
本研究选择在新疆艾比湖湿地自然保护区的东大桥管护站附近。样地处在天山北坡的平原地带, 平均海拔约189 m, 土壤pH 7.52-9.29。借鉴Li等(2022)和Zhang等(2018)在艾比湖对干旱梯度的设置方法, 垂直于阿奇克苏河的流向, 在北岸设置3个宽20 m, 长度一直持续至群落类型不再发生变化的调查样带, 样带之间间隔2 km, 每条样带上, 间隔500 m设置1个20 m × 20 m群落调查样方, 共计设置了4组样方, 每组3个重复(图1)。由于群落调查时发现靠近河岸的样地中梭梭和骆驼刺分布数量稀少不足以完成后续的采样和实验。因此, 最终设置3组样方, 共计9个样方(图1)。由于当地降水稀少, 土壤水和地下水主要来源于河水补给, 根据与阿奇克苏河的距离可以天然区分出干旱胁迫程度(马辉英等, 2017)。随离河岸距离增加, 当地地下水埋深从2 m左右逐渐下降到15 m以上, 这使得土壤含水量不断减小, 植物所受干旱胁迫不断增加(杨晓东和吕光辉, 2011; 郄亚栋等, 2018)。同时, 随离河岸距离增加, 水分减少使得土壤盐渍化水平不断提升。样带最远距离取样点的土壤含盐量(28.44 g·kg-1)约为近河岸点(4.60 g·kg-1)的6.18倍。盐渍程度增加进一步加深了植物的干旱胁迫(Zhang et al., 2018; Li et al., 2022)。为了验证此结论, 在2018年6-8月及2019年6-8月, 每月3次在每个样地内采用“S”采样法, 分3点采集0-40 cm土层的土壤后混合, 装入自封袋, 带回实验室后用于测定土壤含水量, 备用划分干旱梯度。虽然梭梭与骆驼刺均为根系较长的植物, 它们最深根的长度远大于40 cm, 但本研究选择0-40 cm土层作为区分干旱的依据主要有3个原因: (1)当地土壤含水量均来源于河水补给的地下水。水分在土壤中从深层至浅层(自下而上)传输, 表层土壤含水量的数值最小, 但由于不同土壤的水分来源相同, 各土层之间的水分含量具有密切联系。用表层含水量可以反馈整个土壤的干旱状况。(2)土壤中可供植物吸收的矿质元素主要分布在土壤表层, 它们需要溶解在水中才能被植物吸收。因此, 表层土壤水分对植物的生命过程更为重要。(3)出于节约采样成本的考虑, 没有取土壤表层至地下水埋深的整个土壤层样品。
双因素方差分析的结果表明, 除比叶面积、黎明前枝叶水势和水分利用效率外, 物种和干旱程度的协同作用对其余所有性状均不存在显著影响。这表明, 干旱程度的变化对种间性状差异有影响, 即: 在干旱与物种的共同作用下, 骆驼刺与梭梭的大部分性状的差异性变小, 它们的性状对环境胁迫(干旱)有趋同现象(表2)。
本文的其它图/表
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