固沙先锋植物沙米的生物与生理生态学特征

摘要

沙米(Agriophypllum squarrosum Moq)属藜科的一年生草本植物，广泛分布于我国北部及中亚地区，具有适应干旱、耐贫瘠、耐风蚀沙埋、喜沙质土壤的基本特性，是重要的流动沙丘先锋植物，对沙地植被演替起着重要的推动作用。因此，研究沙米的生物学与生态学特性，对认识沙米群落的防风固沙作用以及沙米群落在荒漠植被恢复和群落演替过程具有重要的意义，为荒漠植被恢复与重建提供科学依据。 本论文选择石羊河下游荒漠区的古浪明沙咀和民勤西沙窝为研究区，于2004年—2007年，采用野外与室内试验相结合，定位观测和大范围调查相结合的研究方法，研究了沙米形态结构特征、种子形态和萌发特性、光合生理特征、生长发育特征、种群分布和生长动态和生态防护作用等，主要结论如下： 1.沙米植株成塔状，地面处分枝且分枝数多，第一层侧枝紧贴地面，长度最长，共两对；其株高变异性、可塑性大。冠幅大小、第一层侧枝数、根径、根深、根幅和最大根长随株高增大而增加或增大，并与株高成线性关系，均达到显著正相关；地上生物量、地下生物量和总生物量与株高成二次曲线关系，也达到显著正相关；根冠比、侧根数与株高无显著相关关系。因此，沙米株高与其他形态指标间存在典型正相关关系，通过建立的模式方程，测定沙米株高就可掌握沙米的基本形态特征。 2.沙米生物量中地上生物量占到绝大部分，地上部分生物量中以10～20cm生物总量最大，0～10cm和20～30cm层次之，20cm以上，各层生物量逐渐减少。构件生物量中，根系的生物量最小，主根和侧根均随土层深度快速减少；果实的生物量最大，枝条和叶生物量大小接近，均为基部最大，从基部到顶层逐渐减少。 3.沙米种子扁平，具有较为明显的长径和短径，长径、短径变异程度均接近10％，而且不同生态区域或不同年份间差异达到显著水平。沙米风干种子千粒重介于1.05～1.652g之间，不同生态区域和不同年代间达到极显著差异。沙米风干种子含水率介于7.08～13.67％之间，不同生态区域或不同年代间达到极显著差异， 4.沙米种子自然萌发率不高，一般只有2cm沙层的种子萌发，最深也不超过4cm。在室内，25℃温度的光照条件下，不同生态区域的奈曼、沙坡头和甘肃民勤沙米种子在培养皿中的平均发芽率均不到10％，而在25℃温度的黑暗条件下，沙米萌发率提高几倍，与光照条件发芽率总体达到显著差异，证明沙米种子萌发属于厌光型。另外，沙米种子覆沙、49％硫酸处理或研磨后，其发芽率有明显提高，但是最大不超过50％。 5.在石羊河流域，沙米一般在4月下旬至5月上旬种子开始萌动，发芽出土，到5月中旬至6月初为幼苗期，6月中旬至8月初为分枝期，8月中旬至9月初为开花期，9月中旬至10月初为成熟期，此后植株开始枯黄死亡;具有延迟萌发或整年不萌发的生长习性。 6.沙米光合速率日变化呈双峰曲线，光合速率季节变化峰值出现在7月;TRAN季节变化峰值出现在8月,9月TRAN最低；WUE季节变化峰值出现在6月，9月WUE值最小。沙米Pn受自身特性及其多种环境因子的综合影响，与QpNTM、EAIR、TRAN呈极显著正相关关系相关。 7.沙米在平沙地与流动沙丘的高生长和横向生长特征明显不同，流动沙丘沙米的平均生长量大于平缓沙地。两种立地条件下，净高生长曲线成二次曲线，生长过程可分为三个阶段：初期低速生长期、中期快速生长期和末期缓慢生长期。两种立地条件下，沙米累积高生长曲线均为S型曲线；流动沙丘累积横向生长曲线也为S型曲线，而平缓沙地横向生长曲线更接近对数曲线。 8.沙米种群间存在种间竞争，种群数量变化曲线近似二次曲线，前期种群数量保持稳定，后期随个体体积增大，种群数量不断减少，但总体保持有较高的种群数量。 9.在整个流动沙丘的大尺度上，沙米种群为斑块状分布，多分布于迎风坡脚——迎风坡中部，沙丘顶部和背风坡分布最少，另外在沙丘两翼也有较多分布：在区部小尺度上，沙米也成集群分布。在其他立地类型中，只要存在裸露沙土斑块，一般也有沙米分布，且成集群分布。 10.沙米个体能有效降低风速，各风速下同一位置的风速廓线相似，其中植株体后50cm处的风速廓线成二次曲线；2m处的风速廓线成直线，同裸沙地相似；沙米群落风速廓线成指数函数，10cm高度风速只占到裸露流沙区的4～20％。沙米降低JxL速的同时，还能直接阻挡沙物质，使沙物质在沙米后堆积形成稳定的沙舌，沙舌积沙量同沙米的体积成二次曲线关系；而典型群落粗糙度由纯流沙地的0.0024cm增加到6.325cm，输沙率由纯流沙地的143.58g/cm-10min减少到0.025g/cm·10min，很好地起到了生态防护作用。沙米的生态防护作用是其浓密枝叶对地表的遮盖作用、发达根系对沙面的固定作用以及个体和群落对风速的有效降低作用共同作用的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1沙米属植物

1.2沙米形态特征及地理分布

1.3沙米生物学特性

1.4沙米植物生理学

1.5沙米群落生态学

1.6沙米化学成分

1.7沙米形态解剖

1.8沙米开发利用

1.9研究的目的和意义

1.10选题依据

第二章研究内容与方法

2.1研究区自然概况

2.2研究内容与方法

2.2.1沙米的形态结构

2.2.2沙米的构件生物量

2.2.3沙米的种子特征

2.2.4沙米光合速率pn变化特征

2.2.5沙米水分利用效率(WUE)

2.2.6沙米生长过程及其种群动态

2.2.7沙米种群分布特征及其群落结构

2.2.8沙米的生态防护作用

2.2.9数据分析处理

第三章结果与分析

3.1生物学特征

3.1.1形态结构特征

3.1.2生物量分配

3.1.3种子形态、含水率及其萌发特征

3.1.4物候期

3.1.5生长发育特征

3.2光合生理特征

3.2.1 Pn日变化

3.2.2 TRAN日变化

3.2.3 Pn与WAIR、C1NT影响因子日变化分析

3.2.4 Pn与TRAN季节变化分析

3.2.5光响应曲线

3.2.6水分利用效率WUE

3.2.7 Pn及其影响因子的相关关系及回归分析

3.3生态学特征

3.3.1种群动态

3.3.2沙米种群分布特征

3.4生态防护作用

3.4.1个体对风速的降低作用

3.4.2群落对风速的降低作用

3.4.3个体的阻沙作用

3.4.4群落的阻沙固沙作用

第四章结论与讨论

4.1结论

4.2讨论

参考文献

致谢

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