流动沙丘先锋植物沙米的生态防护作用

使用野外风速廓线仪与阶梯式集沙仪,对流动沙丘先锋植物沙米及其群落的生态防护作用进行了野外实地观测研究。研究结果表明,沙米植株成塔状,基部分枝,株高变异性、可塑性大,与其他形态指标呈显著正相关,通过测定株高可掌握其基本形态特征。立枯沙米单株可降低风速90%以上,并能阻挡风沙流形成沙舌,沙舌积沙量、高度、长度与沙米体积、高度和冠幅呈显著相关。沙米群落粗糙度达到6.325 cm,是裸露流沙区的2635倍。在裸露流沙区200 cm高度风速为6.2 m/s时,裸露流沙区输沙量达到86.34 g/cm.h,而沙米群落中无风沙流发生;风速为9.5 m/s时,裸露流沙区输沙量也达到沙米群落的574倍。研究认为,在短期(2~3年)和局部空间范围(流动沙丘坡脚与两翼以及裸沙斑块),立枯沙米及其群落具有较明显的防风固沙作用;发达的生殖生长、侧枝系统和侧根系统,枯死后可保留2~3个生长季,是沙米发挥防风固沙作用的关键所在。     

流动沙丘先锋植物沙米种子萌发影响因素

种子萌发是沙米种子的唯一繁殖方式,以流动沙丘先锋植物沙米种子为试验材料,研究了光照、GA3、Na Cl、PEG对沙米种子萌发的影响。研究表明,沙米种子在黑暗条件下的萌发高于光照条件下的萌发;GA3处理对沙米种子的萌发具有促进作用,其中以0.1%、0.15%浓度GA3处理的萌发率高达99.6%,而且不同浓度处理间达到极显著差异;随着盐胁迫加剧,沙米种子萌发率降低,以50%的Na Cl溶液处理下的种子萌发最高;随着PEG渗透势的下降,沙米种子的萌发得到不同程度的抑制,PEG渗透势越低,抑制作用越明显,在渗透势阈值为-0.0676 MPa时,种子萌发较高。研究表明,沙米种子萌发受到自身因素和外部的生态环境等因素的影响,沙米种子喜于黑暗条件下萌发,属于一种厌光型种子,GA3对沙米种子的萌发具有显著促进作用,盐胁迫和干旱胁迫对沙米种子的萌发具有不同程度的抑制作用。该研究结论为揭示沙米的生态适应机制以及沙米人工栽培提供了理论依据和技术支撑。     

不同处理方式对流动沙丘先锋植物沙米种子萌发的影响

为解决种子自然萌发率低的问题,以不同生态区域沙米种子为实验材料,研究GA3处理、双氧水处理、乙烯利处理、紫外线照射处理、冷冻处理对沙米种子萌发的影响。研究结果表明:5种处理方式对沙米种子萌发均具有不同程度的促进作用。其中,GA3(2000 mg/L)和乙烯利(400~600μmol/L)的处理条件下4个生态区域沙米种子发芽率均高达100%;随紫外线照射时间的延长,种子萌发率先升高后降低,在紫外线照射24 h下发芽率最高;-20℃冷冻处理下沙米种子发芽率最高,奈曼旗(96.7%)沙坡头(95.6%)民勤(21.11%)敦煌(17.78%)。     

沙米生长特性调查

通过对沙米生长特性、种群动态及其对水分的影响等方面系统的调查，探讨流动沙丘上若留有片状枯萎的沙米，（翌年）沙米植株之间就不再生长新生沙米的可能原因。同时，利用先锋植物的这种生态适应机制，探讨了沙漠地区短命植物适应干旱环境的生长特性。     

三种一年生藜科沙生植物出苗对沙埋深度和水分条件的响应

 通过盆栽控制试验,研究了沙米、大果虫实和长穗虫实３种一年生沙生植物在４个模拟降水水平（Ａ、Ｂ、Ｃ 和Ｄ）和６种埋深水平（０,１０,２０,３０,４０和５０ｍｍ）的出苗情况。结果表明,３种植物种子均没有休眠现象。沙米和长穗虫实均在１０ｍｍ 埋深处的出苗率最大,而大果虫实在３０ｍｍ 埋深处的出苗率最大,沙米、大果虫实和长穗虫实,各降水处理的平均出苗率分别为５０．６３％,７７．２９％和７５．２１％。在沙土表面的种子,沙米萌发受强烈抑制,而其余２种植物在降水较多的Ａ、Ｂ和Ｄ 处理下萌发较多但成苗较少。这３种植物耐埋深的大小依次为：大果虫实＞沙米＞长穗虫实。降水量越大,其出苗率越高,沙米和大果虫实单次强降水下其种子出苗率大于等量的多次少量降水的积累,但是长穗虫实相反。这表明在干旱半干旱沙地,降水是调节季节性种子出苗最重要的决定因素,种子在沙土中的垂直分布决定了降水后种子萌发的比例并有助于维持土壤种子库。     

库布齐沙漠半固定沙丘上2种草本植物的分布格局

采用空间点格局分析方法,对库布齐沙漠中典型半固定沙丘的沙地旋覆花、沙米2种主要草本植物的分布格局进行研究。结果表明:多年生植物沙地旋覆花在沙丘不同部位的分布数量变异较一年生植物沙米要大;沙丘上2种草本植物的总体分布格局基本上呈现群聚状态,并从沙丘上部到沙丘下部逐渐减弱,2种间相互关系从沙丘上部到沙丘下部基本表现为从相互促进转变为相互竞争的趋势。沙米作为流沙上的先锋植物,在沙丘从流动到固定过程中作用至关重要,建议在人工促进流沙固定的措施中,可以结合其他工程措施(如沙障等)进行人工沙米种子的撒播,以加速植被的恢复。     

沙埋对沙米幼苗生长、存活及光合蒸腾特性的影响

沙米(Agriophyllum squarrosum)是藜科沙蓬属1年生沙生植物,广泛分布于我国各主要沙漠和沙地中。为了解沙埋对沙米生长、存活和光合蒸腾特性影响,2010-2011年在科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下沙米幼苗高度、存活率、光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率的变化,结果表明:沙米具有极强的耐沙埋能力。埋深为株高25%时,沙米幼苗存活率和株高显著增加,埋深为株高50%-100%时,其株高和存活率虽有下降,但与非沙埋对照差异不显著。当沙埋深度超过株高后,其株高和存活率急剧下降,但沙埋达到株高266%时仍然有部分幼苗存活。沙埋第5天,随着沙埋深度的增加,沙米幼苗的光合速率缓慢下降,蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率均呈波动式变化。随着沙埋时间的延长,和对照相比,沙米幼苗的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均随沙埋深度增加而大幅度下降,但水分利用效率仍呈波动式变化。沙埋第15天时其光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率分别较非沙埋对照下降了86.7%、89.0%、90.0%和4.2%。相关分析表明,沙米幼苗的存活率和高生长与其光合速率、蒸腾速率、气孔导度变化呈显著正相关,而其光合速率、蒸腾速率、气孔导度之间也呈显著正相关,但与水分利用效率的相关性未达到显著水平。沙埋胁迫下沙米幼苗存活率下降和生长抑制不仅源于沙埋造成幼苗顶土困难和光合面积减少,光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降也是重要原因。     

种群密度对沙米异速生长的影响

植物各器官之间的异速生长关系决定了植物的生活史对策,进而影响种群内个体之间的共存和生物多样性的维持。传统方法无法区分植物性状对其的响应是环境造成的,还是由于个体大小差异造成的,而异速生长分析能够解决这一问题。为此,本研究利用异速生长分析方法,通过模拟沙米在退化草地恢复过程中不同的种群密度(16,44.4,100和400株/m~2),研究其各器官之间的异速生长关系。结果表明,沙米各器官之间都具有显著的异速生长关系:其中根和地上、根和主茎、叶和根、主茎和地上等器官生物量之间的变化不随种群密度的变化而变化,属于表观可塑性;根和茎、茎和地上、叶和茎等器官生物量之间的异速生长及生物量比值均受种群密度的显著影响,属于真正可塑性,这表明种群密度变化的确影响了沙米的生长变化。研究同时发现,沙米叶和地上生物量之间的异速指数仅在44.4株/m2种群密度下接近于0.75,即叶生物量与个体大小呈3/4次幂关系,符合生态代谢理论,而在其他密度时异速指数与0.75有显著差异(P0.001),表明环境变化可能会导致沙米生长策略发生改变。种群密度对沙米繁殖和其他器官之间的异速生长关系影响不显著,表明在不同种群密度下,沙米仍保持相同的繁殖策略;然而种群密度在沙米生育期对繁殖和其他器官之间的异速常数和个体大小均产生了极显著的影响。因此,在探讨繁殖器官与个体大小的关系时,还需要关注植物生育期的变化,只有生育期相同的时候,才能比较不同研究之间的差异。     

沙米染色体核型分析

采用染色体常规制片法,结合显微摄影技术对沙米(Agriophyllum squarrosum(Linn.)Moq.)染色体进行检测分析。结果表明:沙米为二倍体,体细胞染色体数目为18;核型公式为2n=2×=18=14m+4sm,染色体相对长度组成为10M1+8M2,全组染色体长为24.09μm,核型不对称系数(AS.K%)为58.86%,属于1A型;染色体总体积为85.95μm3。