常绿灌木沙地柏对变化环境的反应

毛乌素沙地位于内蒙古鄂尔多斯高原东南部，是一个多层次生态过渡带。沙地柏系柏科(Cupressaceae)圆柏属(Sabina)常绿灌木，是毛乌素沙地中唯一的天然常绿灌木，也是一种具代表性的木本克隆植物。由于沙地柏起源古老、对半干旱沙地的适应性较强，因而吸引了许多中外研究者。本文的目的是初步探讨沙地柏对变化环境的反应。 第2章探讨沙地柏的叶结构与功能随性别、叶型、生长型和生境的变化。（1）沙地柏雌性植株的叶片厚度、失水系数、净光合速率和表观光能利用效率均显著大于雄性植株，而前者的微管束宽度显著小于后者。（2）鳞叶的表皮厚度和水分利用效率显著大于针叶，而针叶的组织密度、失水系数、光合速率、蒸腾速率和Ci/Ca显著大于鳞叶。（3）匍匐茎的最大光合速率、最大表观光能利用效率、光补偿点、暗呼吸速率、表皮细胞长度和微管束大小都显著大于起立茎，而光饱和点、水分利用效率恰好相反。水分饱和亏缺不受生长型的影响。（4）叶片的比叶面积、结构特征、失水系数、气体交换和资源利用效率均受生境类型的显著影响。（5）沙地柏叶结构与功能具有许多普遍性特征，例如，光合曲线为双峰型、具有午休现象，最大光合速率和暗呼吸速率随叶片厚度的增加而降低。 第3章探讨沙地柏根系的分布特征及其对水分资源的共享。（1）地下部分生物量投资、根密度、根面积指数随土壤水分可利用性降低而减小，这种格局有利于减缓沙地柏植株地下部分对水分资源的竞争，从而经济、长时间地利用有限水分资源。（2）根系深度系数、最大根系深度、含50％或90％根系生物量或表面积的根系深度随土壤水分可利用性降低而增大。这些结果指示，沙地柏根系通过增加深度以补偿土壤水分可利用性的降低。（3）根系生物量和表面积分布与土壤现有水分含量的有关性随生境发生变化。（4）根系分布特征既可能记载了植物生境中水分状况的变化，又可在一定程度上为群落动态提供证据。（5）沙地柏根系具有共享水分资源的潜力。 第4章分析沙地柏对养分贫瘠的沙地环境的适应策略。（1）土壤养分并不随土壤水分不可利用性的梯度变化而成梯度变化。（2）叶重比随土壤干旱度增加而增大，地下部分投资比例却相反。（3）N、P、K在叶中分配比随土壤养分含量降低而增大，而在根中的分配恰好相反。（4）N、P利用效率随土壤养分含量减少降低，重吸收效率却相反;K利用效率和重吸收效率、Ca、Mg利用效率均随土壤养分含量降低而增大。（5）沙地柏植株地上部分与地下部分对养分内循环的贡献恰好相反，这指示沙地柏植株对养分内循环的贡献可能存在一种权衡。（6）根系分布对不同养分异质性的影响存在差异，而且对水平和垂直剖面上异质性的影响也不相同。 第5章研究沙地柏种群的繁殖和更新特征。（1）根原基是沙地柏进行营养繁殖的结构基础，它反映营养繁殖能力的潜在大小，受性别、生长型、生境和植株大小级的显著影响;由根原基转化而来的不定根可吸收充足的土壤资源供给萌生分株代谢需要，因此定居分株能够独立维持。（2）雌株的繁殖分配显著大于雄株，但繁殖效率恰好相反;生长型、生境和植株大小级对繁殖分配、繁殖效率和种子产生有明显影响。（3）沙地柏同时具有营养繁殖和有性繁殖，这为种群更新提供了两种方式。由于可供分配的资源有限，两种繁殖方式各有利弊，因此两者间可能存在权衡。（4）根原基数量、繁殖分配、繁殖效率和种子产生随生境变化。这表明未来气候变化对沙地柏种群繁殖特征具有潜在影响。（5）种子质量差、种子萌发率低和幼苗存活率低是制约沙地柏种群有性更新的三个“瓶颈”。（6）沙地柏营养繁殖力强、萌生苗存活率高，这使自然条件下沙地柏种群以无性更新为主。 第6章探讨沙地柏群落的发生和演替。（1）沙地柏系古北极成分，起源古老，天然分布在大陆性干旱、半干旱草原气候带。（2）沙地柏群落的发生方式有两种，即滩地发生和固定沙地发生，但以前者为主。（3）由于毛乌素沙地的干扰频繁，因而沙地柏群落的发展具有多种途径。 第7章探讨切断匍匐茎和除叶干扰对沙地柏生理和生长特征的影响。（1）切断匍匐茎对沙地柏子株存活率的影响不显著，这批示天然压条形成的定居子株能够独立维持。（2）切断匍匐茎对子株气体交换和资源利用效率的影响都不显著，而显著影响其生长和生物量分配特征。（3）除叶干扰通过改变生理指标峰值出现时间从而影响沙地柏生理动态。（4）除叶干扰（尤其是除部分老叶）具有补偿效应，可以促进当年生枝生长和生物量积累。（5）干扰效应受干扰方式、干扰强度和环境因子的共同影响，因此干扰效应多种多样。（6）不同生理、生长指标对模拟干扰的敏感性存在差异。 第8章探讨模拟降雨变化对沙地柏实生苗生理和生长特征的影响。（1）水分变化显著影响沙地柏实生苗的气体交换特征，对所测荧光特征的影响均不显著。这种影响差异指示水分变化主要影响样片的表观性生理特征，而对光系统II的内在本质基本无影响。（2）水分变化显著影响实生苗的水分特征和水分构筑特征。两类特征的变化趋势表明，随施水量增加，沙地柏实生苗的抗旱性和水分利用效率逐渐降低。（3）水分变化显著影响生物量分配，而对形态和生产力指标均无显著影响;根系对水分变化的敏感性高于叶和茎，地下部分生物量投资随水分可利用性提高而增大。