内蒙古毛乌素沙地不同生境油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)灌丛地碳动态研究

油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)是内蒙古鄂尔多斯高原特有的半灌木，构成该地区沙地优势植被类型。主要分布在固定、半固定沙丘，同时在流动沙丘也有少量分布。它在当地经济价值、防风固沙环保方面均处于无以取代的地位。在毛乌素沙地沙漠化日益扩大的严峻态势下,研究其群落地上、地下过程对生境变化的响应不仅对维持干旱、半干旱区生态系统稳定的管理措施上有所帮助，而且也有助于了解全球变化背景下物种对环境条件的长期变化适应策略。 为此，本项研究以毛乌素沙地为研究区域，利用异速生长关系确立不同生境油蒿生物量最佳回归方程，并调查、比较了毛乌素沙地固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘三个生境油蒿灌丛地的生物量、土壤和植被的碳储量、生产力和细根周转、土壤微生物生物量碳、氮和土壤呼吸。具体结果如下： 1. 建立并比较了油蒿枝、株两个水平上各部分（不含细根）生物量异速生长关系式，其中枝形态指标（枝直径BD、枝长BL、叶枝长LBL）与油蒿叶、枝、果各部分生物量的异速关系最好;株水平上冠层面积CA与其叶、枝干、果、粗根各部分生物量的回归效果较好。不同生境生物量与其生长变量的异速生长关系存在差异。2004年调查的油蒿灌丛生物量从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘分别是354.8，178.3和30.4 g m-2;各部分（叶、枝干、果、粗根、不同径级细根的)生物量都呈递减趋势。地下根与总生物量比值排序为固定>半固定>流动沙丘。不同生境细根生物量垂直分布存在差异，在固定沙丘根可至100 cm，半固定沙丘达90 cm，而在流动沙丘仅为60 cm，这些结果有助于使了解不同生境中的相同物种如何通过自身形态及其生物量调整来适应生境的差异。 2. 不同生境油蒿灌丛地植被碳储量和土壤碳储量在P < 0.05水平上差异显著，其中固定沙丘植被碳储量和土壤碳储量分别为224.04和7521 g C m-2，半固定沙丘是119.27和3029 g C m-2，流动沙丘是16.83和2300 g C m-2。可见沙区土壤有机碳远大于植被碳量。 3. 利用最大值减最小值方法、标准取样法和内生长土芯法研究了不同生境油蒿灌丛地的地上、粗根生产力和地下细根生产力。发现各生境生产力、细根周转都随着植被盖度增加而增加，地下根生产力与总生产力之比随着植被盖度增加而减少;不同生境油蒿灌丛地生产力在P < 0.05水平上存在显著差异，2005年总生产力范围在18.23-293.82 g m-2 yr-1之间;细根总周转率在0.16-0.54 yr-1之间。 4. 利用异速生产关系确立不同生境不同水平上油蒿叶面积的最佳回归关系式并对不同生境的比叶面积（SLA）进行了比较，其中枝水平上各生境叶面积与枝直径、枝叶长、枝长相关关系在P < 0.001水平上显著;株水平上各生境叶面积与株高、冠层面积相关关系在P < 0.001水平显著;从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘SLA由大变小，这可能与生境养分差异有关。 5. 不同生境油蒿灌丛地土壤微生物碳、氮和土壤呼吸范围分别在117.99-153.99 mg kg-1、1.49-3.31mg kg-1和0.54-1.96 μmol m-2 s-1之间，它们从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘依次下降。

植物适应风沙活动的营养繁殖对策

风沙活动尤其是风蚀和沙埋是沙丘生态系统植物生存和繁衍的主要限制性因子。沙生植物进化了很多适应风沙活动的繁殖方式，但是，迄今为止，沙生植物如何从营养繁殖方面适应风沙活动尤其是如何适应风蚀并不为人们所熟知。作者研究了科尔沁沙地几种典型克隆植物营养繁殖对风沙活动的适应，并重点探讨了它们对风蚀的适应机制。 通过设计模拟试验比较了4种蒿属植物（生长在流动沙丘的乌丹蒿（Artemisia wudanica）、半固定沙丘的差巴嘎蒿（A. halodendron）、固定沙丘的冷蒿（A. frigida）和丘间低地的万年蒿（A. gmelinii））幼苗对沙埋的响应，发现在遭受沙埋时生长在强烈沙埋生境中的植物产生不定根，而生长在轻微沙埋或无沙埋生境中的植物产生不定芽；通过设计模拟试验研究了乌丹蒿和差巴嘎蒿植株在无风蚀和沙埋、风蚀、沙埋、风蚀—沙埋处理下植物的生长状况，发现风蚀—沙埋（风蚀至倒伏后再沙埋）处理产生的总生物量、植株相对高生长速率和不定根生物量均最大；通过设计控制试验、野外监测和调查研究了芦苇对流动沙丘和丘间低地之间的过渡带的侵入过程，发现根茎埋深调节地下根茎水平延伸和地上无性系分株形成这两个过程之间的权衡关系：当根茎埋深 ＝ 0cm，根茎水平延伸微弱，大量无性系分株形成；当根茎埋深 ≤ 45cm时，根茎水平延伸速度与无性系分株数量增加速度之间按对数函数关系负相关；当根茎埋深 ＞ 45cm时，根茎水平延伸较快，难见无性系分株。 本研究表明：（1）植物倾向于借助不定根而不是不定芽来适应沙埋；（2）风蚀 → 植株倒伏 → 沙埋 → 产生大量不定根这一反馈+营养繁殖过程是植物适应风蚀的一种机制；（3）风蚀调节地下根茎的埋深，而根茎的埋深调节根茎水平延伸和无性系分株形成这两个过程之间的关系，进而权衡地下侵入和地上生长的过程。植物通过营养繁殖适应风蚀的机制因生境而异，通过反馈+营养繁殖适应沙丘体上的风蚀，通过风蚀调节根茎埋深适应过渡带的风蚀；植物能通过不同营养繁殖方式适应风蚀，压条型克隆植物在沙埋时从枝条上产生不定根，根状茎型克隆植物在风蚀时促动地下芽库转换为地上无性系分株。 本研究丰富了植物沙生适应性理论，增进了对克隆植物适应策略的理解，对沙丘植被恢复和植物多样性保护具有指导意义。