干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 荒漠河岸林植被对环境胁迫的生理响应与适应策略

Arid

	荒漠河岸林植被对环境胁迫的生理响应与适应策略
	陈亚宁; 李卫红; 陈亚鹏; 黄湘; 郝兴明; 庄丽; 王强; 付爱红; 叶朝霞; 杨玉海; 徐长春; 陈永金; 周洪华; 何斌; 周孝明; 朱成钢; 马建新; 马晓东; 赵锐锋; 孙慧兰
完成单位	中国科学院新疆生态与地理研究所
登记(发布)日期	2008
中文摘要	一、成果的简要技术说明塔里木河下游特殊的生态水文机制对荒漠河岸林植物的生理生态响应各方面影响显著。该区域荒漠河岸林植被的生长、退化在极端干旱环境下受到水、热、光、CO2、盐渍等多种环境的限制和多种逆境胁迫,并且,这些逆境胁迫的性质随时间和地点而改变,其相互关联的环境因子对植物的影响不是各因子作用的简单累积,这使得塔里木河下游荒漠植物退化和恢复方面的研究更加复杂。因此,分析荒漠河岸林植物对环境胁迫的生理生态响应,探讨荒漠植被对环境胁迫的适应性策略与抗逆性机理,探讨天然荒漠植被的退化机制与恢复保育的最低需水量问题,不仅有着重要的学术意义,而且有着十分重要的现实意义。本成果由国家基金委重点项目“塔里木河下游浅层地下水变化的生态效应及生态系统健康评价研究”、“塔里木河下游生态安全与生态需水量研究”和面上项目“塔里木河下游水盐胁迫下胡杨光合蒸腾规律研究”、“塔里木河下游荒漠河岸林群落生态过程与水文机制研究”、“塔里木河下游水盐胁迫下的群落建群种水势变化研究”多个项目共同资助的基础上综合提炼完成的。本项研究从干旱荒漠河岸林植被生态机制研究出发,以塔里木河中下游的1:1原型监测断面为基础,分析荒漠植物组织结构、生理、生态特性以及群落生长、退化特征,从不同角度和不同尺度,以不同方法研究讨论荒漠河岸林植物对环境胁迫的生理生态响应,及其适应性策略与抗逆性机理,提出维系荒漠植被生存的合理地下水位、胁迫地下水位和临界地下水位问题,并以此为基础提出维护不同保护目标下的塔里木河下游荒漠生态系统的生态需水量问题,研究成果为塔里木河下游生态输水过程中荒漠河岸林的地表与地下水的联合利用问题提供了理论依据,并为脆弱荒漠生态系统生态保育与恢复提供了科技支撑。二、主要技术指标 (1)研究处于不同干旱环境下荒漠植物生理代谢特征,阐明荒漠植物适应干旱的生理机理,研究影响荒漠植物生理变化的主导因子,揭示荒漠植物所处干旱胁迫的状态。 (2)揭示植物对浅层地下水位变化的生理响应,确定影响荒漠植物群落、物种多样性变化的环境因子,阐明荒漠植物在浅层地下水位变化条件下的生态响应,解析荒漠植物适应干旱胁迫的策略。 (3)确定维护天然植被的合理地下水位、胁迫地下水位和临界地下水位,量化塔里木河下游河流最小生态流量,以及不同保护目标下的生态需水量,以及维系干旱区内陆河流域生态安全的最低需水量。 (4)阐明干旱区荒漠植物适应干旱胁迫的生理机制,提出基于符合荒漠植物生理生态要求的合理的人工加速生态恢复的对策和管护措施。三、创新点本项研究的主要成果与创新有以下几方面： (1)研究提出了胡杨和柽柳遭受水分胁迫的临界水势值。研究分析柽柳和胡杨水势特征,胡杨不同叶形叶水势日、月变化特征,以及胡杨、柽柳水势与环境因子的关系,并结合对胡杨体内脯氨酸含量的分析,提出﹣6.5MPa是判断胡杨生长是否遭受水分胁迫的一个重要水势值,结合对柽柳体内脯氨酸含量的分析,提出﹣7.12MPa是判断柽柳生长是否遭受水分胁迫的一个重要水势值。 (2)揭示了胡杨光合调节作用对干旱胁迫的适应机理。胡杨光合速率在不同地下水埋深环境下的主要限制因素是不同的。随着胁迫的增加胡杨的光合速率并不总是在下降,当干旱胁迫从轻度增加到中度胁迫状态时,胡杨可以维持其光合速率,我们推测在中度干旱胁迫下胡杨很可能通过渗透调节来维持其光合速率,以保证胡杨的正常生长。 (3)探讨了环境胁迫下的植物生理生态响应与适应策略。塔里木河沿岸荒漠植物发展了不同的水盐抗性生理过程以维持一定程度的组织水分状态,使其能够存活于极端缺水的环境中。胡杨、柽柳、罗布麻3种典型荒漠河岸植物具有不同的抗旱避害机制。以应急输水为主要手段的塔里木河下游生态恢复与重建过程中,保持地下水位在﹣1.73m～﹣5.56m,地下水盐含量在36.39mM～ 93.48 mM范围内变化,草本植物罗布麻种群恢复效果最佳;地下水位在﹣6.08 m～﹣6.80 m,地下水盐含量在42.17mM～72.55mM范围内,乔木胡杨对水位变化响应最为明显;地下水位在﹣1.73m～﹣7.05m,地下水盐含量在36.39 mM～93.48 mM范围内,柽柳对环境适应能力很强,它是最适合生存于极端干旱区内陆河沿岸水盐胁迫相伴发生环境中的植物种。 (4)分析了荒漠河岸林植物丛枝菌根真菌侵染特征及其对植物抗旱性的影响。测试了荒漠河岸林的10个科的15种主要植物根系的丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi)侵染状况。研究表明,在干旱、贫瘠的土壤环境下,AM真菌应该是塔里木河下游荒漠河岸林中胡杨、柽柳等能够存留的主要原因之一,也是维护塔里木河荒漠河岸林稳定性的根本原因之一。 (5)采用不同分析方法分析确定了干旱荒漠区植物的合理地下水位。从植被生理生化特征、植被数量特征、灌木生物量空间分布特征、地下水化学变化特征、植物多样性等多角度探讨了植物的生长状况及其所处的干旱胁迫状态,并确定了干旱荒漠区芦苇、柽柳、胡杨等植物的合理地下水位。 (6)塔里木河流域天然植被生态需水量研究。塔里木河上、中、下游现状需要保护的天然生态面积为142×104hm2,现状生态需水量应为31.74×108m3。对下游天然植被月生态需水量采用四种方法进行计算,从各月份来看,植被生长关键期(4～9月)需水量为2.59×108m3,占全年需水量的81％;尤其是在5、6、7这三个月,植被生长的旺盛时期,蒸腾量大,生态需水量多,占全年的47％;其余月份植被蒸腾较小,生态需水量也相对较少。 (7)塔里木河下游断流河道最小生态流量研究。采用三种方法对塔里木河下游断流河道最小生态流量进行计算。湿周法计算得到英苏、阿拉干、依干布及麻三个断面的最小生态流量分别为2.85、3.76、1.76 m3/s,年生态需水量为0.79×108m3;Montana法计算得到日平均流量约为2.7m3/s,假定河流在7月至次年2月(共243天)有常流水,计算得到最小年径流量为0.57×108m3;R2CROSS法计算得到下游断流河道最小生态流量应为2.935m3/s,同样,假定河流在7月至次年2月(共243天)有常流水,计算得到最小年径流量为0.62×108m3。 (8)塔里木河下游适宜生态需水量研究。以保护英苏断面为目标,需放水量约1.87×108m3;以大西海子水库至罗布庄为保护目标,使距河道垂直距离500m范围内的地下水位抬升1m大约需要3年时间,则年平均需水量为3.7×108m3;按照每年输水3.7×108m3,可以最大影响到河道两侧约4000m的范围。本成果出版论文集1部,发表学术论文81篇,其中SCI检索18篇。
中文关键词	荒漠 ; 河岸 ; 环境胁迫 ; 生理响应 ; 植被 ; 适应策略
成果类型	基础理论
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	X171
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001394258
来源机构	中国科学院新疆生态与地理研究所
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242343
推荐引用方式 GB/T 7714	陈亚宁,李卫红,陈亚鹏,等. 荒漠河岸林植被对环境胁迫的生理响应与适应策略[Z]. 基础理论,2008.