干旱半干旱區(qū)土壤碳酸鈣積累對(duì)于油蒿表型可塑性的影響及其機(jī)理研究.pdf

1、油蒿（Artemisia ordosica Krasch.）是我國(guó)西北地區(qū)沙地重要的建群種，廣泛分布于庫(kù)布齊沙漠、毛烏素沙地、騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和甘肅河西走廊沙地，在沙漠及沙地的植被恢復(fù)中起著重要的作用。因而，油蒿群落是否穩(wěn)定不但是一個(gè)重要的生產(chǎn)問(wèn)題，而且是一個(gè)重要的學(xué)術(shù)問(wèn)題。南開(kāi)大學(xué)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的前期研究顯示，騰格里沙漠油蒿群落會(huì)被駝絨藜（Ceratoides arborescens）或者冷蒿（Artemisia frigida

2、）群落所替代，并發(fā)現(xiàn)土壤碳酸鈣的積累能夠影響油蒿種群的密度。理論分析表明，如果土壤碳酸鈣能夠影響油蒿種群的密度，那么首先它就應(yīng)該能夠影響油蒿的大小和生物量，即土壤碳酸鈣的積累能夠影響油蒿的表型可塑性，但這需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
　　本研究通過(guò)油蒿盆栽實(shí)驗(yàn)探討了土壤碳酸鈣積累對(duì)油蒿幼苗生長(zhǎng)可塑性的抑制效應(yīng)，分析了油蒿體內(nèi)氮磷比對(duì)其相對(duì)生長(zhǎng)率的影響;通過(guò)野外采樣分析，探討了土壤碳酸鈣積累對(duì)油蒿植株體內(nèi)RNA含量的影響，比較分析了干旱半干旱區(qū)

3、土壤碳酸鈣的含量和油蒿體內(nèi)鈣組分的變化以及不同地理區(qū)域油蒿鈣組分的變化特征，以期綜合分析土壤碳酸鈣的積累對(duì)油蒿表型可塑性的抑制效應(yīng)并試圖闡明其可能的內(nèi)在機(jī)制。通過(guò)研究，本文取得了以下四方面的研究結(jié)果:
　　1.通過(guò)室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)研究了油蒿幼苗對(duì)不同土壤碳酸鈣水平的響應(yīng)，探索了土壤中碳酸鈣的積累對(duì)油蒿幼苗生長(zhǎng)可塑性的抑制。結(jié)果表明，隨著土壤碳酸鈣水平的增加，油蒿幼苗的株高相對(duì)生長(zhǎng)速率、根長(zhǎng)以及根長(zhǎng)相對(duì)生長(zhǎng)速率均顯著降低;油蒿幼苗根系的

4、生長(zhǎng)受到抑制。通過(guò)測(cè)定根系中全氮和全磷的含量，發(fā)現(xiàn)不施加碳酸鈣處理的油蒿幼苗根系中的全氮含量顯著高于施加碳酸鈣的處理，且隨著土壤中碳酸鈣水平的增加，油蒿幼苗根系中全氮和全磷的含量均顯著降低?；貧w分析顯示，油蒿幼苗的根長(zhǎng)相對(duì)生長(zhǎng)率與根系氮磷比呈顯著的對(duì)數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，與根磷含量呈顯著的對(duì)數(shù)正相關(guān)關(guān)系。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，土壤中碳酸鈣的積累能夠抑制油蒿幼苗的表型可塑性，且油蒿體內(nèi)氮磷比的變化是其直接誘因。
　　2.于自然生境中，選取內(nèi)蒙古

5、阿拉善地區(qū)具代表性的油蒿樣地，采集油蒿植株及對(duì)應(yīng)的土壤樣品進(jìn)行室內(nèi)分析，測(cè)定油蒿葉片中RNA的含量及土壤中碳酸鈣的含量。結(jié)果顯示，隨著沙丘固定程度的加大，土壤中碳酸鈣的含量增加;同時(shí)，通過(guò)測(cè)定不同固定程度沙丘上油蒿葉片中的RNA含量，發(fā)現(xiàn)隨著沙丘固定程度的增加，油蒿葉片中RNA的含量逐漸降低?；貧w分析表明，隨著土壤碳酸鈣含量的增加，油蒿葉片中RNA的含量減少。此研究結(jié)果印證了油蒿幼苗盆栽實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。土壤中碳酸鈣含量的增加能夠限制磷的有效

6、性，這也會(huì)影響植物體內(nèi)RNA的含量。基于此原理，土壤碳酸鈣之所以能對(duì)油蒿幼苗的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效應(yīng)是由于土壤中碳酸鈣的積累降低了磷的有效性，從而降低了油蒿幼苗體內(nèi)的RNA的含量，進(jìn)而影響了油蒿幼苗株高和根長(zhǎng)的相對(duì)生長(zhǎng)率，這些過(guò)程最終會(huì)影響到油蒿幼苗的表型可塑性。
　　3.在內(nèi)蒙古杭錦旗、烏審旗與阿拉善左旗以及寧夏鹽池縣和陜西榆林市榆陽(yáng)區(qū)5個(gè)旗（縣、區(qū)）采集油蒿植物樣品，測(cè)定分析了油蒿植株的鈣組分特征。結(jié)果表明，降水量較多的地區(qū)油蒿體內(nèi)

7、水溶性鈣含量較多，降水量較少的地區(qū)油蒿體內(nèi)鹽酸溶性鈣含量較高，降水條件較好的地區(qū)較高含量的水溶性鈣主要存在于油蒿的葉中，而降水條件較差的地區(qū)較高含量的鹽酸溶性鈣主要存在于油蒿的根中。由于土壤碳酸鈣含量的增加會(huì)增強(qiáng)固持土壤水分、降低土壤水分的有效性，使土壤水分條件變差，因而土壤碳酸鈣含量的增加會(huì)限制植物體內(nèi)水溶性鈣的含量，從而影響油蒿的生長(zhǎng)。因而，從另一個(gè)角度講，植物鈣組分的變化是影響油蒿表型可塑性的另一個(gè)間接原因。
　　4.干旱區(qū)

8、阿拉善和半干旱區(qū)榆林油蒿群落土壤碳酸鈣和油蒿鈣組分比較分析表明，阿拉善樣地油蒿主根系分布的0～40 cm內(nèi)，土壤碳酸鈣含量顯著高于榆林樣地;阿拉善樣地衰老油蒿植株體內(nèi)鹽酸溶性鈣含量顯著高于成年油蒿植株，榆林樣地成年油蒿植株鹽酸溶性鈣含量顯著高于衰老油蒿植株，阿拉善樣地較多的鹽酸溶性鈣主要存在于根系中，而榆林樣地較多的鹽酸溶性鈣多存在于油蒿的葉片中，阿拉善樣地油蒿根和莖中鹽酸溶性鈣含量顯著高于榆林樣地。顯微觀察結(jié)果表明，阿拉善樣地油蒿植株