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

1、油蒿（Artemisia ordosica Krasch.）是我國西北地區(qū)沙地重要的建群種，廣泛分布于庫布齊沙漠、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中起著重要的作用。因而，油蒿群落是否穩(wěn)定不但是一個重要的生產(chǎn)問題，而且是一個重要的學術(shù)問題。南開大學生態(tài)學實驗室的前期研究顯示，騰格里沙漠油蒿群落會被駝絨藜（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，但這需要實驗來驗證。
　　本研究通過油蒿盆栽實驗探討了土壤碳酸鈣積累對油蒿幼苗生長可塑性的抑制效應(yīng)，分析了油蒿體內(nèi)氮磷比對其相對生長率的影響;通過野外采樣分析，探討了土壤碳酸鈣積累對油蒿植株體內(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)在機制。通過研究，本文取得了以下四方面的研究結(jié)果:
　　1.通過室內(nèi)盆栽實驗研究了油蒿幼苗對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油蒿幼苗生長可塑性的抑制。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生長速率、根長以及根長相對生長速率均顯著降低;油蒿幼苗根系的

4、生長受到抑制。通過測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。回歸分析顯示，油蒿幼苗的根長相對生長率與根系氮磷比呈顯著的對數(shù)負相關(guān)關(guān)系，與根磷含量呈顯著的對數(shù)正相關(guān)關(guān)系。這一實驗結(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，采集油蒿植株及對應(yīng)的土壤樣品進行室內(nèi)分析，測定油蒿葉片中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，通過測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驗的結(jié)果。土壤中碳酸鈣含量的增加能夠限制磷的有效

6、性，這也會影響植物體內(nèi)RNA的含量?；诖嗽?，土壤碳酸鈣之所以能對油蒿幼苗的生長產(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，進而影響了油蒿幼苗株高和根長的相對生長率，這些過程最終會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區(qū)5個旗（縣、區(qū)）采集油蒿植物樣品，測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增強固持土壤水分、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限制植物體內(nèi)水溶性鈣的含量，從而影響油蒿的生長。因而，從另一個角度講，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