沙坡头地区荒漠植物叶片功能性状和吸水策略

Leaf functional traits embody the plant adaptive strategy for survival and obtaining of maximum carbon harvest, exert an impact on plant basic behavior and function, and can indicate the variations of plant community composition and ecosystem function.Research on leaf functional traits of desert plants is relatively weak, but it is the main base of futher understanding of long-term adaptation mechanism of desert plants to abiotic stresses such as drought, high temperature, wind and sand. Furthermore, in arid regions where water input being characterized by small amount precipitation events and condensation water, the water adsorption traits of plant leaves, in particular, have crucial ecological implications. In this project, the typical desert plant communities at Shapotou area will serve as our research objects. Through field monitoring and indoor experiments, we will study the leave functional traits and water adsorption capacity of all the plant species within each community, and further investigate its relationships with plant photosynthesis, evaporation and water use efficiency. Associating with analysis of environmental factors and the functional type composition of plant communities, the water adsorption strategies and ecological implications of desert plants will also be examined. This study is expected to be helpful for a better understanding of the water use manners and strategies of plants with different functional types within desert ecosystems, and to improve our knowledge of ecological adaption strategies of desert plants and the changes of desert vegetation pattern.

植物叶性状体现了植物为了获得最大化碳收获所采取的生存适应策略，直接影响到植物基本行为和功能，能够指示植物群落组成和生态系统功能的变化。荒漠植物叶片功能性状的研究相对薄弱，但其研究是是深入理解荒漠植物对干旱、高温和风沙等非生物胁迫长期适应机理的重要基础。而且，在水分输入以小量级降水和凝结水为主导的干旱区，植物叶片吸水性状具有尤为重要的生态意义。本项目以沙坡头地区典型荒漠植物群落为研究对象，通过野外监测和室内实验，对各群落中所有植物叶片的功能性状与吸水能力进行研究，并探寻其与植物光合、蒸腾以及水分利用效率间的关系，结合环境因子分析和群落功能型组成探讨荒漠植物的吸水策略及其生态意义。该研究不仅可以加深对荒漠生态系统不同功能型植物利用水资源方式和策略的理解，而且可以增进对荒漠植物生态适应对策和荒漠植被格局变化的认识。

荒漠植物叶片功能性状反映了其适应荒漠极端环境所形成的生存对策。在水分输入以小量级降水和凝结水为主导的干旱区，植物叶片吸水性状具有尤为重要的生态意义。本研究以沙坡头地区沙漠-绿洲过渡带上的7种典型荒漠土壤-植被类型为研究样地，选择各群落中的优势和常见植物种为研究对象，对叶片功能性状、单位面积吸水量和稳定碳同位素比率（d13C）进行测定，比较各指标在植物种、生活型、植物群落三个尺度上的差异，分析它们之间的相关性，并对固沙区3种主要建群种（油蒿、柠条、花棒）随沙地恢复过程的叶片性状、吸水能力和d13C的变化规律进行研究。结果表明：1）沙坡头地区以小叶片植物占绝对优势；不同植物种、不同生活型间在叶片功能性状、吸水能力和d13C值上有显著差异；如，所研究的26个植物种中，禾本科植物具有较高的比叶面积和d13C，非禾本类草本具有较高叶片含水量，表皮较薄的肉质叶具有较强的吸水能力。2）相关性分析结果显示，叶片吸水能力与叶干物质含量、叶片含水量和叶比重相关关系极显著；d13C与比叶面积具有极显著正相关关系。3）不同群落的叶片功能性状、吸水能力和d13C具有显著差异；在人工固沙演替系列上，群落的d13C随沙面固定程度增加而升高。人工固沙植被体系中，3种主要建群种（油蒿、柠条、花棒）随沙面固定程度增加叶片功能性状和吸水能力表现出不同的变化，而d13C均随沙面固定程度增加而升高，这与沙漠恢复过程中土壤水分状况变化趋势相反，说明沙漠恢复过程中土壤水分含量减小，植物和群落的水分利用效率均有所提高。该研究将为进一步研究沙漠-绿洲过渡带植物群落提供基础研究数据，不仅可以加深对荒漠生态系统不同功能型植物利用水资源方式和策略的理解，而且可以增进对荒漠植物生态适应对策和荒漠植被格局变化的认识，并为其保护和恢复提供生态学依据。