荒漠凝结水的吸收机制及生态作用

As one of the important water sources in maintaining the stability of the desert ecosystem in arid areas, condensate water has a significant correlation with water balance, and its effect on vegetation is considered a focus in previous studies. The lake contained in deserts may play a significant role in promoting the amount of condensate water, and improving the stability of desert ecosystem. However, up to now, the above positive relationships among lake area, the amount of condensate water and community stability still remain unclear. In this proposal, the effects of lake on condensate water will be investigated by WRF model and field observation in Ebinur Lake Wetland Nature Reserve. Then, in order to reveal the utilization of condensate water in plant leaves is a common water use strategy in arid desert, the proportion of condensate water in plant moisture will be calculated by isotopic tracing, and the absorption and transportation mechanism of condensate water will be tested by anatomy. In addition, the simulated control experiments will be employed to examine the relationships among condensate water, community characteristics and stability. This proposal aims to understand the mechanism of water utilization in the arid desert region, and to improve our ecological understanding of the management of water conveyance project, thus, providing potential recommendations to conserve the vegetation, river and lake in Xinjiang.

凝结水作为维系干旱区主要食物链的水分来源之一，在干旱区水分平衡研究中意义重大，其对荒漠植被的重要性一直是研究的热点问题。干旱荒漠内含湖泊可能提升凝结水的沉降量，进一步提高荒漠系统的稳定性，但至今研究相对不足。本项目选择艾比湖荒漠为研究区，首先，利用WRF模式模拟和野外观测结合的方法，探索湖泊对荒漠凝结水沉降量的影响；其次，通过同位素示踪和室内解剖实验，估算凝结水占植物体内总水量比例、阐述植物冠层凝结水的运输途径和吸收机理、证明利用冠层凝结水可能是荒漠植物一种普遍的水分利用策略；最后，通过群落调查和控制实验，阐明凝结水对荒漠群落特征和群落稳定性产生的影响。本项目旨在深化理解荒漠系统特殊的水分利用机制。项目研究对于干旱荒漠区的河流和湖泊保护、荒漠内合理水库面积的规划和建设、艾比湖荒漠区的植被建设、艾比湖生态供水工程的实施与管理均具有重要的指导意义。

凝结水作为干旱区非常重要的水资源在植物水分平衡研究中扮演着重要的角色，然而当前干旱区荒漠植被对凝结水的吸收、运移和分配机制及生态作用尚未明确。本课题以新疆艾比湖湿地国家自然保护区为研究区，来探讨荒漠凝结水的吸收机制及生态作用，研究结果如下：.（1）湖水可以影响凝结水的形成量，离湖越近，凝结量越高；中深根系植物广泛利用地下水并将地下水作为第一水源，对凝结水的利用率较低，而浅根系植物主要利用表层土壤水及凝结水，且对凝结水的利用率最高。.（2）四个样地间土壤凝结水及冠层凝结水总体表现为与空气相对湿度呈显著性相关或者极显著相关关系，与大气温度整体上呈现正相关关系。样地1凝结水量充足，土壤及环境因子较适合植物生存，群落的多样性和丰富度较高，其稳定性较高。而样地4为沙地，仅有少量旱生植物在此生存，稳定性最低。.（3）基于野外原位实验发现：在相对高湿的夜间，梭梭同化枝能够主动吸收冠层凝结水并将冠层凝结水向下转移至二级枝条。而18O同位素在胡杨和梭梭的光合器官、二级枝条和茎木质部均表现出明显的富集，说明胡杨和梭梭的光合器官均具有吸收冠层凝结水并将水分转运至茎木质部的能力。.（4）解剖结构上发现胡杨和梭梭光合器官表面的微形态结构及内部的亲水性化合物是其能吸收冠层凝结水的物质基础。.（5）胡杨和梭梭光合器官中调控质膜和液泡膜中水通道蛋白(AQPs)表达的PIP2-1-like和TIP3-1-like基因在模拟冠层凝结水条件下具有相对较高的相对表达水平，是其吸收冠层凝结水的分子机制。.（6）以梭梭、沙拐枣和对节刺为例通过稳定18O同位素示踪水的结果显示：三种植物对凝结水的吸收是自上而下的，即同化枝(叶片)吸收凝结水以后会向二级枝条(枝条)，甚至是根部去运输。三种不同生活型植物各器官部位都参与到了水分的吸收过程中。.（7）三种植物的生理活动主要通过气孔进行限制，当太阳辐射增强，满足光合作用时，光合作用开始，气孔张开，同时植物通过调节气孔影响蒸腾作用，调节植物体内水势。