准噶尔荒漠梭梭植物构型及其对水分的响应与适应研究

荒漠植物构型是植物与环境相互作用、相互适应的最终产物，其与功能的相互作用与互馈关系决定了荒漠植被的发展与演替。梭梭作为准噶尔盆地的建群种和重要的防风固沙植物，具有耐贫瘠、耐干旱、耐风蚀等特性，对维护脆弱荒漠生态系统的稳定性具有重要意义。基于国内外构型研究的理论和方法，以构型可塑性较强的准噶尔荒漠梭梭为研究对象，系统研究梭梭的枝、花等构件特征，分析其灌丛高度、冠幅大小、丛生状、生活型等形态特征，建立较为完善的描述植物构型的指标体系，重点研究融雪和降水驱动下梭梭的生物量、水分以及营养元素在不同构件中的分配规律，对比研究自然生境梭梭和人工种植梭梭构型差异，构建梭梭生长的构型模型，模拟不同水分驱动下梭梭植物构型生长的动态规律，阐明梭梭植物构型生长对水分的响应与适应机制，发展荒漠植物群落生态学理论，为荒漠化治理中植物种的最优选择提供构型方面的理论依据。

基于野外调查和盆栽试验，构建了荒漠植物梭梭(Haloxylon ammodendron)的功能—结构模型，模拟了梭梭个体生长发育过程及其与土壤水分相互作用关系。结果表明该研究方法能够揭示荒漠植物生长发育规律及其对土壤水分的响应特征。主要内容及取得成果如下： . 1) 以古尔班通古特沙漠南缘的天然梭梭、白梭梭(Haloxylon persicum)和人工种植梭梭为研究对象，对比研究了枝系构型、当年生同化枝生长发育规律与其对土壤水分的响应。结果表明人工种植的梭梭对空间资源的利用程度要高于梭梭和白梭梭；对于同样生境中的梭梭和白梭梭，其构型差异更多是由环境条件所塑造出来。梭梭、白梭梭及人工梭梭当年生同化枝生长规律较为一致，与土壤水分关系紧密。 . 2) 结合梭梭生物学特性，基于GreenLab模型原理，以有效积温时间间隔作为标准，划分了梭梭地上部和根系生长发育的结构单元—叶元和根元；构建了梭梭的生物量生产模型和生物量分配模型，并依据异速生长规则完成了梭梭几何形态模型的构建，实现了梭梭完整的个体功能-结构模型的构建。 . 3) 研究了梭梭幼苗主茎、一级分枝、主根和一级侧根的长度和生物量随生长周期的变化规律，并利用野外调查数据和试验数据对梭梭幼苗生长模型进行了参数化，模拟了梭梭幼苗生长发育过程。结果表明构建的梭梭生长的功能-结构模型合理可行，能较好的描述梭梭生长过程中地上部和根系结构和生物量累积的动态变化。 . 4) 基于梭梭幼苗功能-结构模型，以年、日和小时三个时间尺度来描述多年生梭梭生长发育过程，以野外调查数据和文献数据设定参数模拟了5年龄梭梭同化枝和根系长度、生物量的累积以及根系空间分布上随时间的变化，并实现了模拟结果的可视化。 . 5) 基于土壤水动力学原理，模拟了根区土壤水分运动与分布，实现了土壤含水量对根元库强的动态校正、对根元生长方向的校正。利用模拟结果分析了不同降水条件下梭梭根系空间分布、根系吸水与土壤水分动态分布的规律。