荒漠河岸植物水分利用格局与种间关系研究

In arid region, plant itself can form an integral water adaptation mechanism to drought environment during the long-term evolution. It is an important theoretical basis for the rapid restoration of degraded ecosystems to reveal the water sources and water use patterns of desert riparian plants in arid region. Taking the lower reaches of Tarim River with an extremely dry climate environment as the target area, using the stable isotopic technique combined with monitoring and investigating plant water physiology charactierics, soil moisture charactierics and plant population distribution pattern, the project aims to reveal the water adaptation mechanism and water use stratiges of desert riparian plants to offer the scientific supports for the vegetation protection, ecological restoration and water resouces management of the lower reaches of Tarim River through the research in the following five aspects: (1) illustrate the water sources of desert riparian plants and their temporal-spatial characteristics; (2) quantify the contribution of potential water souces to desert riparian plants; (3) find out the similarities and differences of selective water use between arbores, bushes and grasses, of dominant species in desert riparian forest ecosystem, and also that in different growth phases; (4) analyze the water use relationship between plant species and the response of water use to the changing environmental water conditions, e.g., groundwater, precipitation and runoff; (5) discuss the environmental water conditions that alter the selective water use of plants and the water use relationship between plant species.

为了适应干旱环境，植物自身在长期的进化过程中会形成一套完备的水分适应机制，揭示干旱区植物的水分来源和水分利用格局是加速干旱区退化生态系统植被恢复的重要理论基础。本项目以极端干旱区塔里木河下游为研究靶区，以稳定同位素技术为主要手段，并结合对植物水分生理、土壤水分和种群分布等特征的监测和调查，阐明荒漠河岸林植物的水分来源及其时空变化特征，量化各潜在水源对荒漠河岸林植物的贡献，比较荒漠河岸林生态系统乔、灌、草不同层次优势植物水分选择性利用的差异性以及植物在不同生长发育阶段水分利用方式的异同，解析植物种间水分利用关系以及植物水分利用方式对地下水、降水和径流等环境水分条件变化的响应特征，探讨改变植物水分选择性利用和植物种间水分利用关系的环境水分条件，揭示荒漠河岸林植物水分适应机制和水分利用策略，为塔里木河下游的植被保护、生态恢复和水资源管理提供科学依据。

干旱区植物的水分来源和水分利用格局是加速干旱区退化生态系统植被恢复的重要理论基础。本项目以稳定同位素技术为主要手段，以荒漠河岸林植物为研究对象，通过对不同水分环境下植物，土壤，地下水等氧同位素的测定和植物水分生理，土壤水分等的监测，定量分析了塔里木河下游荒漠河岸乔、灌、草本植物水分来源的年内变化特征，发现在整个生长季荒漠植物水分来源变化不大，且主要利用深层土壤水和地下水；阐明了荒漠河岸林植物胡杨在不同水分条件下和不同生长发育阶段水分选择性利用的差异性，发现在河道边，柽柳与胡杨水分利用模式相一致，主要利用河水，土壤水和地下水的混合水源，而随着地下水埋深的增加至3.8m以上，胡杨和柽柳水分利用方式发生了变化，转向利用更深和稳定的地下水和深层土壤水，同时柽柳要比胡杨更偏于利用地下水；揭示了荒漠河岸乔、灌、草植物间的水分利用关系，发现处于极端干旱区的荒漠河岸植物间存在着明显的水分竞争关系，但是随着埋深的增加，乔灌木间的水分竞争关系变弱；分析了胡杨水分利用与水分传输的关系，发现胡杨幼苗和成熟木不同的水分利用方式可能改变了它们的水分传输策略，胡杨幼苗主要利用不稳定的上层土壤水分，但其却能通过保持较高的水力导度，以确保其水力系统的安全，来满足蒸腾需要，而成熟胡杨虽然可以获取稳定的水源，但是却要下调叶水势，降低水力导度，以牺牲水力安全为代价来维持其较高的碳获取；从水分传输角度探讨了干旱区胡杨的水分利用策略，发现在水分条件较好时胡杨采取“保守”的水分利用策略，而在极端干旱胁迫下采取“冒险”的水分利用策略。本成果不仅将为干旱区植物水分关系的研究提供理论基础，而且可以为干旱区荒漠河岸林的植被保护和生态恢复提供科学依据。