科尔沁沙地沙生植物耐沙埋的生理生态学机制

沙埋是我国北方沙区植被遭受风沙危害的主要方式之一。选择、培育和栽种耐沙埋植物是未来我国北方沙区人工植被建设能否取得明显成效和可持续发展的一项关键措施。而要选择、培育耐沙埋植物，首先需要研究掌握植物耐沙埋的生理生态学机制。本项目将以中国科学院奈曼沙漠化研究站为依托，以科尔沁沙地几种优势沙生植物为对象，通过对不同沙埋厚度下其土壤含氧量、透光性、干沙层厚度等环境因子变化的测定，和被埋植物幼苗、成年植株枝条萌蘖芽和根茎萌蘖芽的存活、生长、繁衍特性及外部形态等生物学特征的调查，以及植物解剖结构、细胞生长速率、渗透调节物质和保护酶系统等生理指标的测定，分析其生理生态特征变化与沙埋土壤环境变化的关系，研究其耐沙埋的极限能力及适应沙埋的生理生态学机制，以期为我国半干旱沙区防风固沙植物的引种、培育和树种选择提供科学依据，其研究成果对于揭示我国沙生植物在沙埋环境下的生存机制，促进沙漠科学的发展具有重要意义。

经过3年项目组全体人员共同努力，全面完成了各项研究内容和任务指标，达到了预期目的。主要研究结果包括：主要研究结果包括：1）掌握了沙埋对土壤环境的影响，确定随着沙埋厚度增加，土壤黏粉粒、含水量和硬度增加，土壤沙粒含量、pH、温度和透光率降低，土壤有机碳和氮含量波动式变化，碳氮比下降；2）揭示了所测植物耐沙埋能力，发现非沙生植物耐受沙埋厚度为株高3/4，沙生植物在沙埋厚度超过株高8－10cm时仍有部分存活，显示沙生植物较非沙生植物具有更强的耐沙埋能力；3）确定了沙埋造成植物死亡的直接原因，即沙埋后植物死亡主要是因为叶片无法进行光合作用及顶芽无法冲出沙面所致，而非温度和水分条件改变所致；4）阐明了1/4-3/4沙埋情况下，非沙生植物通过加速高生长降低根茎比加以应对，沙生植物则通过降低株高提高根茎比加以适应的生态对策； 5）发现沙生植物脯氨酸和可溶性糖含量在沙埋达到株高4/4时最高，其它植物则多在1/4株高沙埋时达到最高后下降，提出沙生植物之所以对于沙埋具有较强的适应能力，其主要原因是其渗透调节物质含量对沙埋的反应速度慢调节能力强；6）初步发现不同植物在沙埋胁迫下不同植物保护酶反应不同，其中差蒿、小叶锦鸡儿、玉米和小麦是SOD、POD和CAT活力协同增加，沙米、狗尾草、胡枝子和大果虫实是两种酶活性协同增长，而绿豆只有SOD活性增加；7）受到沙埋胁迫，沙生植物具有较低的丙二醛积累，能够耐受较高的膜透性，而非沙生植物耐受膜透性能力低；8）随着沙埋胁迫的加剧，各种植物净光合速率普遍下降，但随着胁迫时间延长，沙米、差巴嘠蒿和玉米净光合速率有所恢复，大多数植物在受到沙埋胁迫后都通过降低蒸腾速率，提高水分利用效率加以适应；9）分析了单叶蔓荆匍匐茎遭受沙埋后能将较多的生物量用于未沙埋部分向上横向生长和沙埋部位不定根的生长，以快速生长摆脱沙埋影响的生长适应对策；10）正式出版专著1部，发表论文29篇，其中SCI（EI）收录9篇，另外还有6篇文章提交相关杂志送审；培养研究生7名，超额完成了原定发表论文6-8篇，培养研究生3名的任务指标。