让这些植物在沙地开出最美的花

一、研究的最新进展

1. 为研究毛乌素沙地丘间低地主要植物群落在不同土壤环境下土壤酶活性的变化以及土壤酶活性与土壤理化因子之间的关系，对毛乌素沙地丘间低地的 6 类主要植物群落类型的 14 种土壤理化因子和 4 种土壤酶（过氧化氢酶、脲酶、多酚氧化酶、转化酶）活性进行测定，并对不同植物群落之间土壤酶活性的差异以及土壤酶活性与土壤理化因子间的相关性进行了分析。结果表明：寸草苔群落和碱茅群落的过氧化氢酶活性显著高于北沙柳灌丛和芦苇群落；各群落之间脲酶活性不存在显著性差异；碱茅群落和假苇拂子茅群落的多酚氧化酶活性显著高于其他群落；北沙柳灌丛、芦苇群落和寸草苔群落的转化酶活性显著高于尖被灯心草群落。

   
   

   4 个土壤酶活性之间只有转化酶和多酚氧化酶活性呈显著负相关，而其他酶活性之间并不存在显著相关关系。与过氧化氢酶活性显著相关的土壤理化因子有 HCO3-、 Cl-、 K+、 Na+、土壤全磷含量以及 pH；与脲酶活性显著相关的土壤理化因子有pH；与多酚氧化酶活性显著相关的理化因子有 HCO3-、 Ca2+、土壤全氮、全碳、有机碳含量以及 pH；与转化酶活性显著相关的理化因子有土壤容重和土壤有机碳含量。毛乌素沙地丘间低地不同植物群落间表现出了比较明显的土壤理化因子和土壤酶活性的差异，土壤酶活性受到植物群落类型和土壤理化因子的共同影响（朱媛君等，2016，毛乌素沙地丘间低地主要植物群落土壤酶活性）。

   
   

2. 不论是在湿润地区还是在干旱地区，植物日间叶水势的变化均以“单峰型”为主，而日间叶水势呈“双峰型 ”变化的植物种类并不多见。尽管各地区的气候特点不同，植物的生理特征也各具特色，但全天中叶水势最高值一般出现在清晨的 5: 00 至 6: 00，而全天叶水势的最低值出现的时间差异较大，但大多也是集中在 12: 00 至 16: 00 之间。气象因子是影响植物叶水势的重要因素，气象因子的日变化规律与叶水势在全天中“先减小后增大”的变化趋势一致；气温、空气相对湿度和净辐射量与叶水势具有较明显的相关关系。

5月份、 6 月份和 8 月份的净辐射量是导致毛乌素沙地供试 4 种植物叶水势变化的最主要的气象因子，显示毛乌素沙地不同种类植物叶水势的主要影响因素一致。植物叶水势的主要影响因素因地域和物种而异，没有统一规律。植物吸水需要一个水势梯度，叶片是水势最低的部位，因此叶水势越低，整体植物的水势梯度就越大，蒸腾量也越大（尹立河等，2016，毛乌素沙地 4 种植物叶水势变化及其影响因素分析）。

3. 采用性状梯度分析法研究了LA、SLA 和LDMC在流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘上的变化，通过分析各个参数，进一步掌握了功能性状在群落内与群落间的变化。沿着沙丘固定梯度，功能性状的变化不尽相同，群落平均ＬＡ固定沙丘最高， 群落平均SLA 和LDMC表现为在半固定沙丘上最小；不同的生境类型，功能性状特征的组合有较大的不同。随着沙丘的固定，由群落平均LA得到的固定沙丘群落生态位宽度较广，而群落平均SLA的生态位宽度依次减小，针对不同性状的角度得到的生态位宽度差 异，有待结合物种 生态位进一步研究。

各生境3个功能性状的α值范围均大于β，说明物种性状群落内的变化大于群落间的变化，物种性状值与共生植物种性状间变异的关联相比于群落间性状的变异更密切，即生物的相互作用大于环境筛选的影响。LA、SLA 和LDMC在群落内的变异组分α之间没有相关性，表明群落内不同的物种采用不同的性状组合来适应共生环境；LA和LDMC的β组分正相关关系较强，两性状在群落间的依赖性要强于群落内的依赖性（周欣等，2016，科尔沁沙地植物功能性状的尺度变异及关联）。

二、根系研究情况

1. 中国科学院沈阳应用生态研究所

小黄柳、山竹子、白柠条及乌丹蒿四种植物均为五年生植株，于 6、7、8月在各个样地每个物种选取长势相当的三株作为调查对象，从植株基部向外沿 4 个方向设置面积为 1m × 1m 的样方，每 250px 一层，通过挖根法分层对地下根系生长及分布进行调查。获得的根系分别测定其每层根系的长度、直径、重量，并根据输导根和吸收根分类放置。在 6、7、8 月调查根系同时，用剖面法取根系周围的土壤，垂直范围 0 －2500px，每 250px 一层，每层三个重复，烘干法测定土壤含水量。试验初期( 5月份) 对样地的土壤水力学参数( 土壤容重、田间持水量、凋萎湿度、饱和导水率等) 进行了测定。另外，为了考虑降雨对土壤水分的影响，对生长季节降雨量的动态变化进行了测定。

2. 中国农业科学院草原研究所

采用挖掘法在各样地挖取 30 cm ×30 cm ×50 cm 的土体，将植物根系部分按不同土壤层次(每 10 cm 划分 1层) 挖出全部根系，小心除去根系周围的土壤，将全部根系用塑料袋装好带回室内，带回室内对不同土层内根系的根长、根系体积、根长密度等参数进行测定分析。分别称取 10 cm 深度内的根系鲜质量，65 ℃烘箱中烘至恒量后称干质量，计算根系生物量。另外取样剖面总深度为 50 cm，用环刀法取土 ,每 10 cm 取样 1 次，每层重复 3 次，用烘干法( 105 ℃ ) 测定土壤含水量。

3. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

试验在 3 块养分池( 2 m ×2 m) 中进行，四壁皆有水泥围护，避免了外部根系混入。在每块养分池垂直安设3 根有机透明玻璃管(直径 7 cm，地下埋深 50 cm，可观测面积0 . 11 m2),管外壁用黑色记号笔画有 5 cm ×5 cm 的方格标记系统。埋入时，先用直径相当的土钻垂直将地下土壤取出，然后插入微管，四壁再用细沙漏下,使管壁同土壤紧密接触。地上部分用黑色胶布包扎，防止光线进入，管口加盖，定期通气，排出管内的水汽，同时在平行于微管两侧各10 cm 处，播下沙米、黄蒿、狗尾草种子，行距为 500px，定期每隔 10 d 观测一次，统计落入微管内壁各网格内的根数。

三、根系研究展望

1. 揭示不同土壤环境下毛乌素沙地丘间低地主要植物群落根系特征、土壤酶活性的变化规律以及土壤酶活性与土壤理化因子之间的关系，为丘间低地草场的合理管理与利用提供科学依据。

2. 对毛乌素沙地常见植物叶水势的日变化和月变化规律进行分析，并探究其植物根系生长的关系，以期为毛乌素沙地生态环境恢复与保护提供研究依据。

3. 检验各功能性状在群落和物种水平上与根系的相关性，为深入了解科尔沁沙地沙丘固定梯度下植物群落的构建及植被恢复提供一定的理论依据。

四、根系研究方法概述

1. 传统根系研究方法

传统的根系研究方法，大多采用挖掘法、钻土芯、网袋法、分根移位法等，将根系分离出来，通过洗根、扫描的方式进行根系信息的收集。传统方法虽然简单易行、直观性强、，但是取样后期需要做的工作较多，如洗根等，且在取样过程中，会因为人工、机械等因素导致根系的损失，降低了实际测量的精度和可靠性，使同一生长作物的全程连续观测无法实现，在一定程度上限制了根系研究的进行。

2. 根系监测系统的优势

根系原位监测系统，是一种破坏性较小、定点原位野外观察细根生长动态状况的方法。利用微根管方法可以在多个时段对根系进行原位重复观测，克服了仅依靠对根系进行物理取样所带来的诸多缺陷。其最大优点是对根系的观测研究是非破坏性的，在不影响根系生长过程的前提下，长期监测某个根系片断或单个根系生长发育的变化趋势；实时追踪记录同一根系的生长、死亡动态和物候等特征，而且省时、省工、省力。

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