为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数.结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活.结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势.在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化.

植物可利用水分是决定沙生灌木生长的主要因子,生物土壤结皮(简称生物结皮)在降雨期影响降水入渗,而在干旱期改变土壤蒸发,从而影响土壤水分分布,最终可能影响灌木水分吸收.然而,关于不同降水条件下生物结皮对灌木水分吸收和水分胁迫的影响机制认识不清.以油蒿为研究对象,基于试验数据和1990—2019年气象数据,采用数学模拟,定量研究了毛乌素沙地不同降水条件下生物结皮对土壤水分分布和油蒿水分吸收的影响,评价干旱期生物结皮对油蒿水分胁迫的影响.结果表明:与无结皮处理相比,生物结皮处理的土壤蒸发降低了5.1％;生物结皮改善了干旱期的土壤水分条件;生物结皮降低了植物水分胁迫的比例,平均降低比例为8.1％;生物结皮提高了植物水分吸收,平均增加比例为12.8％;生物结皮和对照植物水分吸收的比值随季节降水量的增加而降低,均值为1.13.综上,生物结皮的出现并未消极地影响沙生灌木的水分吸收.研究结果有助于理解生物结皮与灌木的共生或竞争关系.

该研究以科尔沁沙地半流动沙地4种典型灌木(小叶锦鸡儿、东北木蓼、黄柳、差巴嘎蒿)灌丛下的土壤为研究对象,分析不同灌木类型各土层碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的垂直分布特征以及各指标间的相关关系,以阐明同一环境条件下不同灌木类型组成的植被对土壤营养元素的影响与反馈能力,为沙漠化治理和生态恢复提供指导.结果表明:(1)4种典型植物灌丛下0～80 cm土层SOC、TN、TP平均含量分别在0.90～2.18 g/kg、o.19～0.32g/kg、o.27～0.32 g/kg之间,其中东北木蓼灌丛下0～80 cm土壤SOC、TN、TP平均含量最高,且土壤SOC、TN含量与小叶锦鸡儿的差异不显著,但两者均显著高于其他植物灌丛;土壤TP平均含量在不同灌木类型间均不显著.(2)4种植物灌丛下土壤SOC、TN、TP含量随土壤深度增加而下降,表层(0～10 cm)土层受植被类型影响显著(P＜0.05),同一灌丛0～10 cm土层与其他各土层间差异显著(P＜0.05),且随着土层深度的增加土层间的差异减弱.(3)各灌木类型下的土壤SOC、TN呈“倒金字塔”的分布模式,但TP含量随土壤深度变化相对不明显,呈“圆柱体”的分布模式.(4)小叶锦鸡儿下各土层C∶N、C∶P平均比值最高,其次是东北木蓼、黄柳,差巴嘎蒿最低;C∶N、C∶P、N∶P的比值均随土壤深度增加而下降,不同灌木类型之间的差异也随土壤深度增加而减弱;其中各灌丛下土壤C:P随着土壤深度呈急剧减小趋势,且土壤C∶P、N∶P垂直递减的速率比C∶N快.(5)相关分析表明,土壤SOC、TN、TP相互之间呈显著正相关关系,C∶N、C∶P比值主要受土壤SOC含量的影响,N:P比值主要受到土壤SOC、TN含量的影响,C∶P比值对土壤C∶N、N∶P比值影响显著.研究发现,不同灌木对半流动沙地的土壤质量的改善修复作用差异显著,且东北木蓼和小叶锦鸡儿的适应性强、对土壤养分的积累更加明显.

凝结水是半干旱地区生态系统重要的水源,已有研究表明,一些沙生植物可以通过叶片吸收凝结水以改善其水分状况.该研究以毛乌素沙地典型沙生灌木黑沙蒿(又称油蒿)(Artemisia ordosiea)和北沙柳(Salix psammophila)为研究对象,研究这两种植物的叶片是否具有吸收凝结水的能力,并探究叶片吸水的途径及运移的通道.分别将黑沙蒿与北沙柳失水和未失水离体枝条置入人工模拟加湿室中,使用高丰度氘水标记的凝结水进行浸润实验,比对浸润前后枝条质量、叶片水及茎水氢同位素丰度变化,确定黑沙蒿和北沙柳的叶片吸水能力;并将盆栽黑沙蒿和北沙柳整株置入人工模拟加湿室,使用荧光标记的凝结水进行浸润实验,比对浸润前后叶片、小枝荧光显像,确定黑沙蒿和北沙柳叶片吸收和运移凝结水的途径.结果 显示:(1)黑沙蒿和北沙柳未失水枝条在浸润前后质量无显著差异,黑沙蒿和北沙柳失水离体枝条在凝结水浸润后质量显著提高了2.04％和6.74％,叶片水氘丰度提高了170.10‰和104.09‰,茎水氘丰度提高了10.52‰和12.72‰;(2)荧光标记凝结水浸润后,荧光示踪剂分布在黑沙蒿和北沙柳叶片的角质层、气孔、海绵组织、栅栏组织和维管束中,黑沙蒿叶片的厚角组织中也发现了荧光示踪剂,两种灌木小枝的表皮、韧皮部、木质部和髓中均观察到荧光.以上结果表明,毛乌素沙地两种典型灌木叶片均具有吸收凝结水的能力,水分亏缺植株的吸水能力更强;两种灌木叶片通过气孔或角质层吸收凝结水,并通过叶肉运移至维管束乃至小枝.黑沙蒿与北沙柳叶片具有的吸水功能可能是其适应干旱期水分亏缺的重要水分利用策略.

为探讨滨海沙生植物对环境的适应策略,对海南岛滨海沙生植物单叶蔓荆、苦郎树、马缨丹、飞机草、假马鞭、厚藤的叶片主要功能性状分异特征及其土壤因子的关系进行了研究.结果表明,热带滨海沙生植物叶片功能性状存在明显的种间分异,叶片功能性状不仅受植物种类的影响,还受土壤因子影响;比叶面积呈现草本>灌木>藤本的规律;叶片的N/P为7.78～10.85,热带滨海沙生植物生长受土壤氮限制;叶片功能性状中Na含量的变异系数最大(18.46％～76.36％),说明不同植物对Na+的吸收存在较大差异,这将影响其在滨海沙地的自然分布;比叶面积、叶干物质含量与叶片的K、Na含量呈负相关,叶N/P与土壤Na+含量呈负相关,叶片Na+含量与土壤有机质、全磷、全钾呈负相关,土壤盐分限制植物对氮磷的吸收,滨海沙生植物通过比叶面积变化来适应盐胁迫.因此,在滨海沙生植被恢复中,施加土壤肥力是其快速恢复的重要措施,叶片Na+含量可作为滨海沙生植物耐盐性筛选的主要指标.