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鄂尔多斯高原是一个多层次、复杂的生态地理过渡带,由东至西存在明显的降水梯度。在鄂尔多斯高原,柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、中间锦鸡儿(Caragana intermedia)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)随降水梯度表现出明显的替代分布现象。以种子萌发、幼苗出土和生长这三个重要的植物生活史阶段对沙生环境的适应为主要研究内容,探讨几种植物生态地理替代分布的可能原因,同时可为鄂尔多斯高原生态恢复建设物种的选择提供理论指导。
以3种锦鸡儿属植物为研究对象,设定5个变温、4个光照强度研究种子萌发对温度和光照的反应;设定5个恒温、11个水势研究种子萌发对温度和水势的反应;设定11个水分梯度、8个沙埋深度,研究供水和沙埋对幼苗出土的影响;设定2个变温、3个供水水平和2个收获时间研究幼苗生长对温度和水分的反应。得到以下重要结论:
(1)在实验温度范围内,柠条锦鸡儿种子萌发均不受光照影响。而中间锦鸡儿和小叶锦鸡几种子萌发在5/15℃和25/35℃时受到光照抑制,但在适宜温度下,种子萌发不受光照影响。
(2)柠条锦鸡儿种子萌发温度范围较宽,在实验设置的5个变温区间内都能顺利萌发;中间锦鸡儿种子萌发最适温度为10/20℃,温度进一步升高,种子萌发率有所下降;小叶锦鸡儿种子萌发在低温时(5/15℃)受到抑制。在15/25℃时,3种锦鸡儿属植物种子萌发率和萌发速率均较高。
(3)中间锦鸡儿与小叶锦鸡几种子萌发在水势降低初期得到促进,随水势进一步降低,萌发率和萌发速率下降;水势低于-1.4MPa及-1.6MPa时种子不能萌发。温度为10℃和30℃时,种子萌发受到水势的影响更为明显,萌发率和萌发速率均较低。
(4)位于沙子表面的种子不能萌发,当沙埋过深(6cm)时,幼苗不能出土;0.5-1.5cm的沙埋能够促进种子的萌发,幼苗出苗率较高,出苗时间较短;当沙埋深度增大后,幼苗出土率随之下降。0.5~2cm是柠条锦鸡几和中间锦鸡儿较为适宜的沙埋深度,小叶锦鸡儿在0.5~1.5cm时能够较好出苗。
(5)2.5mm供水条件下,3种植物幼苗均不能出土;单次供水5mm时,仅有柠条锦鸡儿在沙埋1cm条件下出土;小叶锦鸡儿出苗率随供水量增加表现出明显的上升趋势,在供水量40mm时达到最高值;中间锦鸡儿出苗对于降水的需求介于二者之间,水分过多会导致其出苗率略有下降。
(6)随温度升高,小叶锦鸡儿和中间锦鸡儿叶面积升高。在干旱胁迫下幼苗叶面积减小。随干旱程度的加深,幼苗会将更多的生物量分配到根系,根冠比在高供水量(150mm)时最低。相对于小叶锦鸡儿,中间锦鸡儿具有高的RGR、NAR和较低的蒸腾速率。
(7)根据3个物种种子萌发、幼苗出土、幼苗生长对温度、水分、光照和沙埋条件的反应,建议在鄂尔多斯高原进行生态工程建设时,在东部使用小叶锦鸡儿,在中西部以中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿为主。同时,为增加出苗率和幼苗成活率,建议为种子及幼苗创造适度的沙埋条件。