为探讨在未来降水增加情境下,我国干旱区荒漠植物对降雨格局变化的适应机制。本文以乌兰布和荒漠植物白刺(Nitraria tangutorum)和油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,在生长季自然降水的基础上,设置0%、25%、50%、75%、100%五个模拟增雨梯度,进行长期人工模拟增雨试验,主要研究分析了白刺和油蒿的种子性状及萌发特性、幼苗生长特性、化学计量特征、叶性状及光合生理动态变化和空间格局等对不同增雨梯度的响应,揭示了荒漠植物对降水格局变化的适应策略。本研究的主要结论如下:(1)对连续8a模拟增雨的白刺和油蒿种子性状分析表明,白刺种子长度、宽度、体积、表面积、长宽比、千粒重等表型性状指标与增雨量呈显著或极显著负相关(P<0.01),变异系数为5.65-20.39%。随着降水量增加,白刺种子向小粒、圆形演变,种子蜂窝状孔穴数量、面积逐渐减少,种皮厚度增厚,沟状凹槽缩短。白刺种子形态的变异导致种胚吸水膨胀和胚根突破种皮困难,显著降低了种子发芽率、萌发启动时间、萌发速度和幼苗长势。油蒿种子表型性状随着降水量增加,呈先促进后抑制的变异趋势,在50%增雨时达到最大值,瘦果粘液溶出量最多,种子形状由倒卵形向卵圆形再到倒卵形演变。25%和50%增雨能够提高油蒿种子发芽率,且种子萌发速度快、幼苗长势好、瘦果粘液粘沙量最大,对其有性繁殖最有利。(2)采用不同增雨处理种子繁育幼苗研究表明,增雨对白刺幼苗地上部分促进作用显著,构件生物量、根系各参数总体呈先上升后下降的单峰曲线式变化,在50%和75%增雨时达到最大值,100%增雨时显著下降,促进效应存在明显阈值。降雨量增加显著降低了白刺幼苗的根冠比,改变生物量分配模式是其适应水分增加的重要策略。油蒿地上部分生长量、构件生物量、根系各参数均随增雨量增加而显著增长,在100%增雨下达到最大值,各处理之间根冠比没有显著差异,更多地体现出“协同生长”效应。说明增雨导致的种子变异对幼苗萌发阶段影响较大,而幼苗生长状况则取决于生境因素。(3)对不同增雨处理幼苗化学计量特征研究显示,白刺根的N、P含量高于茎和叶,油蒿叶的N、P含量高于茎和根,白刺和油蒿茎的C含量均高于叶和根,说明白刺和油蒿C、N、P元素在体内的分配格局并不相同。白刺茎、叶、根N:P较为恒定,比值均大于16,表明白刺植株在增雨的环境下相对生长率较低,且受P元素限制明显。而油蒿N:P与增雨量呈极显著负相关关系,相对生长率越来越大;茎、根N:P均小于14,受N元素限制明显;叶N:P在14-16之间,N、P元素都不缺乏。(4)白刺叶绿素初始荧光Fo在7-9月呈显著增加趋势,说明降水量减少形成的水分胁迫对PSⅡ反应中心产生伤害或部分失活从而引起Fo的增加。油蒿Fo和最大光化学量子效率Fv/Fm在生长期保持相对稳定,说明油蒿叶片PSII未受到不可逆损伤,且保持较好的反应活性,通过适应性调节实现对环境的适应。另外,白刺7-9月比叶面积SLA无显著性差异,油蒿SLA在降雨相对集中的7-8月较高,9月份显著降低。说明油蒿可通过改变叶片表型性状调控植物对养分的吸收与利用速率,从而表现出较强的环境适应能力。(5)随着增雨量的增加,白刺灌丛聚集强度逐渐下降,相对平均空间距离增加了76%,团簇作用逐渐减弱,呈自疏现象向外扩展。油蒿种群随机分布尺度逐渐增大,从未增雨时白刺灌丛内无油蒿分布,至100%增雨时分布62株,表现为随增雨梯度的增加逐步侵入白刺灌丛形成正关联,相对平均空间距离逐级递减直至小于白刺0.32m,从而实现油蒿种群的对外拓展。经实地验证,白刺和油蒿人工模拟增雨实验结果与自然降水梯度下的空间格局演进过程相一致,证实了采用人工模拟增雨进行白刺和油蒿空间格局研究具有科学实践意义。本文通过人工模拟增雨研究降水变化对荒漠植物的影响,较为系统地解释了白刺和油蒿对模拟增雨的响应过程,为全球气候变化背景下荒漠生态系统维持与演变提供了重要数据支撑。