根茎禾草假苇拂子茅拓殖流动沙丘的过程和调控机制

To explore the spatio-temporal pattern, colonizing rate, driving forces, regulative mechanism as well as its role in sand dune revegetation of rhizomatous grasses colonizing active sand dune, is of theoretical and practical importance to know not only the evolutionary adaptions of clonal plants, but also the implementation of sand dune revegetation. However the existing research has not yet fully answered the above questions. Calamagrostis pseudophragmites, a dominant rhizomatous grass in the Ulanbuh Desert, distributed in the interdune lowland, can colonize active sand dunes effectively. Therefore, in this project, C. pseudophragmites is selected to study the spatio-temporal pattern, rate and regulative mechanism of its colonization on the active sand dune by using field investigation, field monitoring, controlled experiment, isotope tracer method and molecular biotechnology. The objectives are to evaluate its position and function in the restoration of sand dune, to enhance the understanding on adaptation and evolution of clonal plants, to enrich the spatial expansion theory of rhizomatous grass in the heterogeneous habitat, and to provide a scientific basis for sand-fixing practice.

根茎禾草拓殖流动沙丘的时空格局和拓殖速率，根茎禾草拓殖沙丘的驱动力及调控机制，以及根茎禾草在沙丘植被恢复中的地位和作用是克隆植物进化适应途径认知和沙区植被恢复实践需求的重要理论和实践问题。但现有研究尚不能充分回答上述问题。假苇拂子茅（Calamagrostis pseudophragmites）是乌兰布和沙漠优势根茎型禾草，生长在丘间低地并拓殖到流动沙丘。鉴于此，本项目以假苇拂子茅为研究对象，通过野外调查、野外定位监测、控制实验、同位素示踪和分子生物技术分析方法，研究其拓殖流动沙丘的时空格局、速率及调控机制，评估其在沙丘植被恢复中的地位和作用，以增强人们对克隆植物适应和进化过程的认识，丰富异质性生境下根茎禾草空间拓展理论，为固沙实践提供科学依据。

探究风蚀、沙埋及植物的生物学特性如何调控根茎禾草拓殖流动沙丘的机制，是认识沙生植物的进化适应途径、有效开展沙区植被恢复的基础，但目前此类研究尚很罕见。因此，本研究通过野外调查、野外定位监测、控制实验分析方法分析了蚀积深度、分株个数和有无顶芽三个处理下的根茎再生和拓殖能力，评估了蚀积深度和植株自身特性对根茎禾草芦苇（Phragmites australis）切断片段的再生能力的影响。研究表明：1）适度的植株破碎化能增强克隆植物的无性繁殖能力。在重度沙埋区，根茎芽与萌蘖芽数量、长度和生物量都显著上升。在轻中度沙埋区，根茎芽与萌蘖芽数量、长度和生物量都显著下降。2）地上分株数量多时，根茎芽与萌蘖芽数量大，但生物量小，无性繁殖以数量取胜；地上分株数量少时，根茎芽与萌蘖芽数量少，但生物量大，无性繁殖以质量取胜。3）根茎克隆植物以水源地为中心，呈辐射状拓殖于沙丘。距水源地近，克隆植物无性繁殖和有性繁殖能力均强。距水源地远，克隆植物无性繁殖能力接近水源地附近，种群的拓殖依然依赖无性繁殖，但有性繁殖能力弱。4）沙埋促进了芦苇的生殖繁殖能力，在沙埋干扰区，芦苇以较大的分株结构适应沙埋；在风蚀干扰区，芦苇选择产生更多的分株提高抵御风沙侵蚀的能力。沙生植物在风蚀生境中将更多的资源投资于营养生长，在沙埋生境中则将更多的资源投资于生殖生长。研究结果对评估根茎禾草在沙丘植被恢复中的地位和作用、增强人们对克隆植物适应和进化过程的认识、及丰富异质性生境下根茎禾草空间拓展理论有重要科学意义，同时可为固沙实践提供科学依据。