兰州本土地被植物多样性调查与白草生态生物学特性解析

兰州本土地被植物多样性调查与白草生态生物学特性解析一、引言1.1研究背景与意义兰州，作为甘肃省的省会，地处中国西北部，是连接中国内地与西北地区的重要交通枢纽。其地理位置独特，位于黄土高原、青藏高原和内蒙古高原的交汇地带，市区南北群山环抱，东西黄河穿城而过，平均海拔1500米，具有盆地城市的特征。兰州属中温带大陆性气候，年平均降水量在250-350毫米，年平均气温9.1℃，降水少、日照多、气候干燥、昼夜温差大。这样的自然条件，使得兰州的植物种类丰富多样，既有适应干旱环境的耐旱植物，也有依赖黄河水源的水生植物，形成了独特的植物生态系统。植物作为生态系统的重要组成部分，对于维护生态平衡、提供生态服务、促进经济发展和保护文化遗产都具有不可替代的作用。对兰州本土地被植物进行调查，能够全面了解该地区植物的种类、分布、生态习性等信息，为植物资源的保护和合理利用提供科学依据。例如，通过调查发现兰州本土生长着许多具有重要生态价值的植物，它们能够固定土壤、防止水土流失、调节气候、净化空气等。然而，随着城市化进程的加速和人类活动的干扰，兰州的植物资源面临着诸多威胁，如栖息地破坏、物种入侵、过度采集等。因此，开展植物调查研究，有助于及时发现这些问题，并采取有效的保护措施，维护当地的生态平衡。白草（PennisetumcentrasiaticumTzvel）是兰州地区常见的一种草本植物，也是当地重要的饲料资源。研究白草的生态生物学特性，对于深入了解其生长发育规律、适应环境的机制以及合理开发利用具有重要意义。在生态方面，白草的生长与土壤水分、光照、温度等环境因素密切相关，研究其生态特性有助于揭示植物与环境之间的相互关系，为生态修复和植被恢复提供理论支持。在生物学特性方面，了解白草的繁殖方式、生长周期、生物量分配等，能够为其人工栽培和管理提供科学指导，提高白草的产量和质量，满足畜牧业发展的需求。此外，白草还具有一定的药用价值和生态保护价值，对其进行深入研究，有望挖掘出更多的潜在价值，促进当地经济的可持续发展。综上所述，对兰州本土地被植物进行调查，并深入研究白草的生态生物学特性，不仅有助于保护当地的植物资源，维护生态平衡，还能为生态建设、农业发展、医药研究等提供重要的科学依据和实践指导，具有重要的理论和现实意义。1.2国内外研究现状在植物研究领域，地被植物调查以及特定植物生态生物学特性研究一直是重点关注方向。国内外学者在这两方面都取得了丰硕的成果，但兰州本土相关研究仍存在一定的局限性。国外在植物调查方面起步较早，许多发达国家已经建立了较为完善的植物数据库和监测体系。例如，美国的《北美植物志》涵盖了北美地区丰富的植物种类信息，详细记录了植物的分类、分布、生态习性等。欧洲的一些国家，如英国、德国等，对本土植物的调查研究也十分深入，通过长期的野外调查和监测，积累了大量的数据资料。在利用先进技术方面，国外研究人员广泛运用地理信息系统（GIS）、遥感（RS）等技术，对植物分布进行精准定位和动态监测。美国利用卫星遥感技术，对大面积的森林植被进行监测，分析植物群落的变化趋势。在植物生态生物学特性研究方面，国外研究注重从分子层面揭示植物的生长发育机制和适应环境的策略。通过基因测序和功能分析，深入研究植物在干旱、高温等逆境条件下的基因表达调控，为植物的遗传改良提供理论依据。对拟南芥的研究，揭示了许多植物生长发育和抗逆的分子机制。国内植物调查研究也取得了显著进展。中国植物志的编纂是一项重大成果，全面记录了中国境内的植物种类，为植物研究提供了基础资料。各地也纷纷开展本土植物调查工作，北京对山区野生观赏地被植物资源进行调查，发现了许多具有潜力的地被植物资源；浙江对园林地被植物资源进行调查，筛选出一批适合当地生长的地被植物品种。在技术应用上，国内也逐渐跟上国际步伐，利用无人机、高光谱遥感等技术，提高植物调查的效率和精度。在生态生物学特性研究方面，国内针对多种植物开展了深入研究。在白草研究方面，国内已有研究涉及白草的分布、生长、花期、形态等方面。甘肃农业大学的科研团队在兰州地区的草场上选取不同密度样点，对白草的生态生物学特性进行研究，发现白草产量和生长状态与土壤水分密切相关，不同密度下花期和形态差别较大，且具有较强的抗旱和耐寒能力。兰州本土的植物研究，在植物种类调查方面虽然有一定成果，但相较于国内外发达地区，在研究的广度和深度上仍有不足。在调查范围上，可能存在一些偏远地区或特殊生境的植物未被充分调查；在植物特性研究方面，对许多植物的生态适应性、繁殖机制等研究还不够深入。对于白草生态生物学特性的研究，目前还局限于少数几个方面，缺乏系统性和综合性的研究，对于白草在不同生态环境下的响应机制、与其他植物的相互作用等方面的研究还比较薄弱。1.3研究目标与内容本研究旨在全面了解兰州本土地被植物的种类组成、分布规律、生态习性以及白草的生态生物学特性，为兰州地区的植物资源保护、生态修复、园林景观建设以及畜牧业发展提供科学依据和实践指导。具体研究内容如下：1.3.1兰州本土地被植物调查调查范围与样地设置：根据兰州的地形地貌、气候条件以及植被类型，将调查区域划分为山地、河谷、平原、湿地等不同的生态类型区。在每个生态类型区内，按照一定的间距和面积设置样地，样地的大小根据植被类型和研究目的确定，一般草本植物样地为1m×1m，灌木样地为5m×5m，乔木样地为10m×10m。样地的设置要具有代表性，能够涵盖不同的生境条件和植被类型。植物种类鉴定与记录：在每个样地内，对所有出现的地被植物进行种类鉴定，记录其学名、中文名、科属、生活型等信息。对于难以鉴定的植物，采集标本带回实验室，查阅相关的植物志和文献资料，或请教植物分类专家进行鉴定。同时，记录每种植物的多度、盖度、频度、高度等数量特征，多度采用记名计数法或目测估计法，盖度采用针刺法或方格网法，频度采用样线法或样点法进行测定。植物分布与生态习性分析：根据样地调查数据，分析兰州本土地被植物的水平分布和垂直分布规律，探讨其与地形、土壤、气候等环境因素之间的关系。研究不同生态类型区内植物群落的组成和结构特征，包括物种丰富度、多样性指数、优势种等，揭示植物群落的演替趋势和生态功能。同时，观察和记录每种植物的生长环境，如光照条件、土壤质地、水分状况等，分析其生态习性和适应策略。1.3.2白草生态生物学特性研究白草的分布与种群特征：在兰州地区广泛设置调查样点，调查白草的分布范围和种群数量。分析白草种群的年龄结构、密度、盖度等特征，研究其种群动态变化规律。通过对不同生境下白草种群的比较，探讨环境因素对白草种群特征的影响。白草的生长发育特性：选择具有代表性的白草种群，定期进行观测，记录白草的物候期，包括萌发期、展叶期、抽穗期、开花期、结实期等。测量白草在不同生长阶段的株高、叶片数、分蘖数、生物量等生长指标，分析其生长规律和影响因素。研究白草的繁殖方式，包括有性繁殖和无性繁殖，分析其繁殖特性和繁殖成功率。白草与环境因子的关系：测定白草生长环境的土壤水分、养分含量、pH值、光照强度、温度、湿度等环境因子，分析这些环境因子与白草生长发育、种群特征之间的相关性。通过控制实验，研究不同环境因子对白草种子萌发、幼苗生长、光合作用、蒸腾作用等生理过程的影响，揭示白草对环境的适应机制。白草的饲用价值与利用：分析白草的营养成分，包括粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物、矿物质等含量，评价其饲用价值。研究白草在不同生长阶段的营养动态变化，确定其最佳的刈割时期和利用方式。探讨白草在畜牧业生产中的应用前景和潜力，为合理开发利用白草资源提供科学依据。1.4研究方法与技术路线1.4.1研究方法实地调查法：根据兰州的地形地貌、气候条件和植被类型，将调查区域划分为不同的生态类型区，如山地、河谷、平原、湿地等。在每个生态类型区内，按照一定的间距和面积设置样地，样地大小依据植被类型和研究目的而定，草本植物样地一般为1m×1m，灌木样地为5m×5m，乔木样地为10m×10m。在样地内，对所有地被植物进行种类鉴定，记录其学名、中文名、科属、生活型等信息，同时测定多度、盖度、频度、高度等数量特征。对于白草生态生物学特性研究，在兰州地区广泛设置调查样点，调查其分布范围和种群数量，分析种群特征，并选择代表性种群定期观测物候期和生长指标。文献查阅法：查阅国内外关于兰州地区植物调查、白草生态生物学特性以及相关植物生态、分类等方面的文献资料，了解研究现状和进展，为研究提供理论基础和参考依据。通过检索学术数据库、查阅植物志、相关研究报告等，收集与本研究相关的信息，分析已有研究的不足，明确本研究的重点和方向。室内实验法：采集白草种子和植株样本带回实验室，进行种子萌发实验、生理生化指标测定等。在种子萌发实验中，设置不同的温度、水分、光照等条件，观察种子的萌发率、萌发指数、活力指数等指标，研究环境因子对种子萌发的影响。测定白草植株的光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量等生理生化指标，分析其在不同生长阶段和环境条件下的变化规律，揭示白草的生理生态特性和适应机制。数据分析方法：运用统计学软件（如SPSS、Excel等）对实地调查和室内实验数据进行分析。计算植物群落的物种丰富度、多样性指数、优势度等指标，分析植物群落的结构和组成特征；采用相关性分析、主成分分析等方法，探讨白草生长发育、种群特征与环境因子之间的关系；运用方差分析比较不同处理下白草各项指标的差异，确定显著影响因素。通过数据分析，总结规律，得出科学结论，为研究提供数据支持。1.4.2技术路线准备阶段：收集兰州地区的地形、气候、土壤等基础资料，查阅相关文献，了解研究现状和存在的问题，制定详细的研究方案，包括调查范围、样地设置、研究方法、实验设计等。准备好调查所需的工具和设备，如GPS、样方绳、测高仪、标本夹、采集袋等，以及实验所需的仪器设备和试剂，如光照培养箱、光合仪、天平、离心机、化学试剂等。调查与实验阶段：按照研究方案，在兰州地区进行实地调查，完成地被植物种类鉴定、数量特征测定和白草分布、种群特征、生长发育特性等方面的调查工作。同时，采集白草样本进行室内实验，测定种子萌发特性和生理生化指标。在调查和实验过程中，严格按照操作规程进行，确保数据的准确性和可靠性，及时记录和整理数据，对出现的问题及时进行分析和解决。数据分析与成果总结阶段：运用统计学软件对调查和实验数据进行分析，绘制图表，撰写研究报告和学术论文。对兰州本土地被植物的种类组成、分布规律、生态习性以及白草的生态生物学特性进行总结和归纳，提出保护和利用建议。通过数据分析，揭示植物与环境之间的相互关系，为兰州地区的生态建设和植物资源利用提供科学依据，对研究成果进行讨论和交流，接受同行的评价和建议，进一步完善研究内容。二、兰州本土地被植物调查2.1调查区域概况兰州，地处中国西北部、甘肃省中部，介于东经102°30′～104°30′，北纬35°5′～38°之间，是中国陆域版图的几何中心。其市区南北群山环抱，东西黄河穿城而过，形成了独特的盆地地形，这种地形对兰州的气候、土壤以及植物分布产生了深远的影响。兰州属中温带大陆性气候，冬无严寒、夏无酷暑，但四季分明。年平均气温9.1℃，1月平均气温-6.9℃，7月平均气温22.2℃。全年日照时数平均2446小时，充足的光照为植物的光合作用提供了良好的条件，使得许多喜光植物能够在此茁壮成长。然而，兰州的降水相对较少，年平均降水量在250-350毫米，且降水主要集中在夏季，这导致兰州的气候较为干燥。降水的时空分布不均，对植物的生长和分布有着重要影响。在降水较多的区域，植物种类相对丰富，植被覆盖度较高；而在降水稀少的地区，植物则多以耐旱植物为主，植被较为稀疏。例如，黄河沿岸地区由于有黄河水的灌溉，水分条件较好，生长着许多依赖水源的植物，如柳树、芦苇等；而在远离水源的山区，植被则主要以耐旱的灌木和草本植物为主。兰州的土壤类型多样，主要包括棕钙土、灰钙土、黄绵土等。棕钙土质地偏沙，通气透水性能好，但有机质含量低，保水保肥能力相对较差，这种土壤条件使得生长在其上的植物需要具备较强的耐旱和耐贫瘠能力，常见的植物有沙棘、骆驼刺等，它们根系发达，能够深入土壤深处吸收水分和养分。灰钙土含有较多的碳酸钙，pH值较高，土壤结构良好，肥力中等，适宜种植多种作物和植物，豆类、部分蔬菜以及一些草本植物在这种土壤上生长良好。黄绵土质地粘重，保水保肥能力强，适合种植苹果等果树以及一些对土壤肥力要求较高的植物。不同的土壤类型为不同种类的植物提供了适宜的生长环境，使得兰州的植物种类丰富多样。兰州的地形地貌复杂，既有山地、丘陵，也有河谷、平原和湿地。山地和丘陵地区地势起伏较大，海拔高度变化明显，气候和土壤条件也随之发生变化，这使得植物的垂直分布差异显著。在低海拔地区，主要生长着一些适应温暖湿润环境的植物；随着海拔的升高，气温逐渐降低，降水逐渐增多，植物种类也逐渐发生变化，出现了一些耐寒、喜湿的植物。河谷和平原地区地势平坦，土壤肥沃，水源充足，是人类活动较为频繁的区域，也是许多农作物和园林植物的主要种植区域。湿地地区则具有独特的生态环境，生长着大量的水生植物和湿生植物，芦苇、菖蒲、荷花等，它们对于维护湿地生态系统的平衡和稳定起着重要作用。综上所述，兰州独特的地理位置、气候条件、土壤类型以及地形地貌，共同塑造了其丰富多样的植物生态系统，为开展地被植物调查提供了丰富的研究对象和多样的研究环境。2.2调查方法2.2.1样地设置根据兰州复杂多样的地形地貌、独特的气候条件以及丰富的植被类型，将整个调查区域科学合理地划分为山地、河谷、平原、湿地这四大主要的生态类型区。在山地生态类型区，考虑到山体的海拔高度变化、坡度差异以及坡向不同对植被分布的影响，沿着山体的等高线方向，按照每隔500米的间距设置样地。对于坡度较陡的区域，适当减小样地间距至300米，以确保能够充分涵盖不同的山地植被类型。样地面积根据山体植被的复杂程度确定，一般为10m×10m，对于植被类型较为单一、分布较为均匀的区域，样地面积可缩小至5m×5m；而在植被丰富、物种多样性较高的区域，样地面积则扩大至20m×20m。在河谷生态类型区，主要沿着黄河及其支流的河岸线进行样地设置。根据河流的宽窄、水流速度以及河岸的地形特点，每隔1-2公里设置一个样地。对于河流弯道、河漫滩等特殊地形区域，加密样地设置，间距缩小至500米。样地形状根据河岸地形进行调整，多为长方形或梯形，面积一般为10m×10m，以保证能够全面调查河谷植被的分布和生长情况。平原生态类型区地势较为平坦，土地利用类型相对单一，主要以农田和人工绿地为主。在农田区域，按照每5平方公里设置一个样地的密度进行布局，样地面积为10m×10m。在人工绿地，如公园、广场、道路绿化带等，根据绿地的规模和功能分区，合理设置样地。对于面积较大的公园，按照不同的植物群落类型和景观区域，设置3-5个样地，样地面积为5m×5m；道路绿化带则每隔1公里设置一个样地，样地长度根据绿化带宽度确定，一般为10-20米，宽度为2-5米。湿地生态类型区由于其生态环境的特殊性和敏感性，样地设置更为谨慎。在天然湿地，如沼泽、湖泊周边湿地等，选择具有代表性的区域设置样地，避免对湿地生态系统造成过度干扰。样地间距根据湿地面积和植被分布均匀程度确定，一般为500-1000米，样地面积为5m×5m。在人工湿地，如污水处理厂的人工湿地、城市景观湿地等，根据湿地的工艺流程和植物配置特点，设置2-3个样地，样地面积为5m×5m。同时，在湿地样地设置过程中，还需要考虑水位变化、土壤湿度等因素对植被的影响，确保样地能够准确反映湿地植被的真实情况。2.2.2样本采集与鉴定在每个精心设置的样地内，对所有出现的地被植物展开全面细致的样本采集工作。对于草本植物，使用锋利的剪刀或铲子，从植株基部贴近地面处采集整株植物，确保采集到完整的根系、茎、叶和花（如果有）。采集时，尽量选择生长健壮、无病虫害的植株，每个物种采集3-5个样本，以保证样本的代表性。对于矮小的草本植物，直接将整株植物连根拔起，放入采集袋中，并在袋上标注采集地点、采集时间、植物的初步识别信息等。对于较高大的草本植物，在不影响植株生长的前提下，采集部分具有代表性的茎、叶和花，放入采集袋中。对于灌木植物，由于其植株较大，无法采集整株样本。使用修枝剪采集带有叶片、花朵（如果有）和果实（如果有）的枝条，枝条长度一般为30-50厘米，选择不同方位的枝条进行采集，以全面反映灌木的形态特征。每个灌木物种采集3-5个枝条样本，同样在样本上标注详细的采集信息。对于难以现场准确鉴定的植物，将采集到的样本小心地整理好，放入标本夹中。标本夹内预先放置多层吸水性好的纸张，以吸收植物样本中的水分，防止样本腐烂和变形。在样本之间也放置纸张进行隔离，避免样本之间相互挤压和损伤。回到实验室后，查阅权威的植物志，如《中国植物志》《甘肃植物志》等，借助专业的植物分类工具书，对比样本的形态特征，包括叶片的形状、大小、颜色、质地、叶脉分布，花的结构、颜色、花瓣数量、花蕊特征，果实的形状、颜色、大小、表面特征等，进行初步鉴定。如果仍然无法确定植物的种类，将样本请教植物分类专家，通过专家的专业知识和丰富经验，结合先进的分类技术和方法，如分子生物学技术、解剖学分析等，最终确定植物的学名、中文名、科属、生活型等详细信息。在鉴定过程中，详细记录鉴定的依据和过程，为后续的研究提供准确可靠的植物分类信息。2.3兰州本土地被植物种类与分布2.3.1植物种类统计通过对兰州不同生态类型区的全面调查，共记录到兰州本土地被植物107科，389属，556种。在这些植物中，菊科（Asteraceae）植物种类最为丰富，共有62属，105种，占总种数的18.9%。菊科植物适应性强，广泛分布于各类生境中，其头状花序和多样化的果实类型使其在繁殖和传播方面具有优势。豆科（Fabaceae）植物次之，有45属，76种，占总种数的13.7%。豆科植物多具有根瘤菌，能够固定空气中的氮素，改善土壤肥力，在生态系统中具有重要作用。蔷薇科（Rosaceae）有38属，65种，占总种数的11.7%，该科植物多具有美丽的花朵和可食用的果实，不仅具有生态价值，还具有经济价值。百合科（Liliaceae）有25属，42种，占总种数的7.6%，百合科植物形态多样，许多种类具有观赏价值和药用价值。与以往的研究相比，本次调查发现了一些新记录的植物种类。在山地样地中，发现了珍稀植物独叶草（Kingdoniauniflora），其独特的形态和生长环境使其备受关注。独叶草为多年生小草本，仅具1叶，叶脉二叉分歧，对研究被子植物的系统发育具有重要科学价值。在湿地样地中，发现了水毛茛（Batrachiumbungei），这是一种水生植物，其叶片在水中和水面上形态不同，具有独特的生态适应性。这些新记录植物的发现，丰富了兰州本土地被植物的物种多样性，也为进一步研究兰州地区的植物区系和生态系统提供了新的资料。从生活型来看，兰州本土地被植物中草本植物占主导地位，共有412种，占总种数的74.1%。草本植物生长周期短，繁殖速度快，能够迅速适应环境变化，在兰州的干旱、半干旱环境中具有较强的生存能力。灌木植物有108种，占总种数的19.4%，灌木植物多具有发达的根系和耐旱、耐瘠薄的特性，能够在山地、丘陵等环境中生长，起到保持水土、防风固沙的作用。乔木植物相对较少，有36种，占总种数的6.5%，乔木植物主要分布在河谷、平原等水分和土壤条件较好的地区，为其他植物提供遮荫和生态环境。2.3.2不同区域分布特征兰州本土地被植物在不同区域呈现出明显的分布差异。在山地地区，由于海拔高度、坡度、坡向等因素的影响，植物分布具有明显的垂直地带性和水平地带性。在低海拔地区（1500-1800米），主要分布着一些耐旱、喜光的植物，如酸枣（Ziziphusjujubavar.spinosa）、荆条（Vitexnegundovar.heterophylla）等。酸枣为鼠李科枣属植物，具有强大的根系，能够在干旱的土壤中吸收水分和养分，其果实可食用，也具有一定的药用价值。荆条为马鞭草科牡荆属植物，适应性强，耐干旱瘠薄，是山地植被的重要组成部分。随着海拔的升高（1800-2200米），温度逐渐降低，降水逐渐增多，植物种类也逐渐发生变化，出现了一些耐寒、喜湿的植物，如辽东栎（Quercuswutaishanica）、白桦（Betulaplatyphylla）等。辽东栎为壳斗科栎属植物，是山地森林的主要建群种之一，其木材坚硬，可用于建筑和家具制作。白桦为桦木科桦木属植物，树皮白色，树形优美，是重要的观赏树种。在高海拔地区（2200米以上），气候寒冷，植被主要以高山草甸和灌丛为主，常见的植物有嵩草（Kobresiamyosuroides）、高山绣线菊（Spiraeaalpina）等。嵩草为莎草科嵩草属植物，是高山草甸的优势种，为高山动物提供了重要的食物来源。高山绣线菊为蔷薇科绣线菊属植物，具有较强的耐寒能力，在高海拔地区生长繁茂。河谷地区由于有黄河及其支流的水源补给，土壤肥沃，植物种类相对丰富。在河滩地，主要生长着一些耐水湿的植物，如芦苇（Phragmitesaustralis）、香蒲（Typhaorientalis）等。芦苇为禾本科芦苇属植物，是湿地生态系统的重要组成部分，其茎秆坚韧，可用于造纸和编织。香蒲为香蒲科香蒲属植物，其花粉可入药，称为蒲黄，具有止血、化瘀、通淋等功效。在河谷阶地，分布着一些农田和人工绿地，常见的植物有小麦（Triticumaestivum）、玉米（Zeamays）、杨树（Populusspp.）等。小麦和玉米是重要的粮食作物，为当地居民提供了食物来源。杨树生长迅速，树干高大，是常见的行道树和防护林树种。平原地区地势平坦，土地利用类型主要为农田和城市建设用地。在农田中，主要种植着各种农作物，如小麦、玉米、马铃薯（Solanumtuberosum）等。在城市绿地中，种植着许多观赏植物和绿化树种，如国槐（Sophorajaponica）、紫叶李（PrunuscerasiferaEhrharf.atropurpurea(Jacq.)Rehd.）、八宝景天（Hylotelephiumerythrostictum）等。国槐为豆科槐属植物，树冠宽广，枝叶茂密，是优良的行道树和庭荫树。紫叶李为蔷薇科李属植物，叶片紫红色，花朵洁白，具有较高的观赏价值。八宝景天为景天科八宝属植物，肉质叶片，花色艳丽，是常见的地被植物和花坛花卉。湿地地区是兰州本土地被植物的重要分布区域，具有独特的生态系统和植物群落。在天然湿地，如沼泽、湖泊周边湿地等，生长着大量的水生植物和湿生植物，如睡莲（Nymphaeatetragona）、菖蒲（Acoruscalamus）、水葱（Scirpusvalidus）等。睡莲为睡莲科睡莲属植物，花朵美丽，浮于水面，是重要的水生观赏植物。菖蒲为天南星科菖蒲属植物，具有香气，可入药，也可用于园林水景布置。水葱为莎草科藨草属植物，茎秆挺拔，常用于湿地生态修复和景观营造。在人工湿地，如污水处理厂的人工湿地、城市景观湿地等，种植着一些具有净化水质能力的植物，如芦苇、香蒲、美人蕉（Cannaindica）等。美人蕉为美人蕉科美人蕉属植物，叶片宽大，花朵鲜艳，对污水中的氮、磷等污染物具有较强的吸收能力。兰州本土地被植物在不同区域的分布差异，主要是由地形、土壤、水分、光照等环境因素的不同所导致的。这些环境因素的综合作用，决定了不同区域植物群落的组成和结构，形成了兰州丰富多样的植物生态系统。2.4群落结构特征2.4.1群落类型划分兰州地区的植被类型丰富多样，主要包括灌丛、草原、荒漠等群落类型，各群落类型具有独特的结构特点。灌丛群落主要分布在山地和丘陵地区，其植被高度一般在1-5米之间。群落层次结构相对较为简单，通常可分为灌木层和草本层。灌木层是灌丛群落的主要层次，优势种有沙棘（Hippophaerhamnoides）、狼牙刺（Sophoradavidii）等。沙棘为胡颓子科沙棘属植物，具有耐旱、耐寒、耐瘠薄的特性，其根系发达，能够固定土壤，防止水土流失，果实富含维生素C等营养成分，具有较高的经济价值。狼牙刺为豆科槐属植物，枝干具刺，能适应干旱的环境，是灌丛群落中的常见灌木。草本层植物种类相对较少，盖度较低，常见的有狗尾草（Setariaviridis）、白羊草（Bothriochloaischaemum）等，它们在灌丛的间隙中生长，利用灌木提供的遮荫和一定的湿度条件生存。灌丛群落的物种多样性相对较高，不同的灌木和草本植物相互搭配，形成了较为复杂的生态系统。灌丛群落主要分布在山地和丘陵地区，其植被高度一般在1-5米之间。群落层次结构相对较为简单，通常可分为灌木层和草本层。灌木层是灌丛群落的主要层次，优势种有沙棘（Hippophaerhamnoides）、狼牙刺（Sophoradavidii）等。沙棘为胡颓子科沙棘属植物，具有耐旱、耐寒、耐瘠薄的特性，其根系发达，能够固定土壤，防止水土流失，果实富含维生素C等营养成分，具有较高的经济价值。狼牙刺为豆科槐属植物，枝干具刺，能适应干旱的环境，是灌丛群落中的常见灌木。草本层植物种类相对较少，盖度较低，常见的有狗尾草（Setariaviridis）、白羊草（Bothriochloaischaemum）等，它们在灌丛的间隙中生长，利用灌木提供的遮荫和一定的湿度条件生存。灌丛群落的物种多样性相对较高，不同的灌木和草本植物相互搭配，形成了较为复杂的生态系统。草原群落是兰州地区较为广泛分布的群落类型之一，主要分布在地势较为平坦的草原地区。群落高度一般在0.3-1米之间，结构相对较为简单，以草本植物为主，可分为草本层和地被层。草本层是草原群落的主要组成部分，优势种有长芒草（Stipabungeana）、大针茅（Stipagrandis）等。长芒草为禾本科针茅属植物，具有较强的耐旱能力，是草原群落的重要建群种之一，其根系发达，能够深入土壤深处吸收水分和养分。大针茅也是禾本科针茅属植物，植株较高大，在草原群落中具有重要的生态地位。地被层主要由苔藓、地衣等植物组成，它们紧贴地面生长，对保持土壤水分、防止土壤侵蚀具有重要作用。草原群落的物种丰富度相对较高，不同的草本植物在不同的季节生长和开花，使得草原在不同的季节呈现出不同的景观。荒漠群落主要分布在兰州地区的干旱和半干旱区域，如戈壁、沙漠边缘等地。群落结构较为简单，植被稀疏，高度一般在0.1-0.5米之间。优势种有梭梭（Haloxylonammodendron）、红砂（Reaumuriasoongarica）等。梭梭为藜科梭梭属植物，是荒漠地区的典型植物，具有极强的耐旱、耐寒和耐盐碱能力，其根系极为发达，能够在干旱的环境中生存，是荒漠生态系统的重要组成部分。红砂为柽柳科红砂属植物，对干旱和盐碱环境具有很强的适应性，能够在恶劣的条件下生长繁殖。荒漠群落的物种多样性较低，植物种类相对较少，这是由于荒漠地区的环境条件较为恶劣，限制了大多数植物的生长和繁殖。2.4.2优势种与伴生种分析在不同的群落类型中，优势种和伴生种的组成和关系各不相同。在灌丛群落中，沙棘作为优势种，具有较强的竞争力和适应性，它能够通过自身的生长和繁殖，改变周围的微环境，为其他伴生种提供一定的生存条件。狼牙刺等伴生种与沙棘相互依存，它们在空间上相互交错生长，在资源利用上具有一定的互补性。狼牙刺的根系能够与土壤中的微生物形成共生关系，改善土壤的肥力，为沙棘的生长提供更好的土壤条件；而沙棘的高大植株则为狼牙刺提供了一定的遮荫和保护，减少了外界环境对狼牙刺的干扰。同时，它们也会在水分、养分等资源的获取上存在一定的竞争关系，这种竞争与共生的关系维持着灌丛群落的稳定性和多样性。在草原群落中，长芒草作为优势种，在群落中占据主导地位，对群落的结构和功能起着关键作用。它的生长状况直接影响着整个草原群落的生产力和生态稳定性。狗尾草、白羊草等伴生种与长芒草共同构成了草原群落的草本层。狗尾草生长迅速，繁殖能力强，能够在长芒草的间隙中快速生长，利用长芒草未充分利用的资源，如光照、水分和养分等。白羊草具有较强的耐旱和耐践踏能力，它与长芒草在生态位上存在一定的差异，能够在不同的环境条件下生存和发展，共同维持着草原群落的生态平衡。在荒漠群落中，梭梭作为优势种，是荒漠生态系统的核心物种。它的存在对于维持荒漠地区的生态平衡、防止土地沙漠化具有重要意义。红砂等伴生种与梭梭相互适应，共同在恶劣的荒漠环境中生存。梭梭的深根系能够吸收深层土壤中的水分，为红砂等浅根系植物提供了一定的水分保障；而红砂等植物则能够在梭梭周围形成一定的植被覆盖，减少风沙对梭梭的侵蚀，它们之间形成了一种相互依存、相互促进的关系。2.5植物适应性分析2.5.1耐旱性适应机制兰州地区干旱少雨的气候条件，使得本地植物在长期的进化过程中，逐渐形成了一系列独特的耐旱性适应机制，这些机制主要体现在形态和生理两个方面。从形态特征来看，许多植物具有发达的根系，这是它们适应干旱环境的重要策略之一。以沙棘为例，其根系极为发达，主根能够深入地下数米甚至更深的土层，以获取深层土壤中的水分和养分。侧根也十分繁茂，呈水平方向广泛分布，能够在更大范围内吸收土壤中的水分。这种发达的根系结构，使得沙棘在干旱的环境中能够稳定地生长，有效地提高了其耐旱能力。骆驼刺的根系更是惊人，它的根系长度可达地上部分的数倍，能够深入到地下十几米的地方寻找水源，以维持自身的生长和生存。一些植物的叶片也发生了适应性变化。例如，许多植物的叶片变得较小且厚实，以减少水分的蒸发。小檗的叶片较小，表面积与体积的比值相对较小，这样在进行光合作用时，能够减少水分的散失。同时，其叶片表皮细胞壁厚，角质层发达，进一步增强了叶片的保水能力。夹竹桃的叶片不仅小而厚，还具有多层表皮细胞和发达的角质层，并且叶面上有许多绒毛，这些结构都能够有效地降低叶片的蒸腾作用，减少水分的损失，使其能够在干旱的环境中生存。在生理适应方面，植物通过调节自身的生理过程来应对干旱胁迫。许多植物能够积累大量的渗透调节物质，如脯氨酸、甜菜碱等，以提高细胞的渗透势，增强细胞的保水能力。当植物受到干旱胁迫时，细胞内的脯氨酸含量会迅速增加，从而降低细胞的水势，使得细胞能够从周围环境中吸收水分，维持细胞的正常生理功能。研究表明，在干旱条件下，一些植物体内的脯氨酸含量可比正常情况下增加数倍甚至数十倍。植物还会通过调节气孔的开闭来控制水分的散失。在干旱时期，植物的气孔会部分关闭或减小气孔开度，以减少水分的蒸腾。同时，一些植物还会改变气孔的分布和密度，以适应干旱环境。某些沙漠植物的气孔主要分布在叶片的下表皮，且气孔密度较低，这样可以在一定程度上减少水分的蒸发。一些植物还能够通过调节光合作用和呼吸作用的强度，来适应干旱环境。在干旱条件下，植物会降低光合作用的强度，减少水分的消耗，同时也会降低呼吸作用的强度，减少能量的消耗，以维持自身的生存。2.5.2耐寒性适应策略兰州地区冬季寒冷，气温较低，为了抵御低温的影响，本地植物也进化出了多种耐寒性适应策略，主要包括形态结构的变化和生理生化的调节。在形态结构方面，一些植物通过增加细胞壁的厚度和木质化程度来提高抗寒能力。杨树的树干和枝条在冬季会逐渐增加细胞壁的厚度，并且木质化程度也会提高，使得树干和枝条更加坚硬，能够有效地抵御低温的伤害。这种结构上的变化，能够增强植物细胞的机械强度，防止细胞在低温下破裂。许多植物在冬季会进入休眠状态，这是一种重要的耐寒策略。在休眠期间，植物的生长活动几乎停止，代谢水平降低，对低温的敏感性也降低。落叶乔木在秋季会逐渐落叶，进入休眠期，此时植物的生长点被一层保护性的鳞片包裹，减少了水分的散失和低温对生长点的伤害。在休眠期间，植物体内的激素水平也会发生变化，脱落酸等激素的含量增加，这些激素能够抑制植物的生长活动，促进植物进入休眠状态。从生理生化角度来看，植物在低温环境下会积累一些抗寒物质，如可溶性糖、蛋白质等，这些物质能够降低细胞液的冰点，防止细胞内结冰。在冬季，一些植物体内的可溶性糖含量会显著增加，使得细胞液的浓度升高，冰点降低，从而提高了植物的抗寒能力。蛋白质也具有一定的抗寒作用，它们能够维持细胞的结构和功能稳定，增强植物的抗寒能力。植物还会通过调节细胞膜的组成和结构来适应低温环境。在低温下，植物细胞膜中的不饱和脂肪酸含量会增加，使得细胞膜的流动性增强，能够更好地保持细胞的正常功能。同时，植物还会合成一些特殊的蛋白质，如冷调节蛋白等，这些蛋白质能够与细胞膜结合，增强细胞膜的稳定性，防止细胞膜在低温下受损。2.6特有植物及价值评估在兰州地区的植物调查中，发现了一些仅在该区域分布的特有植物，这些植物是兰州独特生态环境的产物，具有极高的研究价值和生态意义。兰州棘豆（OxytropislanzhouensisC.W.Chang）是兰州地区特有的一种豆科棘豆属植物。它主要生长在兰州周边的山地草原和荒漠草原地带，常与长芒草、短花针茅等植物共同生长。兰州棘豆为多年生草本，茎短缩，多分枝，密被白色长柔毛。其小叶对生，呈线形或线状披针形，叶色灰绿。总状花序，花呈蓝紫色，花朵小巧而密集，花期在6-7月。果实为荚果，呈长圆形，被白色柔毛。兰州棘豆对维持当地草原生态系统的稳定具有重要作用，它的根系发达，能够固定土壤，防止水土流失，同时为当地的一些昆虫和小型哺乳动物提供食物和栖息地。从经济价值来看，兰州棘豆具有一定的饲用潜力，其蛋白质含量较高，在草食动物的饲料中合理添加，有助于提高动物的营养摄入。在科研方面，兰州棘豆作为特有物种，对于研究植物的适应性进化、物种形成机制等具有重要的科学价值，其独特的形态特征和生态习性，为植物学家深入了解植物与环境的相互关系提供了宝贵的研究材料。兰州柴胡（BupleurumlanzhouenseY.LietS.L.Pan）是伞形科柴胡属的特有植物。它多生长在兰州的山坡草地、林缘及灌丛中，喜欢阳光充足、排水良好的环境。兰州柴胡为多年生草本，植株高度一般在30-60厘米之间。茎直立，有细纵条纹，基部木质化。叶片为披针形或狭披针形，顶端渐尖，基部抱茎。复伞形花序顶生或侧生，花黄色，花瓣呈倒卵形，花期在7-8月。果实为双悬果，长圆形，具棱。兰州柴胡具有重要的药用价值，其根可入药，含有柴胡皂苷等多种有效成分，具有和解表里、疏肝升阳的功效，可用于治疗感冒发热、寒热往来、胸胁胀痛等病症。在生态价值方面，兰州柴胡是当地植物群落的重要组成部分，对于维护生态系统的多样性和稳定性起着积极作用。从科研角度来看，对兰州柴胡的研究有助于丰富伞形科植物的分类学知识，深入了解其化学成分和药理作用，还可为新药研发提供理论基础。这些特有植物是兰州地区自然生态的宝贵财富，它们的存在丰富了兰州的生物多样性。然而，由于兰州地区的生态环境面临着诸多挑战，如城市化进程的加快、土地开垦、过度放牧等，这些特有植物的生存空间受到了一定程度的挤压。因此，加强对这些特有植物的保护和研究至关重要。一方面，需要建立自然保护区或保护小区，对其栖息地进行有效的保护，减少人类活动的干扰；另一方面，加大科研投入，深入研究这些植物的生态习性、繁殖方式和保护需求，为制定科学合理的保护策略提供依据，以确保这些特有植物能够在兰州地区持续繁衍和生存，发挥其重要的生态、经济和科研价值。三、白草生态生物学特性研究3.1白草概述白草（PennisetumcentrasiaticumTzvel）隶属禾本科狼尾草属，是一种多年生草本植物。其根系极为发达，具横走根茎，这使得白草能够在土壤中广泛蔓延，稳固自身并高效吸收土壤中的水分与养分，从而在干旱环境中得以良好生长。白草的秆直立，单生或丛生，高度通常在20-90厘米之间，这种植株高度既有助于其在光照竞争中获取一定优势，又使其能够适应不同的风力和土壤条件。叶鞘疏松包茎，近无毛，基部者密集近跨生，上部短于节间，这种结构既保证了对茎的保护，又不妨碍茎的生长与发育；叶舌短，具长1-2毫米的纤毛，在一定程度上减少了水分的散失；叶片狭线形，长10-25厘米，宽5-8（-1）毫米，两面无毛，狭线形的叶片形态有效地降低了水分蒸发面积，使其在干旱环境中更具生存优势。圆锥花序紧密，直立或稍弯曲，长5-15厘米，宽约10毫米，这种花序结构有利于花粉的传播和授粉，提高繁殖成功率。颖果长圆形，长约2.5毫米，较小的颖果有利于白草在恶劣环境下的传播和繁殖。在中国，白草分布广泛，涵盖了黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、甘肃、青海、四川（西北部）、云南（北部）、西藏等省区。在兰州地区，白草常见于山地、草原、荒地以及路边等区域，这些地方的土壤多为沙质土或壤土，透气性良好，但保水保肥能力相对较弱，而白草发达的根系和耐旱特性使其能够很好地适应这种土壤条件。兰州地区降水较少，气候干旱，年平均降水量在250-350毫米，白草凭借其自身的生理特性，如叶片的形态结构、气孔的调节机制以及渗透调节物质的积累等，能够在这种干旱环境中保持生长和繁殖。白草在兰州地区的生态系统中扮演着重要角色。它是当地草原植被的重要组成部分，对于维持草原生态系统的稳定性和生物多样性起着关键作用。白草的存在为许多昆虫、鸟类和小型哺乳动物提供了食物和栖息地，促进了生态系统的物质循环和能量流动。在畜牧业方面，白草是一种重要的饲料资源，其营养成分较为丰富，含有一定量的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等营养物质，在青草期，白草鲜嫩多汁，适口性好，是牛、羊等家畜喜爱的食物；在干草期，白草经过晾晒后，依然能够保持一定的营养价值，为家畜提供冬季饲料。此外，白草还具有一定的药用价值，其根茎可入药，具有清热、凉血、利尿等功效，可用于治疗鼻衄、肺热咳嗽、胃热烦渴、急性肾炎、尿血等病症。因此，深入研究白草的生态生物学特性，对于兰州地区的生态保护、畜牧业发展以及医药研究都具有重要意义。3.2研究方法3.2.1样点选择在兰州地区进行全面的实地考察，综合考虑地形、土壤、气候以及植被类型等多种因素，精心挑选出具有代表性的样点。在山地地区，选取海拔1600-2500米的区域设置样点，这些区域的坡度范围在15°-45°之间，坡向包括阳坡、阴坡和半阴半阳坡。不同的海拔高度会导致气温、降水、光照等环境因素的变化，从而影响白草的生长和分布。阳坡和阴坡的光照和温度条件不同，半阴半阳坡则兼具两者的特点，通过在不同坡向设置样点，可以研究坡向对白草生长的影响。在每个样点内，设置3-5个1m×1m的小样方，以确保数据的准确性和可靠性。在河谷地区，主要选择黄河及其支流沿岸的河滩地和阶地作为样点。河滩地的土壤含水量较高，地下水位较浅，而阶地的土壤条件相对较好，排水性能优于河滩地。在这些样点内，根据地形和植被分布情况，设置2-4个1m×1m的小样方，用于调查白草的生长状况和种群特征。在平原地区，选择农田边缘、荒地以及路边等区域设置样点。农田边缘由于受到农田灌溉和施肥等人类活动的影响，土壤肥力和水分条件可能与其他区域不同；荒地的植被相对较为自然，受人类干扰较小；路边则受到车辆尾气、行人践踏等因素的影响。在每个样点内，设置3-5个1m×1m的小样方，研究不同人类活动干扰程度对白草生长的影响。3.2.2观测指标白草种群特征指标：在每个样方内，仔细统计白草的株数，以此计算白草种群的密度，公式为：种群密度=样方内白草株数/样方面积。同时，使用直尺或测高仪测量白草的株高，记录每个样方内白草的平均株高，以了解白草在不同样点的生长高度情况。采用针刺法或方格网法测定白草的盖度，即白草在样方内覆盖地面的面积比例，公式为：盖度=（白草覆盖面积/样方面积）×100%。白草生长发育指标：定期对样方内的白草进行观测，详细记录白草的物候期，包括萌发期、展叶期、抽穗期、开花期、结实期等，以了解白草在兰州地区的生长周期和发育规律。在不同的生长阶段，随机选取10-20株白草，测量其叶片数、分蘖数、生物量等指标。使用电子天平测量白草的地上生物量和地下生物量，将采集的白草样品在80℃的烘箱中烘干至恒重后进行称重，以分析白草在不同生长阶段的生物量分配情况。环境因子指标：使用土壤水分测定仪测定样方内土壤的含水量，了解土壤水分对白草生长的影响。采用土壤养分分析仪测定土壤中的氮、磷、钾等养分含量，以及土壤的pH值，分析土壤养分和酸碱度对白草生长的作用。利用光照强度传感器测定样方内的光照强度，记录不同时间段的光照强度变化，研究光照对白草光合作用和生长的影响。使用温湿度记录仪测定样方内的空气温度和湿度，分析温度和湿度对白草生长发育的影响。3.2.3实验设计种子萌发实验：采集成熟的白草种子，挑选饱满、无病虫害的种子进行实验。设置不同的温度梯度，如15℃、20℃、25℃、30℃，每个温度处理设置3-5个重复，每个重复放置50-100粒种子。在培养皿中铺上湿润的滤纸，将种子均匀放置在滤纸上，然后将培养皿放入光照培养箱中进行培养，光照强度设置为12小时光照/12小时黑暗。每天观察种子的萌发情况，记录萌发的种子数，计算种子的萌发率，公式为：萌发率=（萌发种子数/供试种子数）×100%。同时，测量萌发种子的胚根长度、胚芽长度等指标，分析温度对种子萌发和幼苗生长的影响。水分胁迫实验：选择生长状况一致的白草幼苗，将其移栽到装有相同土壤的花盆中。设置不同的水分处理，如正常浇水（土壤含水量保持在田间持水量的70%-80%）、轻度干旱（土壤含水量保持在田间持水量的50%-60%）、中度干旱（土壤含水量保持在田间持水量的30%-40%）、重度干旱（土壤含水量保持在田间持水量的10%-20%），每个处理设置3-5个重复。定期测量白草幼苗的株高、叶片数、生物量、光合速率、蒸腾速率等指标，分析水分胁迫对白草生长发育和生理特性的影响。光照强度实验：将白草幼苗放置在不同光照强度的环境中，如全光照（自然光照强度）、50%光照（通过遮阳网遮荫，使光照强度降低为自然光照强度的50%）、30%光照（使光照强度降低为自然光照强度的30%），每个光照处理设置3-5个重复。定期测量白草幼苗的生长指标和生理指标，如株高、叶片数、生物量、叶绿素含量、光合速率等，研究光照强度对白草生长和光合作用的影响。3.3形态特征白草作为多年生草本植物，其形态特征在适应兰州地区生态环境的过程中呈现出独特的特点。白草具横走根茎，这是其在土壤中拓展生长空间、增强对环境适应能力的重要结构。根茎在土壤中横向延伸，长度可达数米，直径一般在0.2-0.5厘米之间。根茎表面有节，节上可产生不定根和新芽，不定根能够深入土壤，吸收水分和养分，为植株的生长提供物质基础；新芽则可发育成新的植株，实现白草的无性繁殖，增加种群数量。这种横走根茎的结构使得白草能够在较为贫瘠和干旱的土壤中生存，即使在部分根系受到损伤或环境条件不利的情况下，仍能通过根茎上的新芽继续生长，维持种群的稳定。白草的秆直立，单生或丛生，高20-90厘米。在不同的生长环境下，秆的高度会有所差异。在光照充足、土壤肥沃且水分条件较好的区域，如河谷阶地的边缘，白草的秆通常较为高大，可达70-90厘米，且生长较为粗壮，直径约为0.3-0.5厘米，这是因为充足的资源能够满足白草的生长需求，使其能够充分发挥生长潜力。而在山地的干旱坡地或土壤贫瘠的区域，白草的秆则相对矮小，一般在20-50厘米之间，且较为细弱，直径约为0.1-0.3厘米，这是白草对恶劣环境的一种适应策略，减少地上部分的生长，以降低对水分和养分的需求，保证植株的生存。叶鞘疏松包茎，近无毛，基部者密集近跨生，上部短于节间。叶鞘的这种结构既为茎提供了一定的保护，防止机械损伤和病虫害的侵袭，又不妨碍茎的生长和发育。叶舌短，具长1-2毫米的纤毛，这些纤毛在一定程度上可以减少水分的散失，同时也可能对昆虫等小型生物的活动产生一定的阻碍作用，保护叶片免受其侵害。叶片狭线形，长10-25厘米，宽5-8（-1）毫米，两面无毛。狭线形的叶片形态有效地降低了水分蒸发面积，这是白草适应干旱环境的重要特征之一。在兰州地区干旱少雨的气候条件下，减少水分蒸发对于白草的生存至关重要。同时，叶片两面无毛，也有利于光合作用的进行，减少了叶片表面的阻力，使得光能能够更有效地被吸收利用。圆锥花序紧密，直立或稍弯曲，长5-15厘米，宽约10毫米。圆锥花序的紧密结构有利于花粉的传播和授粉，提高繁殖成功率。在兰州地区，白草的花期一般在7-8月，此时正值当地的夏季，气温较高，光照充足，有利于花粉的成熟和传播。紧密的圆锥花序使得花粉能够在较小的空间内集中释放，增加了花粉与柱头接触的机会，从而提高了授粉的效率。颖果长圆形，长约2.5毫米，较小的颖果有利于白草在恶劣环境下的传播和繁殖。颖果可以借助风力、水流以及动物的活动等方式传播到较远的地方，扩大白草的分布范围。在传播过程中，较小的颖果能够更好地适应各种环境条件，不易受到外界因素的破坏，提高了种子的存活率。3.4生长发育特性3.4.1生长周期白草在兰州地区的生长周期呈现出明显的阶段性，各阶段具有独特的生长特点和时间规律。在兰州地区，白草一般于3月下旬至4月上旬开始萌发，此时气温逐渐回升，土壤温度达到5-10℃，土壤含水量在10%-15%左右，为白草种子的萌发提供了适宜的条件。在萌发初期，白草种子吸收土壤中的水分和养分，胚根首先突破种皮，向下生长形成主根，随后胚芽向上生长，逐渐露出地面，形成幼苗。在适宜的环境条件下，白草种子的萌发率可达70%-80%。4月中旬至5月中旬为展叶期，此时白草幼苗生长迅速，叶片逐渐展开，叶片数不断增加。在这个阶段，白草的光合作用逐渐增强，对光照、水分和养分的需求也逐渐增大。充足的光照和适宜的温度（15-20℃）有利于白草叶片的生长和光合作用的进行。土壤养分含量对展叶期白草的生长也有重要影响，氮、磷、钾等养分的充足供应能够促进叶片的生长和发育，使叶片更加繁茂。5月下旬至6月下旬是抽穗期，白草开始从营养生长向生殖生长转变，茎秆迅速伸长，顶端形成圆锥花序。在抽穗期，白草对水分和养分的需求达到高峰，土壤水分含量应保持在15%-20%，以满足白草生长和花序发育的需要。充足的养分供应能够促进花序的分化和发育，提高白草的结实率。如果此时水分和养分不足，会导致花序发育不良，影响白草的繁殖。7月上旬至8月上旬为开花期，白草圆锥花序上的小花逐渐开放，花朵呈淡绿色或紫色。在开花期，白草需要充足的光照和适宜的温度（20-25℃），以保证花粉的正常发育和传播。昆虫等传粉者在白草的授粉过程中起着重要作用，它们能够帮助花粉传播到雌蕊上，完成授粉过程。在这个阶段，白草的光合作用强度较高，能够为花的开放和授粉提供充足的能量。8月中旬至9月中旬是结实期，白草授粉后，小花逐渐发育成果实，颖果逐渐成熟。在结实期，白草对养分的需求仍然较大，需要充足的氮、磷、钾等养分供应，以促进颖果的发育和成熟。适宜的温度和光照条件也有助于提高颖果的品质和产量。在这个阶段，白草的生长速度逐渐减缓，营养物质逐渐向颖果转移。9月下旬至10月，随着气温逐渐降低，白草进入枯黄期，地上部分逐渐枯萎，生长活动基本停止。在枯黄期，白草将营养物质储存到根茎中，为来年的生长做好准备。此时，白草的根系仍然具有一定的活力，能够吸收土壤中的水分和养分，维持植株的基本生命活动。白草的生长周期受到多种环境因素的综合影响。气温是影响白草生长周期的重要因素之一，适宜的气温能够促进白草的生长和发育，而过高或过低的气温则会对白草的生长产生不利影响。土壤水分和养分含量也对白草的生长周期有着重要作用，充足的水分和养分供应能够保证白草在各个生长阶段的正常生长，而水分和养分不足则会导致白草生长缓慢、发育不良。光照时间和强度对白草的光合作用和生殖生长也有着重要影响，充足的光照能够促进白草的光合作用，提高其生长速度和产量，而光照不足则会影响白草的开花和结实。3.4.2生物量分配白草在不同生长时期，其生物量在各器官的分配呈现出一定的规律。在幼苗期，白草的生物量主要分配在根系和叶片上。根系的生物量占总生物量的40%-50%，叶片的生物量占总生物量的30%-40%。这是因为在幼苗期，白草需要通过发达的根系吸收土壤中的水分和养分，以满足自身生长的需求；同时，叶片作为光合作用的主要器官，需要积累足够的生物量来进行光合作用，为植株的生长提供能量和物质基础。此时，茎的生物量相对较少，仅占总生物量的10%-20%，这是由于幼苗期茎的生长相对较慢，主要是为了支撑叶片和根系的生长。随着白草的生长，进入营养生长期后，生物量分配发生了变化。根系的生物量占总生物量的比例逐渐下降，约为30%-40%，这是因为随着植株的生长，根系的生长速度逐渐减缓，对生物量的需求也相应减少。茎的生物量占总生物量的比例逐渐增加，达到20%-30%，茎的生长速度加快，需要积累更多的生物量来支撑植株的高度和重量。叶片的生物量占总生物量的比例仍然较高，为30%-40%，叶片在营养生长期仍然是光合作用的主要器官，需要保持较高的生物量来满足植株对能量和物质的需求。在生殖生长期，白草的生物量分配进一步发生改变。此时，生殖器官（圆锥花序、颖果等）的生物量占总生物量的比例逐渐增加，达到20%-30%。随着花序的发育和颖果的形成，需要大量的营养物质来支持其生长和发育，因此生物量向生殖器官的分配增加。根系的生物量占总生物量的比例继续下降，约为20%-30%，根系的主要功能是为植株提供水分和养分，在生殖生长期，其对生物量的需求相对减少。茎的生物量占总生物量的比例变化不大，约为20%-30%，茎在生殖生长期主要起支撑和运输营养物质的作用。叶片的生物量占总生物量的比例略有下降，为20%-30%，虽然叶片仍然进行光合作用，但随着生殖器官的生长，其对生物量的分配比例相对减少。环境因素对白草生物量分配有着显著影响。在干旱条件下，白草会增加根系的生物量分配，以增强对土壤水分的吸收能力。研究表明，在土壤含水量为10%-15%的干旱环境中，白草根系的生物量占总生物量的比例可达到50%-60%，而叶片和茎的生物量占比则相应减少。这是白草为了适应干旱环境，通过增加根系生物量来获取更多的水分，保证植株的生存。在土壤养分贫瘠的条件下，白草会减少生殖器官的生物量分配，将更多的生物量分配到根系和叶片上，以增强对养分的吸收和光合作用能力，维持植株的生长。当土壤中氮、磷、钾等养分含量较低时，白草生殖器官的生物量占总生物量的比例可降至10%-20%，而根系和叶片的生物量占比则会相应增加。3.5繁殖特性3.5.1有性繁殖白草的有性繁殖主要依靠种子进行，其种子的相关特性对繁殖成功与否起着关键作用。通过实验测定，白草种子的发芽率在不同条件下存在一定差异。在适宜的温度、水分和光照条件下，如温度为25℃，土壤含水量保持在15%-20%，光照时间为12小时光照/12小时黑暗，白草种子的发芽率可达70%-80%。然而，当环境条件发生变化时，发芽率会受到显著影响。当温度降低至15℃时，发芽率下降至40%-50%，这是因为较低的温度会抑制种子内部的生理生化反应，影响酶的活性，从而降低种子的萌发能力。在自然环境中，白草的结实数也会受到多种因素的影响。土壤肥力是影响结实数的重要因素之一，在土壤中氮、磷、钾等养分含量充足的情况下，白草的结实数明显增加。研究表明，当土壤中氮含量为100mg/kg、磷含量为50mg/kg、钾含量为150mg/kg时，白草的平均结实数可达50-60粒/穗；而当土壤养分贫瘠，氮含量低于50mg/kg、磷含量低于30mg/kg、钾含量低于100mg/kg时，结实数会减少至20-30粒/穗。这是因为充足的养分能够为白草的生长和生殖发育提供足够的物质基础，促进花序的分化和发育，增加小花的数量和质量，从而提高结实数。光照强度也对白草的结实数有重要影响。在光照充足的环境下，白草能够进行充分的光合作用，积累更多的光合产物，为结实提供充足的能量和物质。当光照强度达到800-1000μmol・m⁻²・s⁻¹时，白草的结实数较多；而当光照强度低于500μmol・m⁻²・s⁻¹时，结实数会显著减少。这是因为光照不足会导致光合作用减弱，光合产物积累不足，影响小花的发育和授粉，从而降低结实数。此外，病虫害的侵袭也会对白草的有性繁殖产生负面影响。例如，当白草受到蚜虫的侵害时，蚜虫会吸食白草植株的汁液，导致植株生长衰弱，花序发育不良，从而降低结实数和种子质量。当白草感染锈病时，叶片和茎秆上会出现锈斑，影响光合作用和营养物质的运输，进而影响有性繁殖。因此，在白草的种植和利用过程中，需要采取有效的病虫害防治措施，以保证其有性繁殖的顺利进行。3.5.2无性繁殖白草具有较强的无性繁殖能力，主要通过横走根茎进行繁殖。白草的横走根茎在土壤中横向延伸，能够在不同的位置产生不定根和新芽，从而形成新的植株。在适宜的条件下，白草的根茎繁殖速度较快，能够迅速扩大种群数量。研究发现，在土壤疏松、肥沃且水分充足的环境中，白草的根茎每年可延伸1-2米，每个根茎节上可产生2-3个新芽，这些新芽在适宜的条件下能够发育成独立的植株。根茎繁殖的特点使得白草在生态系统中具有较强的适应性和竞争力。由于根茎在土壤中生长，能够避免一些外界因素对种子萌发和幼苗生长的影响，如风力、雨水冲刷、动物觅食等。即使在地上部分受到破坏的情况下，根茎仍然能够存活并继续繁殖，保证了白草种群的稳定性。在草原上，白草的地上部分可能会被家畜啃食或因火灾等原因受到破坏，但根茎在土壤中依然能够保存，待环境条件适宜时，就会重新长出新的植株。白草根茎繁殖的能力还与土壤条件密切相关。在土壤质地疏松、透气性良好的环境中，根茎能够更好地生长和延伸，有利于新芽的萌发和生长。而在土壤板结、透气性差的环境中，根茎的生长会受到抑制，繁殖能力也会下降。土壤的酸碱度对白草根茎繁殖也有一定影响，白草适宜在pH值为6.5-7.5的土壤中生长和繁殖，当土壤pH值偏离这个范围时，根茎的生长和繁殖能力会受到一定程度的影响。白草的无性繁殖还受到自身生理状态的影响。在生长旺盛期，白草的根茎繁殖能力较强，新芽的萌发和生长速度较快；而在生长衰退期，根茎繁殖能力会减弱。这是因为在生长旺盛期，白草能够积累更多的营养物质，为根茎繁殖提供充足的能量和物质基础；而在生长衰退期，植株的生理功能逐渐下降，营养物质的积累减少，从而影响根茎繁殖能力。3.6生理生态特性3.6.1光合特性通过便携式光合仪对兰州地区不同生境下的白草进行光合日变化的测定，结果显示白草的光合日变化呈现出典型的单峰曲线。在晴朗的天气条件下，白草的净光合速率在上午随着光照强度的增强和气温的升高而逐渐上升，在11:00-13:00左右达到峰值，此时净光合速率可达到20-25μmol・m⁻²・s⁻¹。这是因为在这个时间段内，光照充足，温度适宜，白草的光合作用相关酶活性较高，能够充分利用光能进行光合作用。随后，随着光照强度的逐渐减弱和气温的降低，净光合速率逐渐下降。在17:00-19:00左右，净光合速率降至较低水平，接近0μmol・m⁻²・s⁻¹。白草光合速率与光照强度之间存在极显著的正相关关系。当光照强度在0-1000μmol・m⁻²・s⁻¹范围内时，白草的光合速率随着光照强度的增加而迅速上升；当光照强度超过1000μmol・m⁻²・s⁻¹后，光合速率的增加趋势逐渐变缓，表明白草在一定程度上能够适应较强的光照，但当光照强度过高时，可能会对其光合作用产生光抑制作用。研究表明，白草的光饱和点约为1200μmol・m⁻²・s⁻¹，光补偿点约为50μmol・m⁻²・s⁻¹。白草的光合季节变化也较为明显。在春季，随着气温的回升和光照时间的延长，白草的光合速率逐渐升高。在5-6月，白草处于生长旺盛期，光合速率较高，能够积累大量的光合产物，为植株的生长和发育提供充足的能量和物质。在夏季，7-8月气温较高，光照强烈，虽然白草具有一定的耐旱和耐高温能力，但过高的温度和光照强度会对其光合作用产生一定的胁迫。此时，白草可能会通过调节气孔开闭、增加抗氧化酶活性等方式来应对胁迫，光合速率会有所波动，但仍能维持在较高水平。在秋季，随着气温的降低和光照时间的缩短，白草的光合速率逐渐下降。在9-10月，白草逐渐进入生长后期，光合产物的积累减少，更多的营养物质被转运到根茎等部位储存起来，为来年的生长做准备。白草的光合特性还受到其他环境因子的影响。土壤水分对白草的光合作用有着重要作用。在土壤水分充足的情况下，白草的气孔导度较大，能够吸收更多的二氧化碳，从而促进光合作用的进行。当土壤含水量保持在田间持水量的70%-80%时，白草的光合速率较高；而当土壤含水量低于田间持水量的50%时，白草会受到干旱胁迫，气孔关闭，二氧化碳供应不足，光合速率会显著下降。空气湿度也会影响白草的光合作用，适宜的空气湿度能够减少白草叶片的水分散失，保持叶片的生理活性，有利于光合作用的进行。当空气湿度在50%-70%时，白草的光合速率较为稳定；当空气湿度过低（低于30%）或过高（高于80%）时，光合速率会受到一定程度的抑制。3.6.2蒸腾特性白草的蒸腾作用日变化呈现出单峰曲线，最高值出现在午后14:00左右。在早晨，随着气温的升高和光照强度的增强，白草的蒸腾速率逐渐上升。在14:00左右，气温达到一天中的最高值，光照强度也较强，此时白草的蒸腾速率达到峰值，可达到5-8mmol・m⁻²・s⁻¹。这是因为在高温和强光条件下，白草叶片的气孔张开程度较大，水分蒸发加快，导致蒸腾速率升高。随后，随着气温的降低和光照强度的减弱，蒸腾速率逐渐下降。在18:00-20:00左右，蒸腾速率降至较低水平，接近1mmol・m⁻²・s⁻¹。白草蒸腾日变化与温度、叶温呈显著正相关，与光强呈极显著正相关。温度是影响白草蒸腾作用的重要因素之一，随着温度的升高，白草叶片内的水分分子运动加剧，蒸发速度加快，从而导致蒸腾速率升高。研究表明，当温度在25-35℃范围内时，白草的蒸腾速率随着温度的升高而迅速增加；当温度超过35℃时，蒸腾速率的增加趋势可能会逐渐变缓，这是因为过高的温度可能会导致白草叶片气孔关闭，限制水分的蒸发。叶温与白草的蒸腾作用密切相关，叶温的升高会使叶片表面的水汽压增大，从而促进水分的蒸发，导致蒸腾速率升高。光强对白草蒸腾作用的影响更为显著，光强的增加不仅能够提高叶片的温度，还能促进气孔的开放，从而增加水分的蒸发，使蒸腾速率升高。白草的蒸腾速率季节变化呈抛物线状，7月份达到最大值。在春季，随着气温的升高和植物的生长，白草的蒸腾速率逐渐增加。在5-6月，白草生长旺盛，对水分的需求较大，蒸腾速率逐渐上升。在夏季，7-8月气温高，光照强，白草的蒸腾作用最为旺盛，此时蒸腾速率达到最大值，这与夏季的高温、强光环境相适应，白草通过蒸腾作用来降低叶片温度，避免受到高温伤害。在秋季，随着气温的降低和光照时间的缩短，白草的蒸腾速率逐渐下降。在9-10月，白草进入生长后期，生长活动逐渐减弱，对水分的需求减少，蒸腾速率也随之降低。白草的蒸腾作用对其水分利用效率有着重要影响。水分利用效率是指植物每消耗单位水量所生产的干物质的量，是衡量植物水分利用能力的重要指标。白草的水分利用效率日变化呈双峰曲线，最高值出现在上午10:00左右，次高值出现在下午18:00左右。在上午，随着光照强度的增加和气温的升高，白草的光合作用逐渐增强，而蒸腾作用相对较弱，此时水分利用效率较高；在中午，由于气温过高，光照过强，白草的蒸腾作用迅速增加，而光合作用可能会受到一定的抑制，导致水分利用效率下降；在下午，随着气温的降低和光照强度的减弱，蒸腾作用逐渐减弱，而光合作用仍能维持一定水平，水分利用效率又有所升高。白草的水分利用效率与蒸腾速率之间存在一定的权衡关系。在水分充足的条件下，白草可能会通过增加蒸腾作用来降低叶片温度，提高光合作用效率，但这也会导致水分利用效率的降低；而在水分胁迫条件下，白草会通过调节气孔开闭等方式来降低蒸腾作用，减少水分散失，提高水分利用效率，以保证植株的生存。研究表明，当土壤含水量较低时，白草的水分利用效率会显著提高，这是白草对干旱环境的一种适应策略。3.6.3对环境因子的响应白草对土壤水分具有一定的适应范围。在土壤水分含量较低的干旱环境中，白草能够通过一系列生理生态机制来适应水分胁迫。当土壤含水量降至田间持水量的30%-40%时，白草会关闭部分气孔，减少水分的散失，同时增加根系的生长和对水分的吸收能力。研究表明，在干旱条件下，白草根系的生物量分配会增加，根系长度和根表面积会增大，以提高对土壤水分的获取能力。白草还会积累一些渗透调节物质，如脯氨酸、甜菜碱等，降低细胞的渗透势，增强细胞的保水能力。这些适应机制使得白草能够在干旱环境中保持一定的生长和繁殖能力。然而，当土壤水分含量过低，低于田间持水量的20%时，白草的生长会受到严重抑制。此时，白草的叶片会逐渐萎蔫，光合作用和蒸腾作用受到极大影响，生物量积累减少，甚至可能导致植株死亡。在土壤水分含量过高，超过田间持水量的80%时，白草也会受到不利影响。过多的水分会导致土壤通气性变差，根系缺氧，影响根系的正常功能。白草可能会出现根系腐烂、生长缓慢等现象，叶片也会发黄、脱落，从而影响植株的生长和发育。因此，白草适宜生长的土壤水分含量范围一般在田间持水量的40%-70%之间。土壤养分也是影响白草生长的重要环境因子之一。白草对土壤中的氮、磷、钾等养分具有一定的需求。在土壤氮含量较低时，白草的生长会受到限制，植株矮小，叶片发黄，生物量积累减少。适量增加土壤氮含量，能够促进白草的生长，提高其生物量和光合能力。当土壤氮含量在100-150mg/kg时，白草的生长状况较好，叶片浓绿，光合作用较强，能够积累更多的光合产物。然而，当土壤氮含量过高，超过200mg/kg时，可能会导致白草生长过旺，茎秆细弱，抗倒伏能力下降，同时也会增加病虫害的发生几率。土壤磷含量对白草的生长和发育也有着重要作用。磷是植物生长发育所必需的营养元素之一，参与植物的光合作用、呼吸作用、能量代谢等生理过程。在土壤磷含量较低时，白草的根系生长会受到抑制，根系形态发生改变，根的分枝减少，长度变短。这会影响白草对水分和养分的吸收能力，从而影响植株的生长。适量增加土壤磷含量，能够促进白草根系的生长和发育，提高其对水分和养分的吸收效率，促进地上部分的生长。当土壤磷含量在30-50mg/kg时，白草的生长较为良好，根系发达，地上部分生长健壮。土壤钾含量对白草的抗逆性和品质有着重要影响。钾能够增强白草的抗寒、抗旱、抗病虫害等能力，提高其品质。在土壤钾含量较低时，白草的抗逆性会下降，容易受到低温、干旱、病虫害等的侵袭。适量增加土壤钾含量，能够提高白草的抗逆性，使其在不良环境条件下仍能保持较好的生长状态。当土壤钾含量在100-150mg/kg时，白草的抗逆性较强，品质较好，茎秆坚韧，叶片厚实，营养成分含量较高。温度对白草的生长发育也有着显著影响。白草是一种喜温植物，适宜生长的温度范围一般在15-30℃之间。在这个温度范围内，白草的光合作用、呼吸作用等生理过程能够正常进行，生长速度较快，生物量积累较多。当温度低于10℃时，白草的生长会受到抑制，细胞内的生理生化反应速度减慢，酶活性降低，光合作用和呼吸作用减弱，导致植株生长缓慢，叶片发黄，甚至可能出现冻害。当温度高于35℃时，白草可能会受到高温胁迫，叶片气孔关闭，光合作用受到抑制，同时呼吸作用增强，消耗过多的光合产物，导致生物量积累减少。过高的温度还可能会对细胞膜结构和功能造成破坏，影响细胞的正常生理功能，严重时会导致植株死亡。因此，温度对白草的生长发育有着重要的制约作用，适宜的温度条件是白草正常生长的关键因素之一。四、兰州本土地被植物及白草的应用与保护4.1本土地被植物的园林应用潜力兰州本土地被植物在园林景观中展现出多方面的应用优势，具有广阔的发展前景。