甘肃民勤沙生植物园荒漠植物引种驯化研究综述.pdf

/甘肃民勤沙生植物园荒漠植物引种驯化研究综述赵鹏 纪永福 唐进年 李昌龙 李得禄(甘肃省治沙研究所 甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站 甘肃 兰州 兰州大学 大气科学博士后流动站 甘肃 兰州 甘肃临泽荒漠生态系统国家定位观测研究站 甘肃 临泽)摘要:据统计我国荒漠维管束植物有 科 属 种 不仅在防风固沙、改善生态环境方面发挥着重要作用 而且为人类提供重要生活资料 是维系生态平衡、经济和社会可持续发展的宝贵种质资源 以我国第一座荒漠植物园民勤沙生植物园为案例 对荒漠植物引种驯化工作进行了回顾总结 同时指出未来发展的方向民勤沙生植物园先后引进各类植物 余种 成功筛选出梭梭、拧条锦鸡儿、细枝羊柴等 余种优良防风固沙造林树种 通过开展蒙古韭、沙蓬、斧翅沙芥、锁阳、肉苁蓉等沙漠经济植物种的驯化栽培与示范推广 丰富了农村产业结构 辐射带动了区域经济发展 未来荒漠区植物引种驯化应面向和美乡村建设与产业发展需求充分利用甘肃省民勤治沙站荒漠植物国家林木种质资源库平台 强抓国家植物园建设机遇 重视对野生荒漠草本植物种质资源的引种驯化 加强荒漠区林草新品种培育 以期为我国西北风沙区乡村振兴提供技术支撑关键词:荒漠植物 引种驯化 乡村振兴 民勤沙生植物园中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.().第 卷 期 年 月 西 部 林 业 科 学 收稿日期:基金项目:国家自然科学青年基金()年陇原青年英才项目(号)甘肃省林业和草原局自列项目()第一作者简介:赵鹏()男 研究员 主要从事荒漠化防治研究工作:通信作者简介:纪永福()男 研究员 主要从事荒漠植物多样性保护研究:.:林草种质资源是国家战略性、基础性资源 是林业生态建设、草原生态修复和现代畜牧业发展的基础支撑 发展现代林草种业 有效破解制约林草种业发展的“卡脖子”和瓶颈问题 提升林草种业发展水平与供给能力 是深入贯彻落实习近平总书记生态文明思想的具体举措 对构建祖国北方重要生态安全屏障、促进生态优先和绿色高质量发展具有重大意义 年我国启动首次林草种质资源普查 力争用 年时间基本摸清我国种质资源家底收集保存各类林草种质资源 份 林草种质资源 样本 份 使我国珍稀濒危、重要乡土乔灌木树种、竹类、藤本植物、野生花卉及具有重要利用价值和潜在利用价值的草本植物种质资源得到安全保存 为我国林草事业发展和生态保护修复提供基础保障 植物园是引种驯化、迁地保护和开发利用植物多样性的主要基地 也是科学研究、科学普及和文化休闲的重要场所 全球植物园迁地保护了 种植物 约占全球植物总数的 并且保护了超过 的受威胁物种同时 全球 多座种质资源库收藏作物资源 份 我国已建成各类植物园约 余个 迁地栽培植物约 科、属、种 其中 药用植物园 座 已引种保存全国本土药用植物约 余种 约占我国药用植物资源的 迁地保护珍稀濒危物种 多种 年 潘伯荣等系统总结 年固沙植物引种驯化经验 在气候相似论、并行指示法等理论和方法基础上 提出了指导固沙植物引种驯化的生物气候带理论 极大地推动了我国沙漠改造和治理工作 民勤沙生植物园是我国第一座具有荒漠特色的沙旱生植物园 现隶属于甘肃省治沙研究所 占地面积 长期开展沙旱生植物的引种驯化与开发利用 为西北荒漠区物种多样性保护及生境环境建设发挥了重要作用 世纪 年代末为治理沙害 中国科学院在民勤西沙窝建立了民勤治沙综合试验站 针对植物治沙实践中物种贫乏的实际问题 原国家科委于 年下达了建立民勤沙生植物园的任务 填补了我国沙旱生植物家化栽培的空白 旨在为西北地区风沙灾害防治收集、挖掘适宜植物种 目前民勤沙生植物园建设项目曾获原林业部科技成果三等奖 建园至今共引进国内外各类植物 余种 其中防风固沙植物种 余种 沙生经济植物 余种 园林植物 余种珍稀濒危植物 种 持续开展迁地保护与驯化栽培研究 取得了较好的社会经济生态效益 植物园概况民勤沙生植物园以沙旱生植物引种驯化和栽培选育为核心任务 为沙区植被恢复与重建、植物资源保护与利用提供物质基础与技术支撑 素有“大漠明珠”的美誉 园内现有柽柳()、锦鸡儿()、枣树()、沙拐枣()、麻黄()个植物专属区设有珍稀濒危植物、药用植物、经济植物、松柏植物、观赏植物、沙生植物、乔木植物等 个综合区和 个荒漠植物标本园 另建有科技成果展览室、动物标本展览室 以及荒漠植物标本与种子研究室 建立了“甘肃荒漠种子植物种质资源信息共享平台”出版 甘肃木本植物名录干旱荒漠区樟子松研究 干旱荒漠区植物引种驯化中国荒漠植物图鉴 民勤沙生植物园图鉴 等专著 余本 科普教育是民勤沙生植物园长期坚持的重要工作 先后被武威市旅游局、甘肃省科技厅、中国林学会评为特色科普基地 还被列为全国生态旅游数据采集单位 虽然地处偏远的小乡村 但 年成立至今 民勤沙生植物园共接待国内外参观者近 人次 已成为西北地区荒漠化防治及荒漠生物多样性保护主题的特色科普基地 为沙区公众科学素养的提升作出了重要贡献 随着生态旅游和科普研学的兴起与发展 民勤沙生植物园科普对象在大众化、专业化、国际化的基础上呈现西 部 林 业 科 学 年出年轻化的特点 科普内容及形式也逐步实现了精准设计 依托甘肃民勤荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站的荒漠生态长期观测研究积淀 通过挖掘整合优秀科研成果和优势科技力量 创作荒漠特色系列科普作品 建立青少年科普宣传与自然教育协同平台 探索科普教育多元投入机制 目前民勤沙生植物园已成为沙区家喻户晓的科普教育基地和讲好中国治沙故事的重要窗口 荒漠植物引种驯化综述 防风固沙造林树种及相关研究 世纪 年代以来 老一辈科技人员从新疆引进国家二级保护植物梭梭()进行育苗、固沙造林试验获得成功 在民勤风沙线推广营造 提出了“黏土沙障梭梭”固沙造林模式 获 年全国科学技术奖 但到 年代人工梭梭林出现了林分衰败和枯死现象 随后对梭梭固沙林衰亡原因及其防治途径进行了深入研究 提出梭梭瘤锈病预防措施 张孝仁等研究发现 种柽柳耐盐性强弱的顺序为:短穗柽柳()甘肃柽柳()长穗柽柳()多花柽柳()甘蒙柽柳()密花柽柳()多枝柽柳()沙木蓼()在甘肃民勤沙区的引种造林已有多年 实践表明它确是较好的固沙树种高志海等通过栽培试验表明耐旱力从大到小的顺序为锐枝木蓼()、拳木蓼()、刺木蓼()、额河木蓼()、东北木蓼()、沙木蓼 利用非称量蒸渗仪赵明等研究了沙枣()、新疆杨()、花棒()、沙木蓼、柠条()、梭梭、白皮沙拐枣()共 种植物的耗水日进程变化 花棒、梭梭、沙拐枣()为沙丘最佳造林树种 沙棘()、沙枣、多枝柽柳是丘间低地造林的最佳树种 二白杨()、钻天杨()和沙枣、沙棘、蒙古柳()等为疏透型防护林带的最佳树种 沙枣和柽柳为紧密型防护林带的最佳树种 配置方式以隔行混交为宜 锦鸡儿专属区先后引种刺叶 锦 鸡 儿()、黄 刺 条()、树锦鸡儿()、边塞锦鸡儿()、中间锦鸡儿()、小叶锦鸡儿()、甘蒙锦鸡儿()、粉刺锦鸡儿()、秦晋锦鸡儿()、荒漠锦鸡儿()、红花锦鸡儿()、狭叶锦鸡儿()、藏锦鸡儿()、南 口 锦 鸡 儿()、中 亚 锦 鸡 儿()、川西锦鸡儿()等种观测积累了长期物候资料 目前 梭梭、柽柳、柠条、花棒、新疆杨已成为河西走廊防护林建设的首选造林树种 在绿洲边缘构筑起防风固沙林带对改善小气候、改良土壤、保护生物多样性和增加碳汇发挥着重要作用 荒漠珍稀濒危植物及相关研究 年 科技人员自内蒙古、宁夏大量引进栽培荒漠濒危植物沙冬青()开展了直播育苗和造林试验 取得较好效果 同时对阿拉善荒漠区不同生境出现的 种沙冬青种群的生态格局、密度特征、形态格局和动态特征进行了对比研究 此外 研究了沙冬青茎干液流在不同季节和天气条件下的日变化特征及其与环境气象因子的关系 通过野外样方调查、种子鉴定及种子发芽等相结合的方式 对天然沙冬青种群种子库进行研究 以蒙古沙冬青和新疆沙冬青为材料 在不同浓度的 (、和)胁迫处理下研究了干旱胁迫对种子萌发和幼苗生长的影响解决了干旱荒漠区濒危植物沙冬青种子萌发条件及容器育苗关键技术难题 建立了沙冬青容器育苗生产线 实现了沙冬青育苗的本地化、规模化 为沙冬青人工种群建立奠定了坚实的基础 相关成果获甘肃省科技进步二等奖 年春 从内蒙古阿右旗引进野生蒙古扁桃()同期定植 开花结实 继而分年就地采种、繁殖通过连续 定株观测方法 研究了蒙古扁桃物候期对应气候因子指标、年株高变化、地径生长、冠幅变化及根系变化规律 将蒙古扁桃种子消毒后接种于 培养基中 以种子萌发后长成的无菌苗茎、叶、芽等为外植体 通过一定的诱导培养基 形成再生苗 该方法在很大程度上降低了外植体的污染率 提高了培育效率 降低了培育成本 蒙古扁桃的人工繁育技术已十分成熟 被广泛应用于荒山造林绿化 全面系统调查研究了国家二级保护植物绵刺()的分 第 期 赵鹏等:甘肃民勤沙生植物园荒漠植物引种驯化研究综述布面积、地域和生境 群落结构、组成和区系成分、生长发育规律和繁殖方式以及形态特征和解剖结构 查清了绵刺濒危原因并成功地进行了人工繁育试验濒危荒漠植物沙生柽柳()作为我国荒漠区特有物种 天然分布范围小 分布生境严酷 依托国家自然科学地区基金项目“固定流沙先锋树种沙生柽柳无性繁殖生根机理研究”掌握了沙生柽柳无性繁殖特性 优化沙生柽柳无性繁殖生根条件 筛选出了沙生柽柳无性繁育诱导激素 完成了濒危植物翅果油树()种质资源在河西走廊的引进与推广示范 此外 还对荒漠珍稀濒危植物准噶尔无叶豆()、银砂槐()、半 日 花()、裸果木()、四合木()进行了人工繁育研究 沙生经济植物及相关研究麻黄属()植物是重要的药用植物 也是河西走廊荒漠植被区系的主要建群种 天然分布于平原、山麓、丘陵及低山区 民勤沙生植物园对中麻黄()、膜果麻黄()、草麻黄()、木贼麻黄()、斑子麻黄()成功进行了迁地保护 并在盐碱地治理中进行了应用推广 沙米()作为广泛分布于干旱或半干旱沙区的典型一年生植物 是重要的野生经济植物资源 其凭借超强的生态适应力、丰富的营养成分、多方面的应用价值 已成为一种极具开发潜力的植物 沙米种子寿命会随着贮存时间的增加而下降 赤霉素可以破除沙米种子的休眠 对种子的萌发具有显著促进作用 沙米出苗水分阈值的影响因素除种子本身的阶段性休眠特征外 还与环境气温有关 环境气温越高 沙米出苗的水分阈值下限越低 反之则越高 干旱和风沙流胁迫均会抑制沙米进行光合作用 浇水和设挡风墙则可以提高沙米的光合性能 成功选育出新品种腾格里 号沙蓬腾格里 号沙蓬 黑果枸杞()集经济价值和盐碱地绿化价值于一身是优良的耐盐耐旱植物 以新疆、青海、甘肃和宁夏的 个种源黑果枸杞为研究对象 观测研究结果显示:不同种源黑果枸杞的物候期和生长存在明显差异 年均温可影响黑果枸杞的物候期 而海拔和年太阳总辐射可影响其干果中原花青素含量系统性地总结了干旱荒漠区斧形沙芥()露地人工种植关键技术、温室栽培关键技术 斧形沙芥在人工栽培条件下 叶和水平根系生长量和生物量的增长均符合指数函数规律 具有生长速度快、产量高、抗逆性强的特点适合在干旱荒漠区示范推广 盐爪爪()种子有益营养成分种类丰富 可作为高蛋白、高粗纤维、富铁功能型食品加工的理想原料 蒲公英()适合动物营养需求 蒲公英草粉添加到家禽日粮 鸡发病率降低和死亡率降低 以添加量为效果最好 随着人们对健康的关注度日益提高 沙生经济植物开发利用逐渐向产品化、市场化等深层次方向发展蒙古韭()又名沙葱 在中国的分布区约在、之间 包括陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、新疆、青海 省(区)由于生境差异 蒙古韭不同群落中物种组成及结实特性差异很大 甘肃沙葱种群及群落表现出均匀度低、优势度高、分布范围广、群落结构单一、适应性极强、具有地域性等特征 沙 葱 根、茎、叶 结 构 都 具 有 抗 旱 性 特征 可作为一种理想的沙漠野生蔬菜 国内最早在民勤沙生植物园进行驯化栽培 研究提出了民勤绿洲沙葱人工种植和利用技术 试验得出丰产栽培的适宜播种密度为株行距 大田栽培沙葱 月中旬的日平均净光合速率(以 计)分别为 、和 /()呈不断降低趋势 水汽压、空气相对湿度、日照时数和气温是影响沙葱高生长的主要因子 地表温度、蒸发量、平均风速和气压是影响沙葱高生长的次要因子 沙葱刈割后 高生长和粗生长最快 高生长平均达 /驯化沙葱的营养成分同野生沙葱完全相同 但含量发生了变化 常量矿物质及微量元素和水分含量明显增加 沙葱对大气干旱和土壤干旱均具有较强的适应能力 沙葱出苗率与土壤透气性显著正相关 砂土透气性好 沙葱出苗率最高 幼苗生长不仅与土壤透气性有关 而且与土壤养分含量有关 研发的沙葱家化栽培技术、丰产理论及产业化发展获得甘肃省科技进步三等奖 沙葱人工种植也成为民勤县乡村振兴的特色支柱产业 国外植物引种驯化同时注重国外种质资源的引进与驯化利用 通西 部 林 业 科 学 年过“绵毛优若藜()良种及栽培技术引进”项目初步确定了爱达荷州的种源更适合我国干旱半干旱区种植 掌握了绵毛优若藜流动沙丘和黄土丘陵雨季造林技术 绵毛优若藜的良种及栽培技术引进获甘肃省科技进步三等奖 通过从国外引进优质种子 在民勤治沙综合实验站温室大棚内进行意大利石松()引种栽培试验 从美国引进四翅滨藜()并接种肉苁蓉()已获成功 为盐碱地的可持续利用提供了技术支撑 结论与展望 年国家林业和草原局批准依托民勤沙生植物园建设甘肃省民勤治沙站荒漠植物国家种质资源库 为提升荒漠植物引种驯化水平和质量提供了重要平台 建园 年以来 民勤沙生植物园辐射带动周边区域农民发展苗木繁育产业 引导农民成立苗木生产专业合作社 积极提供各类苗木供求信息 促进了农业产业结构调整 增加了农民收入荒漠植物引种为荒漠化地区绿色发展提供了重要的种质资源 未来宜加强以下 方面能力建设 更好助力乡村振兴战略()抓住国家植物园建设机遇 加强荒漠植物引种驯化人才队伍建设 按照国家植物园体系建设目标 到 年将设立 个左右国家植物园使 以上的国家重点保护野生植物、以上我国珍稀濒危野生植物得到迁地保护 初步建立协同高效的国家植物园管理机制 到 年 力争设立 个左右国家植物园 使 以上的国家重点保护野生植物、以上我国珍稀濒危野生植物得到有效迁地保护 基本覆盖我国生物多样性保护优先区域 基本建成较为完善的国家植物园体系 民勤沙生植物园应强化人才队伍建设 加大植物学、生物学及作物栽培学等相关专业人才的引进培养力度 整合组建荒漠植物引种驯化研究团队 增进与国内外高校、科研院所的合作交流 积极主动融入国家植物园建设体系 打造荒漠植物引种驯化人才创新中心()重视荒漠野生草本植物驯化栽培 挖掘筛选潜在抗逆性新品种 荒漠草本植物是荒漠生态系统物种多样性的主体 对风沙环境及贫瘠土壤的适应能力强 同时具有丰富的营养价值 未来气候变化、水资源亏缺及城市化扩展的背景下 可利用的耕地面积将不断缩小 而人口不断增多 粮食安全将受到威胁 积极驯化筛选荒漠抗逆性植物资源 培育能在盐碱地、荒漠化土地生长的草本植物新品种 将扩展未来可耕种土地面积 为应对未来人类粮食危机提供解决方案()加强荒漠林草新品种培育 提高种质资源创新利用水平国家林业和草原局发布的 关于推进种苗事业高质量发展的意见 明确提出:到 年 我国主要造林树种良种使用率要达到 商品林全部实现良种化 草种自给率明显得到提升 种质资源保护利用制度基本建立 种子生产供应体系更加健全 种苗事业迈入高质量发展的新阶段 以国家政策为导向 立足防沙治沙和乡村振兴对优良种质资源的需求 民勤沙生植物园宜依托荒漠植物国家林木种质资源库 在广泛引种驯化的基础上 运用基因学、育种学理论方法与技术手段 全方位开展荒漠林草新品种培育 切实提高荒漠种质资源的创新利用水平 要坚持迁地保护优先理念 在深入评价迁地植物区系的价值基础上 开展高水平科学研究 推进植物保护研究、资源发掘应用和经济社会可持续发展参考文献:董建林.建设现代林草种业推进绿色高质量发展.北方经济():.农夫宋峥.我国启动首次林草种质资源普查工作.绿色中国():.洪德元.三个“哪些”:植物园的使命.生物多样性():.周桔杨明文香英等.加强植物迁地保护促进植物资源保护和利用.中国科学院院刊():.黄宏文张征.中国植物引种栽培及迁地保护的现状与展望.生物多样性():.李标魏建和王文全等.推进国家药用植物园体系建设的思考.中国现代中药():.潘伯荣.我国固沙植物引种的历史及展望.中国沙漠():.李昌龙李爱德.干旱区药用植物资源的保护与开发利用 以民勤沙生植物园为例.干旱区资源与环境():.高志海.民勤沙生植物园引种工作概况.中国沙漠():.黄子琛刘家琼路作民.民勤地区梭梭固沙林衰亡原因的初步研究.林业科学():.第 期 赵鹏等:甘肃民勤沙生植物园荒漠植物引种驯化研究综述丁声怀王继和黄子琛.民勤沙区梭梭固沙林衰亡原因及其防治途径的初步研究.甘肃林业科技():.刘家琼黄子琛鲁作明等.对甘肃民勤人工梭梭林衰亡原因的几点意见.中国沙漠():.姜怀瑞.甘肃民勤沙区梭梭瘤锈病严重.森林病虫通讯():.张孝仁徐先英.柽柳属种间耐盐性比较试验.中国沙漠():.徐呈祥.沙木蓼在甘肃民勤沙区的适应表现及其固沙造林的关键技术.甘肃林业科技():.高志海胡影张盹明.木蓼属 种植物水分生理特征的主成分分析.甘肃林业科技():.赵明李爱德王耀琳等.沙生植物的蒸腾耗水与气象因素的关系研究.干旱区资源与环境():.廖空太.防风固沙林优化模式的树种选择及其配置.甘肃林业科技():.张芝萍李得禄杜娟等.干旱荒漠区 种锦鸡儿属植物物候特征研究.中国农学通报():.刘生龙王俊年.旱生常绿灌木沙冬青引种试验报告.甘肃林业科技():.尉秋实王继和李昌龙等.不同生境条件下沙冬青种群分布格局与特征的初步研究.植物生态学报():.郭树江徐先英杨自辉等.干旱荒漠区沙冬青茎干液流变化特征及其与气象因子的关系.西北植物学报():.张进虎王翔宇张亮霞等.天然沙冬青土壤种子库特征研究.中国农学通报():.姜生秀严子柱吴昊.模拟干旱胁迫对 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