本月植物:沙漠植物如何生存?

2021年7月21日

植物如何适应沙漠气候

沙漠植物看起来与其他地区的原生植物很不一样。它们通常是肿胀的,多刺的,有微小的叶子,很少是明亮的绿色。它们奇特的外表是它们对沙漠气候挑战的显著适应的结果。干旱是沙漠的唯一因素,也是沙漠生物必须适应的主要限制因素。

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这个粉色仙女掸子上的小叶子是叶片表面积减少的例子,使植物更有效率。

沙漠植物已经发展出三种主要的适应策略:多汁性、耐旱性和抗旱性。每一种都是一套不同但有效的适应能力,以适应可能会杀死其他地区植物的环境。

鲜美多汁

肉质植物将水分储存在肉质的叶、茎或根中。所有的仙人掌都是多肉植物,如龙舌兰、芦荟、象树和许多大戟等非仙人掌沙漠居民。为了使蓄水的习惯有效,其他一些适应措施也是必不可少的。

龙舌兰

像龙舌兰这样的肉质植物在叶片中储存水分。它们也有蜡质角质层,是CAM植物(见下文),这使它们非常节水。

多肉植物必须能够在短时间内吸收大量水分。沙漠里的雨通常是轻微而短暂的,在强烈的阳光下,土壤会迅速干燥。为了适应这些条件,几乎所有的多肉植物都有广泛的、浅的根系。仙人掌的根水平延伸到植株的高度,但很少能超过4英寸(10厘米)深。吸水的根大多在上半英寸(1.3厘米)内。

多肉植物必须能够在干燥的环境中保持水分储备,并尽可能有效地利用水分。大多数物种的茎和叶都有蜡质的角质层,可以使它们几乎防水气孔都关门了。减少的表面积进一步节约了水资源;大多数多肉植物只有很少的叶子(龙舌兰),没有叶子(大多数仙人掌),或者在干旱季节落叶的叶子(象树,耳科tillos, boojums)。

许多多肉植物和半多肉植物,如丝兰、附生兰花和旱生凤梨,都具有一种高效的光合作用变体,称为CAM,是天芥子酸代谢的缩写。CAM植物在夜间打开气孔进行气体交换,储存二氧化碳。白天,当气孔关闭时,光合作用利用储存的二氧化碳进行。由于夜间较低的温度和较高的湿度,CAM植物每合成一个碳水化合物单位损失的水分是标准C3植物的十分之一。

仙人球开花了

这种多刺的仙人掌不仅在它多汁的垫子(茎)中储存水分,它还用它的刺保护自己免受饥饿的捕食者的伤害。刺也有助于植物遮阳,并捕获和引导水分。

CAM植物的另一个有价值的特性是它们在干旱期间的闲置代谢能力。当CAM植株缺水时,气孔昼夜关闭;气体交换和水分流失几乎停止。然而,植物在仍然潮湿的组织中保持着低水平的代谢。就像空转的发动机可以比冷发动机更快地全速运转一样,空转的CAM工厂可以在雨后的24到48小时内恢复全速生长。因此,多肉植物可以迅速利用短暂的表面水分。

在干旱的环境中储存的水需要保护,防止动物口渴。大多数肉质植物要么多刺,要么有毒,通常两者兼而有之。有些植物只在人迹罕至的地方生长以保护自己。然而,还有一些人依赖于伪装。例如,亚利桑那州夜间开花的蜡样果,与它生长的灌木的干茎非常相似。

耐旱

耐旱性(或干旱休眠)是指植物能够经受干旱而不死亡的能力。这类植物通常在干旱时期落叶,进入深度休眠。大部分水分流失是由叶片表面蒸腾作用造成的,所以掉落的叶片会将水分保存在茎中。一些通常不脱落叶子的植物有树脂涂层来阻止水分流失(例如,杂酚灌木)。

杂酚油布什,盛开的

杂酚油叶子有一层树脂涂层,可以阻止水分流失。这些叶子已经适应了保存水分和在高温下生存。

与湿润气候下的植物相比,耐旱灌木和树木的根系分布广泛,覆盖面积可达树冠直径的两倍。它们挖掘土壤的深度比肉质植物的根部更深;有时会延伸到极深的地方(如牧豆树)。然而,牧豆树的大部分根距离地表不到3英尺(0.9米)。

生根深度控制着生长周期的机会。与多肉植物的浅根策略相反,需要大量的雨水来湿润灌木和树木的深层根区。在一场倾盆大雨之后,灌木,如脆性灌木和木馏油需要几个星期才能从深度休眠中恢复完全生长。这种策略和多肉植物的权衡是,一旦深层土壤被几次降雨湿润,它比表层保持湿润的时间长得多,支撑了几个星期的生长。

多肉植物只有在土壤接近饱和时才能吸收水分。相比之下,耐旱植物可以从干燥得多的土壤中吸收水分。同样,这些植物可以在叶片含水量低的情况下进行光合作用,这对大多数植物来说是致命的。

brittlebush盛开

矮树的叶子是灰色的,可以反射阳光,保持凉爽。它们的叶子在干旱时期很容易掉落,在雨后也会很快脱落。

避免干旱

一年生植物因不存在而逃脱不利条件。它们在一个季节里成熟,然后在将所有的生命能量用于生产种子而不是为继续生存保留一些种子后死亡。

大多数索诺兰沙漠的一年生植物只能在秋季的一个狭窄窗口中发芽,此时夏季的热度已经消退,冬季的寒冷还没有到来。在这个机会之窗,对大多数物种来说,一定会有至少一英寸的大雨。这些要求的组合是生存保险:在温和的秋季天气下一英寸的雨水将提供足够的土壤水分,发芽的种子可能会成熟并产生种子,即使在那个季节几乎没有更多的降雨。还有进一步的保障:即使在最好的条件下,也不是所有的种子都能发芽;一些潜伏。尽管机理尚不清楚,但沙漠中每年都有一定比例的羽扇豆种子要到十岁才能发芽。

野花、罂粟和羽扇豆。

像亚利桑那罂粟和羽扇豆这样的野花等待着合适的条件。春花在秋冬雨中发芽。它们将在春天开花,然后在炎热和干燥的天气到来之前结籽和死亡。

在温和的秋季天气里,幼苗会迅速长出莲座状的叶子,在冬天生长缓慢时,幼苗会紧贴地面,在春天开花。由于这些植物在开春前是不显眼的,许多人错误地认为是春雨造就了我们的野花。

一年生植物只有在旱季的群落中才常见,多年生植物的间距取决于在最干旱的年份获得足够水分所需的生根空间。在偶尔较潮湿的年份,大量生长迅速的一年生植物可以利用开阔的空间和水分。栖息地越干旱,一年生物种的比例就越大。索诺兰沙漠一半的植物群由一年生物种组成。在最干燥的栖息地,高达90%的植物是一年生植物。

沙漠环境可能看起来很恶劣,但这纯粹是一个局外人的观点。适应性使本土植物和动物不仅能在这里生存,而且大部分时间都能茁壮成长。

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这篇文章经允许正在重印。你可以阅读原文在这里不时的,水-明智地使用它的特邀博客写的主题有关水和水的beplay体育下载地址保护。这篇博文的作者,Mark a . Dimmitt他是哈佛大学自然历史学院的前任主任Arizona-Sonoran沙漠博物馆.亚利桑那州索诺兰沙漠博物馆成立于1952年,其使命是通过培养对索诺兰沙漠的爱、欣赏和理解,激励人们与自然世界和谐相处。博物馆是一个融合体验:动物园,植物园,艺术,画廊,自然历史博物馆,和水族馆。

摄影:Donna DiFrancesco

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