塔克拉玛干沙漠腹地3种植物根系构型及其生境适应策略

 在塔克拉玛干沙漠腹地, 采用挖掘法挖取塔克拉玛干柽柳(Tamarix taklamakanensis)、塔克拉玛干沙拐枣(Calligonum roborovskii)和罗布麻(Apocynum venetum )根系, 对根系的拓扑结构特征进行了测定与分析。结果表明: 1) 3种植物根系均以水平分布占优势, 根系浅层化。2) 3种植物根系结构的适应性不同, 表现为两种不同的根系分支模式, 塔克拉玛干柽柳根系为叉状分支结构(q_a=0.15、q_b=0.09、TI=0.658), 罗布麻(q_a=0.43、q_b=0.35、TI=0. 83)和沙拐枣(q_a=0.52、q_b=0.38、TI=0.86)根系趋向于鱼尾形分支结构。3) 3种植物根系的连接长度都较大, 最小也达1.12 m, 说明在塔克拉玛干沙漠腹地, 3种植物通过增加连接长度来扩大根系在土层中的分布范围, 从而提高根系的有效营养空间, 增加根系连接长度是根系对沙漠腹地贫瘠土壤环境的一个良好适应。4)研究验证了Leonardo da Vinci法则, 即根系分支前的横截面积等于根系分支后的横截面积之和, 3种植物根系分支前后的横截面积符合Leonardo da Vinci法则。研究表明沙漠腹地3种植物根系构型特征既有相似性又有差异性, 在相似的沙漠环境中具有不同的根系适应策略。     

河西走廊中部两种荒漠植物根系构型特征

在河西走廊中部,采用挖掘法挖取红砂和白刺根系,应用拓扑学与分形理论分析了根系构型的特征.结果表明: 2种荒漠植物根系的拓扑指数均较小,根系分支模式均近似为叉状分支结构.红砂和白刺根系具有较好的分形特征,其分形维数分别为(1.18±0.04)和(1.36±0.06);分形维数、分形丰度与根系平均连接长度均呈显著正相关.2种荒漠植物根系的平均连接长度均较大,以扩大植物的有效营养空间,从而适应干旱贫瘠的土壤环境.2种荒漠植物根系分支前的横截面积等于根系分支后的横截面积之和,验证了Leonardo da Vinci法则.对17个根系构型参数进行主成分分析,根系拓扑指数、根系连接数量、逐步分支率和根系直径4个根系构型参数能很好地表示2种荒漠植物根系构型特征.     

华南海岸典型沙生植物根系构型特征

选择华南海岸典型沙地, 采用全挖法, 对4种典型沙生植物木麻黄(Casuarina equisetifolia)、厚藤(Ipomoea pes-caprae)、老鼠艻(Spinifex littoreus)和狗牙根(Cynodon dactylon)的根系构型进行了研究。结果表明: 1)狗牙根和老鼠艻的根系总体分支率显著高于木麻黄, 厚藤最小, 说明大部分草本植物在生长过程中通过增加根系分支率, 提高物质传输效率, 除木麻黄外, 其他3个物种枝系均平卧伸展, 易于受到沙埋生出不定根, 进一步提高其物质传输效率; 2) 4种沙生植物根系平均连接长度最大的为木麻黄, 平均连接长度为19.25 cm, 且相对其他3个物种传导根所占的比例最大, 说明木麻黄通过增加平均连接长度以减少根系内部对土壤资源的竞争, 并提高传导根的比例, 以增加资源传输效率; 3) 4种沙生植物根系构型均倾向于叉状分支, 其中草本植物的根系构型更为接近, 说明草本植物受到的资源胁迫相对较小, 有利于在海岸沙地恢复中快速定居; 与内陆地区沙生植物相比, 海岸沙生植物在土壤资源的获取及空间拓展方面表现出显著的差异, 反映出不同生境条件下物种对生境胁迫的适应策略。因此, 海岸沙地前缘植被恢复应以草本植物为主, 尤其是具有不定根的物种, 乔木则不适合。     

阿拉善高原2种荒漠植物根系构型及生态适应性特征

根系构型决定了植物对资源的吸收方式,根系构型的变化是植物对环境的生态适应和有效生存策略。在阿拉善高原西南缘红砂（Reaumuria soongarica）-珍珠猪毛菜（Salsola passerina）混生群落采用传统挖掘法收集两种植物根系,基于量化的根系形态指标,利用几何拓扑学及分形理论分析了根系构型特征,探讨了该地区2种植物对干旱生境的生态适应策略。结果表明:红砂和珍珠猪毛菜根系均以水平分布占优,根系浅层化分布明显,混生的两种植物占据不同的生态位; 2种荒漠植物均具有较大的比根长（SRL）和比表面积（SRA）,红砂SRL=21.3 cm/g,SRA=7.6 cm²/g,珍珠SRL=22.4 cm/g,SRA=6.5 cm²/g,有利于水分和养分的获取;红砂根系拓扑指数（TI）、修正拓扑参数（qa和qb）分别为0.86、0.52、0.49,珍珠猪毛菜对应参数分别为0.93、0.76、0.73,表明2种植物根系均趋向于鱼尾形分支结构;根系分形维数值（FD红=1.488、FD珍=1.422）较小,而分形丰度值（lg K红=1.855、lg K珍=1.774）较大,表明2种植物分支相对简单,但空间拓展能力强,有利于对营养空间的占有。上述特征可能是阿拉善西南缘红砂-珍珠猪毛菜群落2种荒漠植物植物对干旱贫瘠生境的重要生态适应策略。     

基于根系类型组合的护坡植物根系生态位特征

根系生态位特征是护坡植物选择的重要依据,而具有不同根系生态位特征的植物组合,直接影响坡面土体的固持和植被恢复效果。选取了4种根系类型的常用护坡植物,分别为垂直轴根型灌木紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)、水平轴根型灌木胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)、根蘖型草本紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、丛生型草本高羊茅(Festuca arundinacea),依据根系类型进行了9种组合,采用湿法客土喷播对模拟边坡进行修复治理,研究不同植物组合的根系生态位特征,以明确不同类型根系之间错综复杂的位置关系及生态功能,为边坡修复植物选择及加固坡面稳定提供一定参考。研究结果表明：(1)不同根系结构类型组合在土层的空间分布具有显著差异。在0—10 cm土层中,高羊茅组合的根长及根干重百分比显著高于其他组合为86.9%和90.83%;而紫穗槐+苜蓿组合则在5 cm以下的土层中显著高于其他组合,为63.73%和76.52%。(2)不同组合根系生态位指数均随径级数量的增加而递减,均呈现反J型。高羊茅组合和胡枝子组合根系生态位指数均随土层深度的增加先升高后降低,其余组合随土层深度的增加而降低。高羊茅组合垂直空间生态位变化最大,其变幅为0.21—3.51。在10 cm以下土层中,除紫穗槐+苜蓿组合外的其余组合生态位指数均显著下降表现为表层聚集生态位型。(3)生态位指数最高的组合是紫穗槐+胡枝子,为1。紫穗槐+胡枝子+高羊茅组合的细根生态位宽度指数、生态位重叠度及地下种间竞争指数均显著高于其他组合,分别为0.089、0.036和0.438,种间竞争强度最大。综合不同根系类型植物组合的根系生态位特征,表现较好的根系类型组合为垂直轴根型+水平轴根型的紫穗槐+胡枝子组合、垂直轴根型+水平轴根型+丛生型的紫穗槐+胡枝子+高羊茅组合、根蘖型苜蓿组合和垂直轴根型+根蘖型的紫穗槐+苜蓿组合。     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段优势种根系构型特征

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段灌丛、次生林、原生林为研究对象,采用全挖法分析了各阶段4个优势种的根系构型参数,探讨该特殊生境条件下植物根系构型的差异性、相似性以及资源合理高效的利用方式。结果表明:(1)各个植被恢复阶段优势种拓扑指数TI均趋向于0.5,呈叉状分支结构,并表现为次生林(0.57)原生林(0.49)灌丛(0.46),有利于根系在贫瘠且浅薄的土壤环境中拓展生存空间。(2)3种植被恢复阶段优势种的根系平均连接长度在34.29cm以上,平均为37.01cm,增加连接长度对植物在养分贫瘠的喀斯特土壤环境的生存有利。(3)次生林根系分支率低于灌丛和原生林,这是不同植被恢复阶段优势种对环境所采取的不同适应策略。(4)3种植被恢复阶段优势种根系的横截面积比均符合Leonardo da Vinci法则,且不随直径的变化而变化。(5)3种植被恢复阶段优势种在土壤养分、水分获取及土壤空间拓展方面没有显著差异性。研究认为,在喀斯特峰丛洼地异质性很强的生境下,3种植被恢复阶段优势种的根系均为叉状分支结构,且均以较长的连接长度和较低的分支率策略适应其特殊的生态环境。     

根际微生物调控植物根系构型研究进展

根系构型是最重要的植物形态特征之一,具有可塑性,既由遗传因素控制,又受到许多环境因子的调控。近年的大量研究表明,根际微生物能够调控植物的根系构型,进而影响植物的一系列生理与生态过程。综述丛枝菌根真菌(AMF)、根瘤菌、植物根际促生菌(PGPR)等重要根际微生物类群对植物根系构型的调控模式以及相应的调控机理,并对进一步的研究进行了展望,旨在为今后的相关研究和实际应用提供参考。     

塔克拉玛干沙漠南缘三种防护林植物根系构型及其生态适应策略

采用全根挖掘法挖取塔克拉玛干沙漠南缘3种主要防护林植物种——多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和新疆杨(Populus albavar. pyramidalis)成年植株根系, 测定并分析了根系构型及其拓扑结构。结果表明: 1)多枝柽柳和梭梭的根系趋向于鱼尾状分支结构, 新疆杨根系为叉状分支结构, 根系分支结构的差异使其资源获取能力和对环境的适应能力有所差异; 2)三种植物最小的根系平均连接长度为33.67 cm, 多枝柽柳和梭梭的根系连接长度大于新疆杨, 增加连接长度对植物在资源贫瘠的沙质土壤环境的生存有利; 3)新疆杨的根系分支率显著高于多枝柽柳和梭梭, 但其对干旱的适应性不如多枝柽柳和梭梭。4)三种植物根系分支均遵循Leonardo da Vinci法则, 且不受根系直径的约束。三种防护林植物在水、养资源获取与土壤空间拓展方面具有差异性, 表明在相似的极端干旱环境中3种植物采取了不同的生态适应策略。     

胡杨幼苗根系生长与构型对土壤水分的响应

胡杨实生幼苗成活率低是制约其更新与人工育苗保存的关键问题,而幼苗根系生长与构型是影响其存活的重要因素。该试验以1年生胡杨幼苗为材料,通过2种给水方式(断续给水和连续给水)下各6个土壤水分梯度处理的控制试验,探究胡杨幼苗根系生长与构型对荒漠地区关键因子水分的响应特征。结果表明:(1)2种给水方式下干旱胁迫均使根冠比增加,且断续给水处理下幼苗根冠比显著大于连续给水。(2)一定程度的干旱处理还可以促进幼苗根系形态发育特征的发展和根系生物量的积累,但过度干旱胁迫或土壤水分含量过多都会抑制根系生长,并以连续给水、土壤含水量15%处理下幼苗根系最为发达。(3)幼苗深扎根能力强,其根宽深比在2种给水方式下均小于1,且断续给水处理显著小于连续给水处理;2种给水方式下根宽深比都与土壤水分含量呈显著正相关。(4)根系拓扑指数在2种给水方式下无显著差异且均接近1,但都与土壤水分含量呈显著负相关。即幼苗根系趋向鱼尾状分支结构,次级分支少,这种根系延伸策略有利于胡杨幼苗在干旱贫瘠的土壤环境中生存。(5)根系构型参数的主成分分析显示,总根长、总根表面积、根宽深比和拓扑指数在2种给水方式下都能很好地表示胡杨幼苗根系构型特征。可见,胡杨幼苗根系通过构筑鱼尾状分支结构、增加垂直根纵向延伸能力和增大根冠比适应干旱环境;水分对于胡杨幼苗根系生长与构型作用显著,根系对水分因子的响应对于胡杨幼苗适应水分异质性环境具有重要意义。     

不同林龄胡杨克隆繁殖根系分布特征及其构型

以中龄林和成熟林胡杨为研究对象,采用挖剖面和根窗的方法,研究胡杨繁殖根系分布、根系构型,以及胡杨根蘖与繁殖根系构型之间的关系。结果表明:(1)细根(d<2 mm)的根长密度、根表面积密度,随深度增加呈现指数函数分布;(2)中龄林细根的根长密度、根表面积密度在0—90 cm各层都是显著大于成熟林的对应指标(P<0.05),成熟林的中等粗根(5 mm0.05),且两种林龄的一级侧根数、分枝角度亦无显著差异(P>0.05);(5)对比两种林龄不同根序上的根蘖芽发现,二级根上不定芽个数均是同组一级根上不定芽个数的3—4倍;基于以上对胡杨根系的功能权衡的分析,得出:细根对胡杨根系构型有重要的影响,在胡杨根系功能权衡中扮演重要角色。     

黄河三角洲贝壳堤岛3种优势灌木的根系构型

根系构型决定了植物植株固定和资源吸收等很多重要功能,并通过资源的分配确定了植物的根冠比和净初级生产力。对黄河三角洲贝壳堤岛3种优势灌木柽柳、酸枣和杠柳的根系构型进行了研究,并验证了植物根系分支直径的尖细速率和根系分支前后的比例。结果表明:3种植物的根系构型不同,酸枣和杠柳根系主要分布在浅表层,水平根幅与垂直根幅的比值较大,而柽柳的垂直根深所占比例最大;杠柳和酸枣的拓扑指数分别为0.85和0.96,趋向于1,近似于鱼尾形分支,而柽柳的拓扑指数为0.65,接近于叉状分支。平均连接长度以酸枣最大,杠柳次之,柽柳最小。随连接长度增加,酸枣根系相比其他两种植物的尖细速率趋向于平缓。此外,3种植物的分支前后直径都符合Leonardo da Vinci法则。总之,根据根系构型,黄河三角洲贝壳堤岛3种灌木植物可以划分为2类,一类是以根系地表分布,扩大根幅,鱼尾形分支觅养的酸枣和杠柳,另一类则是根系深扎,充分利用地下资源的柽柳,体现了2种不同的生境适应对策。     

城市垂直绿墙常用植物的根系构型特征和生长动态

以适应性强的2种常见藤本植物：夹竹桃科的花叶蔓长春(Vinca major‘Variegata’)和花叶络石(Trachelospermum jasminoides‘Variegatum’)为研究对象,每年随机选择5盆进行重复测试,比较它们2017—2021年的根系生物量、根冠比及根系的长度、表面积、直径、体积、根尖数等形态指标及比较各指标间的变异率和相关度,分析植物在垂直绿墙容器种植条件中根系的动态变化特征,以量化植物根系受根域限制而生长退化的时间节点和有效衡量指标,从而为延长绿墙使用寿命和开发低维护管养技术提供科学依据。结果表明：1) 2种植物的根系生物量及根长、根表面积、根体积、根分叉数、根尖数均在植物上墙后2019年达到峰值后开始下降,可作为衡量植物根系生长受根域限制而退化的时间节点;根冠比值在2020年达最低水平,反映了地下根系生长受限制早于所观测到的地上枝叶退化现象。2)根长、根表面积、根体积、根尖数均可作为衡量指标,其中,根系体积可作为典型的衡量指标,花叶蔓长春和花叶络石生长受限的根体积占比分别为2.2%、1.8%。3) 2种植物的根冠比与根长等构型特征指标呈一致的变化趋...     

基于根系发育分级的砂壤土下成熟林木根系构型分析

基于根系发育分级标准分析不同等级根系的形态特征和各级根系的生长发育策略, 可以为未来成熟林木根系预测和模型构建提供参考。该研究以30多年生的两个毛白杨(Populus tomentosa)和一个刺槐(Robinia pseudoacacia)的根系系统为研究对象, 通过全挖法获取研究材料, 以Rose (1983)提出的发育分级标准作为根系分级标准, 分析了不同等级根系的基径、根长、连结长度、根系数量等形态特征以及不同等级根系间的拓扑关系。研究结果表明: 1) 3个根系系统的修正拓扑指数q_a、q_b均接近于0, 拓扑指数TI均接近于0.5, 说明3个根系系统均呈现叉状分支; 3个根系系统垂直分布最深达到5.7-6.4 m, 水平分布最长达到7.6-13.5 m; 同一树种根系存在连生关系。2) 3个根系系统能够分支到7-8级根; 一级根基径和长度显著高于后几级根, 一级根基径是后几级根的5.79-36.92倍, 一级根长度是后几级根的1.45-9.11倍; 根系数量随着根系等级增加先增后减, 在三级根上达到最大值。3)在前三级根中, 各级根上的连结长度从根基到根尖变化不大, 说明子级根在母级根上分布均匀, 能够充分高效地吸收土壤资源。4)母级根对子级根的基径拟合线性方程斜率, 一级根最小(平均斜率0.15), 二级根和三级根的斜率相差不大(平均斜率0.34、0.35), 说明一级根优先发育自身直径, 达到锚固和支撑的作用, 二、三级根则会优先发育子级根, 通过不断增强子级根以达到高效占领土壤空间的目的。5)基径对长度的拟合线性方程斜率随着根系等级增加而增加(平均斜率从10.46增长至90.43), 说明高级别根系会倾向于发展根系长度来达到探索资源、拓展空间的目的。     

土壤湿度对香樟幼苗根系生长和构型的影响

以1年生香樟(Cinnamomum camphora)幼苗为试材,设置对照组(CK)、中度干旱处理(M)、重度干旱处理(S)三个处理,比较不同土壤湿度下香樟幼苗不同时期地上部分生长和根系构型,探究香樟幼苗根系对不同土壤湿度的适应性及其耐旱机制。结果表明,中度和重度干旱处理组的香樟根系及地上部分干物质积累、根系长度、根系表面积、根系直径和根尖数均显著小于对照组(P<0.05)。同时干旱显著增加香樟幼苗的根系拓扑指数,降低香樟根的分形维数和平均分枝角度(P<0.05)。可见土壤湿度程度及处理时间显著影响香樟根系的生长及在土壤中的布局。较低土壤湿度可显著抑制根长的延长、根表面积扩大和根的增殖,且随着土壤湿度的继续降低以及处理时间延长,香樟幼苗根系的生长受到水分亏缺的抑制作用加重,根系建成成本增高的同时,根系分枝的复杂性降低,根系必须通过朝着更陡、更深的方向生长伸长来提高水分吸收效率。建议在园林绿化工程养护过程中制定科学的水分管理策略,以满足香樟生长过程中对土壤水分的需要。     

腾格里沙漠地区4种优势一年生草本植物根构型特征

为探究荒漠地区一年生草本植物对生境的适应性,本文以腾格里沙漠东南缘固沙植被区的沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜4种常见一年生草本植物为研究对象,采用传统挖掘法收集植物根系,基于量化的根系形态指标,利用几何拓扑学和分形理论分析根构型特征,比较研究区4种一年生草本植物的根构型特征多样性及其适应机制的差异。结果表明：根冠比和根深宽比表现为沙米>百花蒿>虫实>雾冰藜,比根长和比表面积表现为沙米<百花蒿<虫实<雾冰藜;根系拓扑指数TI和修正拓扑指数q_a、q_b具有相同的趋势,均表现为沙米>百花蒿>虫实>雾冰藜;沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜的根系分形维数分别为1.215、1.278、1.387、1.631,根系分形丰度分别为3.528、3.248、2.479、2.451。沙米和百花蒿采取高生长量资源对策,根系结构简单,倾向于鱼尾形分支结构,垂直方向资源获取能力和空间拓展能力较强;而雾冰藜和虫实采取高质量资源对策,根系结构更为复杂,倾向于叉状分支结构,具有更高的资源利用效率。     

黑松三种菌根苗根系构型差异及其与生长的关系

为探讨林木不同菌根根系亚宏观结构对植物生长的影响,将黑松(Pinus thunbergii)分别接种黄色须腹菌(Rhizopogen luteous,简称Rl)、彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,简称 Pt2)和美味牛肝菌(Boletus edulis,简称Be)3种外生菌根菌,研究了不同菌根苗根系构型的差异及其与黑松生长的关系.结果表明,黑松3种菌根苗的根系参数(主根长、侧根总级数、一级侧根数量及直径、吸收根分布的范围、吸收根的数量及比表面积等)均比对照有不同程度的增加,且与黑松生长呈一定的正相关性;黑松不同处理菌根苗的根系整体构型差异显著:在生长最好的Rl菌根苗根系中,主根与侧根间具不同夹角的一级侧根分布均衡,且横向生长(80～90°)的侧根较多,其它角度(60～80°和<60°)的一级侧根依次递减,使整个根系呈\"\"型,有效扩大了根系吸收的空间范围;生长相对较差的Be菌根苗其根系不同角度的一级侧根分布不均或80～90°的侧根较少;Pt2菌根苗生长较好,其根系构型界于前二者之间;而生长差的对照苗根最少,几乎没有80～90°的一级侧根.由此可见,不同菌根菌可通过影响根系的结构发育而影响黑松苗木的生长.     

脱落酸被土壤“掩盖”了的功能:调节根系构型形态建成

植物根系发育是一个重要的农艺性状。由于根系具有结构和生长模式简单、信号感受灵敏等,有可能成为研究植物发育可塑性的良好材料。通过分析脱落酸在主根、侧根和根毛的发生和生长中及根构型形成中的可能信号转导过程中的作用,提出未来研究应关注的科学问题。对ABA调控根系发育分子机制的探讨不仅有利于阐明如何调控根发育可塑性这一复杂和困难的生物学问题,而且对农业生产也极为重要。     

小麦根系特征对干旱胁迫的响应

干旱胁迫时, 小麦(Triticum aestivum)根系率先产生应激响应, 同时向地上部发出信号, 诱导地上部发生生理反应, 从而提高植株抗旱能力。根系构型包括平面几何性状和立体几何结构(即拓扑构型), 具有遗传稳定性和可塑性。干旱胁迫影响根系理化特性, 如根源化学信号、根系细胞酶类和根系渗透作用的响应。根系通过调整其解剖学结构和水分吸收动力等来适应干旱胁迫。该文从根系构型、理化特性和解剖学结构3个方面, 系统阐述了小麦根系特征对干旱胁迫的响应, 并探讨了其与干旱胁迫的关系和当前研究中存在的问题, 以期为相关研究提供参考。     

小麦根系特征对干旱胁迫的响应

干旱胁迫时, 小麦(Triticum aestivum)根系率先产生应激响应, 同时向地上部发出信号, 诱导地上部发生生理反应, 从而提高植株抗旱能力。根系构型包括平面几何性状和立体几何结构(即拓扑构型), 具有遗传稳定性和可塑性。干旱胁迫影响根系理化特性, 如根源化学信号、根系细胞酶类和根系渗透作用的响应。根系通过调整其解剖学结构和水分吸收动力等来适应干旱胁迫。该文从根系构型、理化特性和解剖学结构3个方面, 系统阐述了小麦根系特征对干旱胁迫的响应, 并探讨了其与干旱胁迫的关系和当前研究中存在的问题, 以期为相关研究提供参考。     

大田期烟草根系构型参数的动态变化

采用“根箱”法研究了大田期烟草根系构型参数在时间、空间上的动态变化.结果表明, 烟草2级侧根总长度的增加明显大于1级侧根,根快速增长期分别出现在移栽后26～40和56～70 d.栽后57 d(打顶)前,烟草根系的分枝密度表现为10～20＞0～10＞20～30＞30～40 cm,此后随土层的加深呈递减趋势.在主根上,以7～21 cm范围内的分枝密度最大.打顶前,比根长随着入土深度的加深而递增;栽后90 d,比根长随土层的加深而递减.1级侧根根长密度在0～10 cm土层内的变化呈“S”型曲线,10～20、20～30和30～40 cm内表现为双峰曲线;2级侧根根长密度随生育期的进程而增加,其中0～10 cm根长密度的变化为“S”曲线,其它层次为单峰曲线.