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（q_a和q_b）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（lgK_红=1.855、lgK_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。     

干旱胁迫对不同根型苜蓿根系构型的影响

采用盆栽试验,比较播种当年及生长第2年对照、中度、重度干旱胁迫下根茎型、直根型、根蘖型苜蓿根系平面、立体几何构型和分形特征差异,以探究不同根型苜蓿对干旱的适应策略。结果表明：随干旱胁迫增加,各根型苜蓿根系总长度、总表面积、总体积和平均直径均减小;各根型苜蓿的根系拓扑指数较小,根系分支模式为叉状分支结构;各根型苜蓿的根系具有较好的分形特征,其分形维数较小,而分形丰度和平均连接长度均较大,表明其根系分支相对简单,但空间拓展能力强,有利于对营养空间的占有;各根型苜蓿的总分支较小、逐级分支率较大,有助于资源的快速获取和促进主根的向下生长。对根系构型参数进行主成分分析,根系总表面积、分形丰度、根长、根体积、分形维数和比根长6个根系构型参数能较好反映不同根型苜蓿根系构型特征。重度胁迫下,根茎型、根蘖型苜蓿的根系总长度、总表面积、总体积、比根长、比表面积、平均连接长度均大于直根型苜蓿,表明根茎型、根蘖型苜蓿适应干旱环境的能力强于直根型苜蓿。     

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。     

红砂根系分叉数和分支角度权衡关系的坡向差异

根系构型是决定根系分布及其对土体搜索效率的重要因素, 是植物与资源环境异质性相互适应的结果。利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型(digital elevation model), 采用全根系挖掘法, 研究了祁连山北坡荒漠草原不同坡向红砂(Reaumuria songarica)根系分叉数和分支角度的关系。结果表明: 不同坡向梯度草地群落的盖度、密度、高度和土壤含水量呈不同的变化趋势(p < 0.05), 红砂种群的密度、高度和根冠比等生物学特征的变化规律存在差异(p < 0.05); 不同坡向红砂根系分叉数和分支角度的相关性存在差异(p < 0.05), 在南坡和北坡红砂根系分叉数和分支角度之间存在极显著的负相关关系(p < 0.01), 在东坡和西坡根系分叉数和分支角度之间存在显著的负相关关系(p < 0.05), 红砂根系分配给根系分叉数和分支角度的资源存在着“此消彼长”的权衡关系; 随着坡向由南坡向西坡、东坡、北坡转变, 红砂根系分叉数和分支角度回归方程的标准化主轴斜率逐渐减小(p < 0.05), 红砂根系构型模式由扩散型转向聚集型。不同坡向红砂根系合理权衡连接长度和分支角度的资源配置模式, 反映了异质生境中植物种群应对资源多重竞争的环境生态适应机制。     

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。     

金塔绿洲荒漠交错带沙蓬根系分形特征

根系分形结构是植物根系构型应对环境异质性的表型可塑性,可反映植物对生长环境的适应结果。在黑河中游的金塔北海子国家湿地公园,按照立地条件选择丘间低地、缓平沙坡和坡顶平地3种生境类型,采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,研究了绿洲荒漠交错带一年生植物沙蓬(Agriophyllum squarrosum)的根系分形结构。结果表明:从丘间低地到坡顶平地植被群落的高度、盖度、地上生物量、土壤含水量、紧实度和土壤容重逐渐减小,沙蓬根系分形维数呈减小趋势,而根系分形丰度呈增大趋势;不同立地条件下沙蓬根系分形维数和分形丰度间呈负相关关系,沙蓬根系分形维数与分形丰度在丘间低地和坡顶平地均存在极显著负相关关系(P0.01),在缓平沙坡样地呈显著负相关关系(P0.05)。沙蓬根系分形维数和分形丰度间"此消彼长"的权衡关系,体现了沙生植物应对生境胁迫的表型可塑性机制。     

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。     

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。     

模拟边坡条件下常见护坡植物苗期根系构型特征

植物根系对提高边坡稳定性具有重要作用。采用喷播的方式在侵蚀槽中制备模拟石质边坡，植物生长6个月后采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪扫描相结合的方法，研究了模拟边坡条件下11种常见护坡植物苗期的根系构型特征。结果表明：紫花苜蓿根系生物量最大，柠条根系生物量最小，二者主根发达，仅分布在下坡方向。沙打旺、胡枝子、紫穗槐和欧李根系生物量、总根数、总基根数、总根长、总根表面积、总根体积均较大，在上坡方向和下坡方向分布均匀，拓扑指数介于0.53—0.61之间，为叉状分枝结构，根系固土护坡能力较强，可作为边坡生态修复工程的优选植物。根系生物量与根系表面积、根体积呈现显著的线性正相关关系(R²分别为0.68和0.80),拓扑指数与根系长度、根系表面积、总根数、总基根数呈现显著的指数负相关关系(R²分别为0.82、0.68、0.87、0.86),可为植物根系构型研究提供科学依据及理论支撑。     

西南喀斯特石漠化环境适生植物细根构型及其与细根和根际土壤养分计量特征的相关性

以西南喀斯特石漠化环境适生植物构树(Broussonetia papyrifera)、花椒(Zanthoxylum bungeanum)、刺梨(Rosa roxburghii)、火棘(Pyracantha fortuneana)为研究对象,采用挖掘法采集完整的细根根系,分析细根构型特征及其与细根和根际土壤C、N、P养分元素化学计量特征之间的相关性,探讨细根构型特征对石漠化贫瘠土壤生境的响应。结果表明:构树、花椒、刺梨、火棘细根构型均趋向于鱼尾形分支模式,细根拓扑指数分别为0.93、0.95、0.95和0.94。4种适生植物的细根连接长度较长,但细根根系分支率较小。构树、刺梨细根分支前后横截面积比不存在显著差异且分别为1.04、1.03,基本符合Leonardo da Vinci法则。细根构型与细根和根际土壤养分有一定的相关性。主成分分析结果表明,细根N含量及细根、根际土壤中与P相关的计量比均是影响细根构型的主要因子。进一步分析表明,4种适生植物通过减少细根次级分支、根系间的重叠、延长细根连接长度以获得充足的养分来应对环境的变化,提高对养分的吸收效率以及对喀斯特环境的生态适应性。研究结果...     

南方菟丝子寄生对加拿大一枝黄花生长、繁殖及防御的影响

为了阐明南方菟丝子寄生对加拿大一枝黄花生长和繁殖的影响及机制,分析了南方菟丝子寄生对加拿大一枝黄花形态、生长与繁殖指标的影响,并分析了其生物量与加拿大一枝黄花次生代谢产物含量的相关性.结果表明： 南方菟丝子寄生显著降低加拿大一枝黄花株高、基径、主根长度和根直径,显著降低根、茎、叶和总生物量以及花序数、花序主轴长和花序分枝数;尤其是株高、花序数、茎生物量3个指标,被南方菟丝子寄生的植株仅为无寄生植株的1/2、1/5和1/8.南方菟丝子寄生强度对加拿大一枝黄花的株高、根长、茎生物量、总生物量等指标没有显著影响,但高强度寄生组的基径、根体积、叶生物量、根生物量、花序数、花序主轴长、花序分枝数等指标均显著低于低强度寄生组.南方菟丝子寄生显著增加加拿大一枝黄花根鞣质含量和茎黄酮含量.加拿大一枝黄花的生物量与根鞣质含量及茎黄酮含量存在显著负相关.这表明南方菟丝子寄生加拿大一枝黄花后, 除了减少其资源获取外,还可能通过改变资源分配方式等途径进一步抑制其生长.     

环境胁迫对岷江干旱河谷豆科灌木幼苗根系生长及其结瘤的影响

通过野外调查,分析了岷江干旱河谷海拔梯度上相同年龄段的白刺花、岷谷木蓝和小雀花幼苗根系结瘤、生物量积累、生物量百分比的变化及其相互关系;人为控制土壤水分（田间持水量(WHC)的80%、60%、40%和20% 4个水平）研究了干旱对2月龄的白刺花与小雀花幼苗结瘤能力的影响.结果表明：1)干旱河谷低海拔地段(1600～1950 m)幼苗的结瘤能力都很低,白刺花、岷谷木蓝和小雀花的平均结瘤数分别为每株(0.1±0.1)、(0.9±0.5)和(5.7±1.9)个,未结瘤的个体分别占651%、123%和176%;总体上随着海拔的升高,3种幼苗的根瘤数均呈增加趋势,且与细根百分比及根长正相关.2)土壤水分低于60% WHC时,白刺花与小雀花的根瘤数及生物量均明显减小;在20% WHC条件下,白刺花根瘤数为0,小雀花根瘤数为每株(9.8±3.6)个.综合分析发现,干旱河谷地区豆科灌木的结瘤固氮能力很低,土壤水分在40% WHC以上时其生物固氮才能有效发挥,与白刺花相比,小雀花结瘤能力较高,干旱忍受性较强.     

放牧干扰对荒漠草原植物叶性状及其相互关系的影响

以宁夏退化荒漠草原优势植物牛心朴子、乳浆大戟、甘草和牛枝子为对象,分析放牧干扰对植物的比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶干物质含量(leaf dry matter content, LDMC)、叶面积和叶干质量等叶性状的影响,探讨荒漠草原生态系统中不同物种对环境改变的响应和适应对策.结果表明: 随着放牧强度的降低,牛心朴子、乳浆大戟、甘草和牛枝子的SLA总体呈显著降低的趋势;SLA在不同放牧强度间差异显著,而LDMC则无显著差异.不同植物的叶性状相关性存在差异,牛心朴子和甘草的SLA和LDMC呈显著负相关,而乳浆大戟和牛枝子的SLA和LDMC呈正相关.牛心朴子、甘草、乳浆大戟和牛枝子的SLA对生存环境改变的反应比LDMC更敏感.植物的SLA可以作为荒漠草原植物资源利用对策的指示指标.     

植物枝叶与根系耦合固土抗蚀的差异性

以4年生4种内蒙古鄂尔多斯地区常见水土保持植物柠条、沙柳、白沙蒿和沙棘为研究对象,选取反映枝叶防风特性和根系特性的13项指标,即单株防风效能、林带防风效能、群落防风效能、直根抗拉强度、代表根本构特征、代表根弹性模量、侧根分支处抗拉强度、累计根表面积、拉拔摩阻特性、根-土界面摩擦系数、累计根长、根-土复合体粘聚力、根-土复合体内摩擦角,采用层次分析法对春季大风和夏季暴雨2种自然条件下4种植物枝叶与根系耦合固土抗蚀的差异性进行评价.结果表明： 4种植物枝叶与根系耦合固土抗蚀指数为：春季大风条件下为沙柳(0.841)>柠条(0.454)>白沙蒿(-0.466)>沙棘(-0.829);夏季暴雨条件下为柠条(0.841)>沙柳(0.474)>白沙蒿(-0.470)>沙棘(-0.844).沙柳可作为研究区重要的防风抗蚀植物种之一;柠条则可作为研究地区重要的水土保持植物种之一.     

Fractal geometry of root systems: Field observations of contrasting genotypes of common bean (Phaseolus vulgaris L.) grown under different phosphorus regimes

Root growth and architecture are important for phosphorus acquisition due to the relative immobility of P in the soil. Fractal geometry is a potential new approach to the analysis of root architecture. Substantial genetic variation in root growth and architecture has been observed in common bean. Common bean (Phaseolus vulgaris L.) genotypes with contrasting root architecture were grown under moderate and low P conditions in a field experiment. Linear and planar fractal dimension were measured by tracing root intercepts with vertical planes. Linear fractal dimension increased over time in efficient genotypes, but remained fairly constant over time in inefficient genotypes. Planar fractal dimension increased over time for all genotypes, but was higher in efficient than inefficient genotypes at the end of the experiment. Planar fractal dimension of medium P plants was found to correlate with shoot P content indicating fractal dimension to be a possible indicator for root P uptake. The increasing fractal dimension over time indicates that fractal analysis is a sensitive measure of root branching intensity. A less destructive method for acquisition of data that allows for continuous analysis of fractal geometry and thereby screening for more P efficient genotypes in the field is suggested. This method will allow the researcher to conduct fractal analysis and still complete field trials with final yield evaluation.     

宁夏大罗山4种主要植被类型的细根生物量

采用根钻法,分析了宁夏大罗山4种主要植被类型(青海云杉纯林、油松纯林、落叶灌木和荒漠草原)0～40 cm土层的细根生物量、土壤含水量和土壤容重,并对50 a、70 a和100 a 3种树龄的青海云杉纯林细根生物量进行了研究.结果表明: 4种植被类型的细根生物量集中分布在0～20 cm土层,大小顺序为油松纯林>青海云杉纯林>落叶灌木>荒漠草原,其中油松纯林显著高于其他3种植被类型;不同树龄青海云杉纯林细根生物量表现为70 a > 100 a > 50 a,且其活细根和死细根生物量分配比例无显著性差异;4种植被类型下0～40 cm土壤含水量的大小表现为:青海云杉纯林>油松纯林>落叶灌木>荒漠草原;土壤容重则呈相反的规律,并与细根生物量呈极显著负相关.     

民勤荒漠植物枝系构型的分类研究

荒漠植物的枝系构型因素包括各级分枝角度、各级分枝长度、枝径比、逐步分枝率和总体分枝率、分枝分维数和计盒维数等16个指标。采用组内欧式距离法进行聚类,把荒漠植物依构型指标分为4个类型：第一类型包括霸王（Zygophyllum xanthoxylum）、黄刺条（Caragana frutex）等14种荒漠植物;第二类型包括秦晋锦鸡儿（C．purdomii）、荒漠锦鸡儿（C．roborovskyi）等11种荒漠植物;第三类型包括网状沙拐枣（Calligonum cancellatum）、黄花草木樨（Melilotus suaveolens）等9种荒漠植物;第四类型包括扁果木蓼（Atraphaxis replicta）、洋白蜡（Frawinus amerirana）等14种荒漠植物。不同的枝系构型类型反映了不同荒漠植物对于空间资源与环境的长期适应对策。     

长柄木霉和泾阳链霉菌复配对烟苗生长及其抗病性的影响

以烟苗为试验材料,采用室内拮抗试验和活体筛选试验相结合的方法,研究了长柄木霉和泾阳链霉菌两种生防菌复配的亲和性和抑菌广谱性,并分析了生防菌及其组合对烟苗生长、诱导抗性和黑胫病防效的影响.结果表明：两生防菌株无相互抑制作用,具有较高的亲和性,并且两菌株本身及其代谢产物对不同生境下的病原菌(黑胫病、猝倒病和赤星病)均具有较高的抑菌活性和较广的抑菌谱.两菌株复配能影响根部和地上部的形态建成,促进烟苗根系和茎、叶的生长,显著增加地下部根系体积、根系总表面积、根长和根系平均直径以及地上部茎高、茎围、叶长、叶宽和生物量,具有显著的促生效能,并且两菌株复配的促生效应优于单独接种.生防菌组合能显著提高烟苗根系超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等防御酶活性,对烟草黑胫病的相对防治效果达到了69.3%,具有显著的防病效能.研究表明长柄木霉和泾阳链霉菌是具有较高亲和性的增效组合,两菌株复配后在防病、促生方面能够发挥协同增效作用,可有效促进烟苗生长和防治烟草黑胫病.     

闽江河口湿地枯落物分解及主要影响因子

以闽江河口湿地挺水植物本地种芦苇和入侵种互花米草的花和叶枯落物为研究对象,采用分解袋法分析其分解过程及主要影响因素.结果表明: 立枯分解(0～90 d)是2种湿地盐沼植物重要的分解阶段,芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(15.0±3.5)%、(13.3±1.1)%和(31.9±1.1)%、(20.8±1.4)%.倒伏分解阶段(91～210 d),芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(69.5±0.6)%、(71.5±2.5)%和(76.8±1.9)%、(67.5±2.1)%.在立枯分解阶段,2种挺水植物枯落物的分解速率与C/N呈正相关,与N/P呈负相关,分解过程受到P的限制程度较大.倒伏分解阶段,枯落物C/N、C/P和N/P的影响降低,而大气温湿度、土壤水分、酸碱度、盐度和沉积物特性等的影响加大.不同分解阶段枯落物分解影响因子的差异主要与其所处的微域环境和潮汐因素有关.