玉米农田土壤呼吸作用的空间异质性及其根系呼吸作用的贡献

基于4月底到9月底东北地区玉米农田土壤呼吸作用全生长季的观测,阐明了土壤呼吸作用的空间异质性特征,综合分析了水热因子、土壤性质、根系生物量及其测定位置对土壤呼吸作用空间异质性的影响,并对生长季中根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了估算。结果表明,在植株尺度上,土壤呼吸作用存在着明显的空间异质性,较高的土壤呼吸速率通常出现在靠近玉米植株的地方。根系生物量的分布格局是影响土壤呼吸作用空间异质性的关键因素。在空间尺度上,土壤呼吸作用与根系生物量呈显著的线性关系,而土壤湿度、土壤有机质、全氮和碳氮比对土壤呼吸作用空间异质性的影响并不显著。通过建立土壤呼吸作用与玉米根系生物量的回归方程,对根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例进行了间接估算。玉米生长季中,根系呼吸作用占土壤呼吸作用的比例在43．1％～63．6％之间波动,均值为54．5％。     

淹水对两种甜樱桃砧木根系无氧呼吸酶及发酵产物的影响

以美早/东北山樱桃、美早/马哈利为试材,研究了淹水过程中两种甜樱桃砧木生长根、褐色木质根中无氧呼吸酶——丙酮酸脱羧酶(PDC)、乙醇脱氢酶(ADH)和乳酸脱氢酶(LDH)活性及褐色木质根的发酵产物——乙醛、乙醇和乳酸含量变化,结果表明:两类根系PDC、LDH活性均呈先升后降趋势,ADH活性变化在生长根中亦先升后降,而在褐色木质根中为上升趋势,三种酶活性变化幅度表现为生长根大于褐色木质根;美早/东北山樱桃两类根系中ADH和LDH活性增加幅度大于美早/马哈利,PDC则相反;两种砧木褐色木质根乙醛、乙醇含量呈升高趋势,乳酸含量先升后降;最终美早/东北山樱桃褐色木质根中乙醛含量低于美早/马哈利,乙醇含量则相反,而乳酸含量前者较早达峰值且高于后者峰值。     

马尾松种源在异质养分环境中的觅养行为差异

选择广东信宜、福建武平、广西岑溪3个不同磷效率特性的马尾松种源,构建同质和异质两种养分环境开展盆栽实验,研究马尾松搜寻利用异质分布养分的获取机制及不同种源觅养行为差异。结果表明,与同质营养环境相比,异质营养环境中马尾松种源具有较高的苗高、地径生长量、较强光合速率和干物质生产能力。研究证实了根系形态可塑性和生理可塑性在马尾松获取异质分布养分中的重要性。马尾松可通过在富养斑块中须侧根的大量增生、对N、P、K等元素的有效吸收提高其觅养能力。马尾松在拓殖富养斑块的初期主要依靠新生侧根的增加和侧根的延长,在拓殖一段时期之后则主要靠新生侧根的生成和须根数量、须根密度的增加来搜寻异质分布养分。异质养分环境中的根系具有较高的养分吸收效率主要缘由在富养斑块中对N、P、K大量的吸收。综合比较分析认为,在3个参试种源中广西岑溪和福建武平种源在异质营养环境中拓殖富养斑块和觅养能力较强,广东信宜种源拓殖和觅养能力相对较弱。     

梭梭(Haloxylon ammodendron)生理与个体用水策略对降水改变的响应

随着全球变化的加剧,降水改变正导致荒漠生态系统中植物用水策略的适应性变化;对降水变化响应的种间差异性影响着荒漠植物群落组成。研究将生理生态与个体形态尺度相结合,调查中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron对降水变化导致的自然生境中水分条件改变的响应与适应。实验于2005年生长期开展,在古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠中设置3个降水梯度（自然、双倍和无降水）;观测并比较不同降水条件下光合作用、蒸腾作用、叶水势、水分利用效率、地上生物量累积和根系分布的变化。结果表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;降水增多对其产生正效应,预示着梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势。     

播种深度对夏玉米幼苗性状和根系特性的影响

选用郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为试验材料,在砂培和大田条件下设置3、5、7和9 cm 4个播种深度,并在大田条件下以不同播种深度混播作为对照(CK),研究播种深度对夏玉米幼苗性状和根系特性的影响.结果表明： 随着播种深度的增加,夏玉米的出苗率下降,出苗时间延长.ZD958和XY335播深9 cm的出苗率较3 cm的分别降低9.4%和11.8%,出苗时间较3 cm的均延长1.5 d.随着播种深度的增加,幼苗长度及幼苗整齐度显著降低,中胚轴长度显著增加,胚芽鞘长度差异不显著;初生胚根长度逐渐减小,次生胚根总长度逐渐增加,总根长度差异不显著;幼苗与中胚轴的总干质量增加,总根干质量差异不显著.随播种深度的增加,种子萌发时幼苗各部位可溶性糖含量增加,营养物质消耗量增加,幼苗根系生长速度增加,根系活力降低,总节根数及节根层数增加.播深增加后出苗率及幼苗活力的降低导致收获穗数的显著降低,最终影响产量形成.此外,播深一致有利于群体整齐度的提高和群体性状的改善,从而提高产量.     

长期淹水环境下河竹鞭根系统形态、生物量和养分的适应性调节

为揭示长期淹水环境下基于形态、生物量和养分的河竹鞭根系统的生长策略,为河竹在水湿地和江河湖库消落带植被恢复中的应用提供参考,调查测定了人工喷灌供水和淹水处理3、6、12个月的河竹一年生竹鞭及其根系的形态和生理生化指标,分析了河竹鞭和鞭根形态特征和生物量分配及鞭根系统的养分吸收与平衡.结果表明: 长期淹水对河竹鞭节长、鞭径和土中根根径并无明显影响.淹水3个月整体上对鞭的形态特征影响小,水中翘鞭较少,但一定程度上抑制了根的生长.随着淹水时间的延长,水中鞭、根大量生长,同时促进了土中鞭、根的生长,但土中、水中鞭生物量和土中根生物量占总生物量的比例变化并不明显,而水中根生物量/总生物量和水中根生物量/土中根生物量显著升高,体现出河竹可以通过鞭根系统的生长调节和生物量合理分配来逐步适应淹水环境.长期淹水整体上降低了河竹土中根的根系活力,抑制了土中根对养分的吸收,但对土中根养分化学计量比的影响较小,而使水中根的根系活力显著增强,养分化学计量比产生明显的适应性调节,N/P升高,N/K和P/K降低.水中根不仅起到氧气吸收功能,还具有较强的养分吸收功能.这是河竹有效适应淹水环境的生长策略之一.     

缺锌和HCO_3~-处理对诸葛菜和油菜有机酸特征的影响

以诸葛菜和油菜为材料,水培环境下设置4个不同的缺锌和碳酸氢根离子胁迫处理,分别为+Zn0(含Zn且不加HCO3-的处理组),+Zn10(含Zn且加10 mmol·L-1HCO3-的处理组),-Zn0(缺Zn且不加HCO3-的处理组)和-Zn10(缺Zn且加10 mmol·L-1HCO3-的处理组),利用离子色谱法分析了4个处理的两种植物幼苗器官(根、茎、叶)及根系分泌物中的有机酸特征。结果表明:(1)高浓度碳酸氢根离子处理显著增加了两种植物器官及根系分泌的有机酸总量,尤其是在缺锌和高浓度碳酸氢根离子双重胁迫下(-Zn10处理),诸葛菜器官和根系分泌的有机酸比油菜更敏感,草酸、柠檬酸和苹果酸是诸葛菜器官和根系分泌物中的优势酸,这三种有机酸的含量分别占其有机酸总量的75%及以上;(2)叶片是两种植物有机酸产生的主要器官,有机酸的含量和分配比例从地上部分(叶和茎)到地下部分(根)减少;(3)两种植物器官和根系分泌物中的有机酸变化趋势一致,叶片中有机酸主要来源于暗呼吸过程和光呼吸过程,其他器官和根系分泌物中的有机酸主要来源于暗呼吸过程;(4)诸葛菜对缺锌和高浓度碳酸氢根离子的适应能力强于油菜,为诸葛菜的喀斯特适生性和低锌和高浓度碳酸氢根离子环境(如喀斯特环境)的生态修复提供了理论依据。     

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。     

孑遗蕨类中华水韭根系发育的研究

以发育良好的中华水韭植株为材料,用常规半薄切片法,详细观察了根的发育及其根系的特征,并讨论了水韭根的内外两种起源途径、不同粗细根的结构功能、分支及横隔的生物学意义,为探讨古老维管植物的系统演化及濒危原因提供形态学依据。结果显示:(1)中华水韭成熟植株没有主根,有近百条浅棕色管状根,既有内起源根,也有外起源根,且每条根都有多回二歧分支。(2)二歧分支的发生一般频率密集且为不均等分裂,根越细分支越早,而且分支频率越密集;二歧分支处都有由2~3层细胞组成的永久性横隔,即使在老根内这种横隔也始终存在。(3)子根尖的部分皮层细胞能够直接转化成表皮,子根尖粗细不等。研究认为,中华水韭有茎起源根和根托起源根,皮层细胞具有特殊的分化能力,横隔是古生态的高能环境所造成的适应性结构,其根系具有旺盛的再生能力及高度的复杂性。     

春季小降雨事件对科尔沁沙地尖头叶藜萌发的影响

通过人工模拟降雨试验研究了科尔沁沙地优势草本植物尖头叶藜萌发和幼苗建成对春季小降雨事件(2、4、8 mm和自然降雨)的响应。结果表明:不同降雨处理对尖头叶藜的萌发和幼苗建成有显著影响(P0.05)。8mm降水量是促使尖头叶藜萌发的最小降雨阈量。不同降雨量处理下尖头叶藜萌发数量大小顺序为:8mm处理对照4 mm处理2mm处理;而高度和冠幅依次是2 mm处理(2.23 cm和7.15 cm2.)对照(2.03 cm和6.21 cm2)4mm处理(1.86 cm和5.01 cm2)8mm处理(1.48cm和4.72 cm2);降雨量为8mm的地上生物量最多(45.26 g/m2),对照为35.49g/m2、4mm处理为26.54g/m2、2mm处理为15.26g/m2。尖头叶藜幼苗的水分利用效率与每次降水量呈显著地正相关关系,随着每次降雨量的增大地上生物量逐渐增大。本试验中各处理的总降雨量一致,但地上生物量不同且差异显著。每次降雨量×降雨次数的分布状况影响了尖头叶藜幼苗的地上生物量。科尔沁沙地尖头叶藜萌发及其幼苗建成在密度、形态和水分利用效率和地上生产力上对不同模式的小降雨做出了积极的响应。