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。     

土壤水分梯度对白三叶(Trifolium repens)光合作用和根系分布的影响

通过对两个品种白三叶Trifolium repens cv.Haifa(海发)和Trifolium repens cv.Rivendel(瑞文德)盆栽试验,模拟3种不同的土壤水分状况(无水分胁迫:保持植株良好的水分供应;轻度胁迫:表层0～20cm土壤处于干旱状态;重度胁迫:表层0～20cm土壤处于极干旱状态,20～40cm土壤处于干旱状态)对白三叶光合作用和根系生长的影响.结果表明,当植株未遭受水分胁迫时,两个品种白三叶的光合作用和根系生长状况没有明显差异;当表层0～20cm处于干旱状态时,'海发'在处理后期的净光合速率和水分利用效率升高,根系生长量增大,表现出促进作用,'瑞文德'受到的影响不显著;当表层0～20cm处于极干旱、20～40cm处于干旱状态时,'海发'在处理前期受到轻微影响,随后恢复正常状态,'瑞文德'则受到较严重的影响.随着干旱程度的加深和时间的延长,白三叶的根冠比逐渐增大.与'瑞文德'相比,在相同时期相同胁迫程度下,'海发'的根冠比没有显著差异,但深根数量大大超过'瑞文德',因而,'海发'的耐旱能力强于'瑞文德'.     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

不同人工灌木与草混播群落中4种灌木根系分布的研究

通过对3种人工群落中4种优良水土保持灌木荆条、柠条、胡枝子、紫穗槐的根系分布的研究,分析和探讨这4种灌木在不同群落中根系生物量分布,地上、地下生物量相关性及有效根密度的差异.结果表明:(1)紫穗槐在不同人工群落中的地下生物量相对稳定;(2)群落Ⅰ(胡枝子80/柠条80 紫穗槐30/荆条20 苇状羊茅150/百脉根100)的植物配置灌木根系生物量最大;(3)4种灌木地上、地下生物量有较强的相关性,地上生物量均随地下生物量的增加而提高;群落Ⅰ有效根密度总和远大于群落Ⅱ、Ⅲ.可见,紫穗槐具有良好的混播性能,群落Ⅰ的植物配置模式相对合理.     

不同刈割频度对绵毛优若藜地上生物量及根系的影响

采用盆栽试验,研究了不同刈割频度对绵毛优若藜地上生物量和根系的影响.结果显示:(1)不同刈割处理下绵毛优若藜地上生物量及其营养成分百分含量差异极显著(P<0.01),地上生物量随刈割频度增大呈先增大后减小,其1次刈割生物量最大,单株均值高达5.63g;随刈割次数增加其地上部分的粗脂肪和粗蛋白百分含量均极显著提高,而粗纤维和粗灰分的百分含量则均极显著降低.(2)与不刈割相比,不同频度的刈割均能使根系生物量、根系体积总量和主根直径减少,并随着刈割频度的增大显著减少.(3)刈割显著抑制植株主根伸长,也限制侧根发生,使整个根系在土壤中的分布因刈割频度增大而逐渐变浅,刈割频度≤1时,植物根系主要分布在0～30cm的土层中;刈割频度≥2时,植物根系基本分布在0～20cm的土层中.试验结果说明,绵毛优若藜在民勤沙区适应低频度刈割管理,即1年刈割1次,其地上生物量最大,而根系受影响最小.     

小麦根系三维形态建模及可视化

作物三维形态建模和可视化技术是数字植物研究的重要组成部分,本文旨在构建基于形态特征参数的小麦根系三维形态模型,并实现小麦根系生长的可视化.基于小麦根系生长的可视化技术框架,首先构建了小麦根轴的三维显示模型,包括根轴生长模型、分枝几何模型和根轴曲线模型;然后结合根系拓扑结构,确定相应的图元,利用根系形态模型输出的形态特征参数,对整个小麦根系进行三维重构;最后基于OpenGL图形平台,综合纹理映射、光照渲染、碰撞检测等真实感处理手段,实现了小麦根系生长的三维可视化表达.结果表明：模型输出的根系真实感较强,能较好地实现不同品种、水分和氮素条件下小麦根系的三维可视化表达.研究结果为进一步建立完整的可视化小麦生长系统奠定了技术基础.     

水肥耦合效应对毛白杨苗木生物量的影响

水和肥是促进毛白杨速生高产的两大重要因素,研究水肥耦合效应对毛白杨苗木的生物量影响具有重要的现实意义.本文以毛白杨杂种无性系87号嫁接苗为试材,采用水、氮、磷三因素五水平二次回归通用旋转组合设计,于2008年3-10月在北京林业大学苗圃进行盆栽试验,研究了不同水肥耦合水平对毛白杨苗木生物量的影响,并建立了毛白杨生物量的水肥耦合回归模型.结果表明: 土壤水分是影响毛白杨生物量的主要因素,其次为氮肥和磷肥.随着三者投入量的增加,毛白杨生物量增加;当三者增加到一定程度时,继续投入则使其生物量下降.土壤水分与氮肥交互作用显著,且有较好的正效应;而氮肥与磷肥、土壤水分与磷肥交互作用不明显.经模型寻优,水肥调控的最佳组合为: 土壤水分控制在田间持水量的73.37%,氮肥和磷肥的施用量分别为4.14 和1.41 g·plant^-1;此时的毛白杨苗木生物量达到68.30 g·plant^-1.     

淹水条件下平邑甜茶根系NO生成及外源硝酸钠对其影响

以2年生平邑甜茶(Malus hupehensis)为试验材料,研究了淹水条件下平邑甜茶根系一氧化氮(NO)的生成规律以及外源硝酸钠(NaNO₃)对NO生物合成的影响.结果表明：3～9 d的淹水处理显著提高了平邑甜茶根系NO生成量;在12 d内,随着淹水时间延长,根系NO生成量、硝酸还原酶(NR)、一氧化氮合酶(NOS)活性和丙二醛(MDA)含量均先上升后下降.10 mmol·L^-1NaNO₃显著抑制了淹水条件下根系MDA含量和NOS活性的提高,但NR活性增强;淹水期间,根系NO生成量在NaNO₃处理的前3天提高,处理第6天后显著降低.     

基于CA_Markov模型的伊犁河三角洲景观格局预测

在遥感和水文数据的支持下,结合伊犁河三角洲的区域特点,确定了伊犁河三角洲的景观分类系统.通过景观生态学的定量分析和CA_Markov模型模拟方法,系统分析了1975-2 007年伊犁河三角洲景观格局的时空演变特征,并对2020年景观格局的情景进行了模拟与预测.结果表明：在人为间接干扰和自然环境的双重影响下,1975-2007年伊犁河三角洲的景观格局变化具有一定的周期性和不稳定性;对CA_Markov模型的可利用性进行分析与检验,1990-2007年伊犁河三角洲景观变化符合CA_Markov模型应用的条件;2020年,研究区景观的斑块破碎化严重,连通性趋于弱化,与水密切相关的湖泊、沼泽和漫滩的时空变化存在很大的不确定性;分别基于1990-2000年和2000-2007年概率转移矩阵预测的2020年研究区景观格局存在显著的差异性,不同景观类型的差异程度和表现形式各异,原因在于这两个时段自然条件的非一致性和不稳定性以及各景观类型的转移方式和方向不同.