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。     

模拟根系分泌物输入对高寒退化草地土壤微生物残体的影响

微生物残体是稳定土壤碳库的重要来源，对退化生境碳的固持和积累具有重要意义。植物根系分泌物作为植物-土壤-微生物"交流"的媒介，是调控土壤微生物残体迁移转化的关键。因此，以极度退化草地土壤为对象，以氨基糖为标志物，模拟研究了不同氮浓度（低氮-LN：0.1 gN/kg；高氮-HN：0.2 gN/kg）和多样性（3种化合物、9种化合物）根系分泌物输入对土壤微生物残体的影响。结果表明：（1）根系分泌物输入可显著增加高寒退化草地土壤微生物残体含量，且主要由真菌残体贡献。其中高氮和低多样性处理增加最明显，微生物残体和真菌残体分别增加了101.14%，125.16%，而低氮和高多样性处理微生物残体和真菌残体仅增加了35.79%，33.51%。（2）根系分泌物的输入可增加土壤β-葡萄糖苷酶、土壤磷酸酶和过氧化物酶活性，促进微生物的生长，而降低β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性，减少微生物残体的分解。（3）回归分析结果显示，土壤微生物残体与土壤环境的C/N呈显著负相关，与微生物生物量C/N呈显著正相关。上述结果表明，在未来退化草地恢复中，可充分利用模拟根系分泌物输入的土壤固碳策略，即通过提高土壤氮的有效性，促进微生物的生长，加快代谢周转，进一步提高微生物残体含量。     

Fractal root system of Melica przewalskyi along different aspect in degraded grassland

Aims Fractal root system is phenotypic plasticity result of plant root architecture to respond to environmental heterogeneity, may reflect the growth strategy of plants to adapt to environmental conditions. Our objective was to explore the relationship between root fractal dimension and fractal abundance of fractal root system of Melica przewalskyi population in response to aspect variation in the northwest of China. Methods The study site was located in a degraded alpine grassland on the northern slope in Qilian Mountains, Gansu Province, China. Survey and sampling were carried out at 40 plots which were set up along four slope aspects transects with 20 m distance between adjacent plots. Handheld GPS was used to determine the elevation, longitude and latitude of each plot. ArcGIS was used to set up digital elevation model (DEM). Community traits were investigated and six individuals roots of M. przewalskyi were collected randomly at each plot. The samples were cleaned and divided into different organs, then scanning the root with the Win-RHIZO for measurements of fractal dimension and fractal abundance in laboratory, and their biomass were then measured after being dried at 80 °C in an oven. Important findings With the slope aspect turned from north to east, west, and south, the density, height and soil moisture content of the plant community displayed a pattern of initial decline, the height, density, root fractal abundance of M. przewalskyi increased and the root fractal dimension decreased. The root fractal dimension was negatively associated with the fractal abundance in all aspects, but the relationship varied along the slope aspects gradient; there was a highly significant negative correlation (p < 0.01) between the root fractal dimension and fractal abundance at north slope and south slope aspect, whereas the correlation only reached a significant level (p < 0.05) at the east slope aspect and west slope aspect; indicating that there is a trade-off between the root fractal dimension and fractal abundance. In addition, when the slope aspect changed from north to east, west and south, the standardized major axis (SMA) slope of the regression equation in the scaling relationships between root fractal dimension and fractal abundance increased (p < 0.05), indicating that the roots of M. przewalskyi at the droughty southern slope have less branch and more sparse in the same soil volume of root exploitation and utilization. Consequently, the resource allocation pattern on reasonable trade-off between root fractal dimension and fractal abundance in different slope aspect of M. przewalskyi, reflects the relationship between the income and the cost of construction of plant root architecture.     

金塔绿洲不同林龄多枝柽柳根系分叉数与分支角度的关系

根系构型影响根系空间分布和营养吸收效率，反映了植物适应环境胁迫的生存策略。采用标准化主轴估计（Standardized major axis estimation，SMA）的方法，分析了甘肃金塔北海子国家湿地公园3年生和6年生多枝柽柳（Tamarix ramosissima）根系分叉数与分支角度的异速生长关系。结果表明：随着林龄的增长，湿地群落盖度、高度逐渐增加，多枝柽柳种群的盖度、密度、高度和地上生物量以及根系深度、分叉数、比根长、比表面积、各级根系直径随之增加，根系分支角度和根冠比逐渐减小；多枝柽柳根系分叉数与分支角度回归方程的标准主轴斜率逐渐增大（P<0.05），随着林龄的增长，多枝柽柳根系分叉数的增加速度逐渐大于根系分支角度的生长速度，二者在林龄间呈现出差异化的异速生长关系。随着林龄的增长，多枝柽柳根系构型模式由"扩散型"转变为"紧缩型"，体现了种群应对生境胁迫和竞争的生态适应机制。     

樟树(Cinnamomum camphora)幼苗细根形态对氮磷添加和幼苗密度的响应

全球氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响已成为现代生态学研究热点之一,我国华南地区氮沉降的增长引起了土壤酸化和磷限制加剧等一系列生态问题。密度制约着植物个体对环境资源的吸收利用,是自然界中十分重要的选择压力之一。因此研究樟树(Cinnamomum camphora)幼苗的细根形态对氮磷添加和密度的响应,有利于了解亚热带树木根系对氮沉降和磷添加与林分密度的响应过程和机制,并为全球变化背景下樟树林生态系统的管理提供依据。本研究以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥以模拟大气氮沉降,并且以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加,氮磷处理设置4个水平,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置10、20、40和80株/m~2 4个水平。测定各处理樟树幼苗细根的根长、表面积、体积和根尖数,分析氮磷添加、密度和两者交互作用对樟树幼苗细根的影响。研究结果表明,与对照处理相比,N、P和N+P处理促进了幼苗细根长度、表面积、体积以及根尖数的增加。低密度条件下的N添加对幼苗根系形态的促进效果强于P添加。N+P处理对10、20、40株/m~2幼苗根系形态的促进效果最佳,而各处理对80株/m~2幼苗根系形态的促进效果均无显著性差异。随着种植密度的增大,幼苗细根长度、表面积、体积和根尖数均减少。樟树幼苗的细根长度、表面积、体积和根尖数在各密度间和不同氮磷添加处理间均有显著性差异,密度和氮磷处理间的交互作用对根系形态各指标均无显著影响。     

油菜秸秆还田对水稻根系、分蘖和产量的影响

采用田间试验与栽培模拟试验相结合的方法,分析了油菜秸秆还田对水稻根系、分蘖和产量的影响.结果表明: 水稻移栽后0～36 d,与秸秆不还田处理相比,油菜秸秆还田处理下水稻分蘖减少1～2个,根系单株伤流量降低1.0～8.6 mg,根系谷氨酰胺合成酶(GS)、谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT) 活性分别降低0.10～6.11、0.06～0.31和0.52～0.84 μmol·g^-1·h^-1. 水稻移栽后56 d,与秸秆不还田处理相比,油菜秸秆翻埋还田处理下水稻根系单株伤流量增加3.4～11.7 mg,根系GS、GPT和GOT活性分别增加0.34～0.78、0.13～0.45和0.18～0.20 μmol·g^-1·h^-1;油菜秸秆覆盖还田处理下水稻根系单株伤流量降低19～25 mg,根系GS、GPT和GOT活性分别增加0.16～0.34、0.08～0.21和0.06～0.32 μmol·g^-1·h^-1.油菜秸秆还田处理中,全量还田处理下的水稻产量最高,其中,与全量覆盖还田相比,全量翻埋还田处理下的水稻产量增加0.13～0.48 t·hm^-2.可见,油菜秸秆还田会导致水稻生长前期根系活力下降、氮代谢酶活性降低,从而使水稻根系生长缓慢、返青延迟,但在中后期,随着根系活力和氮代谢酶活性的增强,秸秆还田会促进水稻根系生长;油菜秸秆还田对水稻产量的影响是多因素综合作用的结果,全量翻埋还田更适宜于四川油稻两熟轮作系统.     

不同林龄麻栎林地下部分生物量与碳储量研究

探讨不同林龄麻栎林地下部分根系的生物量与碳储量,为麻栎林的经营管理及碳汇管理等提供科学依据。以江苏省句容市不同林龄(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林)的麻栎林为研究对象,采用全根挖掘法获取麻栎各级根系及灌草层根系,并测定其生物量、碳含量,构建麻栎根系生物量模型,估算麻栎林地下部分根系碳储量及麻栎林群落碳储量。通过11种数学回归模型的比较,构建麻栎各级根系生物量幂回归模型,计算得到幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林麻栎根系生物量分别为14.81t/hm~2、41.15t/hm~2、50.36t/hm~2、53.75t/hm~2,各级根系生物量大小顺序是:根桩粗根大根细根;灌木与草本植物根系生物量分别为0.48—1.71t/hm~2、0.13—0.60t/hm~2;不同林龄麻栎林群落根系生物量为15.42—56.06t/hm~2,且随林龄的增大而增大。麻栎根系碳含量大小顺序为:根桩粗根大根细根,且碳含量差异显著;灌木与草本植物根系碳含量分别为41.84%—43.79%、34.03%—38.48%,随林龄变化均无明显变化规律。麻栎林乔木根系碳储量随林龄增大而增大,幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林根系碳储量分别为6.01t/hm~2、17.41t/hm~2、21.79t/hm~2、21.99t/hm~2;灌木与草本植物根系碳储量均随林龄增大而增大;幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林群落根系碳储量分别为6.26t/hm~2、17.74t/hm~2、22.37t/hm~2、22.94t/hm~2,且乔木层灌木层草本层。麻栎林地下部分根系生物量与碳储量随林龄的增大而增大,幼龄林到近熟林生长过程中生物量与碳储量增加快速,近熟林后生物量与碳素积累缓慢,且与成熟林接近。     

铜绿假单胞菌对镉胁迫苗期水稻根系活力及叶片生理特性的影响

为揭示耐镉铜绿假单胞菌缓解镉胁迫水稻的生理效应,以无镉处理为对照,通过添加菌液、空载体、菌剂及20μmol·L^-1 Cd进行水培试验,分析了菌株对苗期水稻根系活力及叶片生理特性的影响.结果表明:镉胁迫显著抑制了水稻的根系活力,降低了叶片光合效率、抗氧化酶活性及可溶性蛋白、类黄酮与总酚含量,提高了叶片丙二醛(MDA)和超氧阴离子(O2-)含量.与镉处理相比,添加菌液、菌剂处理的水稻根系活力分别提高了36.1%~42.5%、49.4%~53.0%;叶片净光合速率提高了118.5%~147.1%、137.6%~156.9%;可溶性蛋白含量提高了37.0%~49.3%、37.7%~72.6%.菌剂处理的水稻叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性分别比Cd处理提高了36.9%~42.6%、82.7%~92.6%、43.3%~52.2%,菌液处理的SOD、POD、CAT则分别比Cd处理提高了25.8%~36.6%、40.9%~55.9%、24.0%~29.2%,菌剂对水稻叶片抗氧化酶的促进效应显著高于菌液;菌剂、菌液处理的水稻叶片MDA含量分别比Cd处理降低了44.8%~54.7%、29.4%~41.9%;O2-含量减少了9.9%~10.2%、3.0%~7.1%;菌剂处理后类黄酮、总酚含量分别比Cd处理提高了125.4%~135.7%、100.8%~119.4%;菌液处理后则分别提高了139.4%~146.7%、115.0%~134.7%.可见,铜绿假单胞菌及其菌剂通过提高苗期水稻根系活力、光合作用促进了苗期水稻的生长.铜绿假单胞菌通过增强水稻抗氧化酶活性、提高类黄酮和总酚等抗氧化物质含量,表现出显著的缓解镉胁迫效应.     

甘肃马先蒿不同寄生密度对紫花针茅内生真菌共生体生理特性的影响北大核心CSCD

【目的】根寄生植物持续掠夺禾草体内营养物质成为禾草生长过程中的生物逆境,禾草内生真菌提高冷季型禾草对生物和非生物逆境耐受能力。然而,有关禾草内生真菌对根寄生逆境下禾草生理过程调控作用的研究鲜有报道。【方法】开展温室盆栽试验,以带菌(E+)和不带菌(E-)紫花针茅为研究对象,研究甘肃马先蒿不同寄生密度对紫花针茅抗氧化酶活性、渗透调节物质和根系活力影响的动态变化规律。【结果】甘肃马先蒿寄生显著增加紫花针茅抗氧化酶活性、丙二醛和脯氨酸含量,而根系活力却快速降低;高密度寄生紫花针茅植株生理特性指标显著高于低密度寄生或自然生长植株;同时,E+紫花针茅抗氧化酶活性、脯氨酸含量和根系活力显著高于E-植株,而E-植株丙二醛含量显著高于E+植株。【结论】禾草内生真菌通过增强抗氧化酶活性、调节细胞膜透性和增强根系生长能力的途径提高紫花针茅对根寄生逆境的耐受能力,利用植物替代方法带菌紫花针茅可以作为一种生物防治手段用于防控根寄生杂草。     

红松人工林树冠大小与果实产量关系的研究

以黑龙江省佳木斯市孟家岗林场红松人工林为研究对象,基于12块样地70株枝解析数据及21块固定样地2008~2010年的结实量数据,利用异速生长方程建立立木树冠体积和表面积预估模型,同时对树冠大小与欠年、平年、丰年的红松结实量进行了相关分析。结果表明:树冠体积和表面积与冠长、胸径、冠幅和树高均显著相关,其中与胸径相关系数最大,与树高相关系数最小。本文所建立的模型确定系数R2都在0.55以上,预测精度大多数在85%以上。利用所建立的树冠体积与表面积模型,我们分析了其对结实量的影响。结果显示,红松人工林结实量与其树冠体积大小以及与树冠表面积大小呈线性关系,其中,结实丰年的结实量与树冠体积以及与树冠表面的线性关系最明显(r=0.726 7-0.733 8),平年次之(r=0.688 8-0.667 5),欠年最差(r<0.5)。总的来说,本文所建立的红松人工林立木树冠体积和表面积单变量和多变量模型能对红松立木树冠大小进行很好的估计,为进一步研究红松人工林结实规律及果材兼用林优化经营提供基础。