模拟喀斯特异质性小生境下三叶鬼针草地上地下协同生长对策

模拟在喀斯特异质生境下,通过随机区组实验,研究三叶鬼针草（Bidens pilosa L.）在两种土壤生境（浅而宽、深而窄）和3种水分处理（对照、减水50%、减水70%）下植物的地上和地下生长关系及生物量分配格局。结果显示：（1）两种生境中三叶鬼针草的地上生长（株高、地径、叶面积、叶生物量）与地下根系生长（根长、根表面积、根体积、根生物量）均随着施水量的减少而降低;叶面积比率随着施水量的减少而增加;根质量比在浅而宽土壤生境中呈先增后减的趋势,而在深而窄土壤生境中呈增加趋势。（2）两种生境中三叶鬼针草的地上生物量与地下根系生物量、叶面积与根长、叶面积与各层根系生长均呈显著正相关关系。但在浅而宽土壤生境中,三叶鬼针草的地上生物量与各土层根系生物量均呈显著正相关,而在深而窄土壤生境中,地上生物量仅与中上土层根系生物量呈显著正相关。研究表明三叶鬼针草在不同生境中均具有较好的地上地下协同生长对策,在增强对地下资源获取的同时也增强了对地上资源的获取。在浅而宽土壤生境中,三叶鬼针草通过协调根系的横向拓展能力与植物叶片的生长来应对快速的干旱缺水;在深而窄土壤生境中,植株能较好地协调根系向下拓展能力与地上叶面积的生长,更好地利用土壤深层的水分资源。     

四种湿地植物在人工湿地的生长特性研究

研究了表面流人工湿地中香根草(Vetiveria zizanioides)、风车草(Cyperus flabelliformis)、芦苇(Phrogmites australis)和水鬼蕉(Hymenocallis littoralis)4种植物的根生物量和生长量、根系分布、地上部分的生长情况.风车草、香根草和水鬼蕉根系及地上部分的生长节律相似,9月或10月前生长较快,以后生长减慢甚至停止;芦苇则不同,7月以前生长缓慢,以后生长加速,冬季也保持较快的生长.全年根生长量和根生物量以水鬼蕉最大,显著高于其它植物(P<0.01),香根草最小,显著低于其它3种植物(P<0.01).香根草的根系垂直向下生长,分布较深,而其它3种植物的根系主要分布在浅层土壤中.风车草分株最多,叶面积指数最大.香根草叶面积指数最小.结果表明,在构建多种植物人工湿地群落时,可以考虑将芦苇与大多数湿地植物搭配以保证湿地全年保持较好的净化效果;水鬼蕉可以作为底层植物,和风车草等生长早、植株较高的植物构建多种湿地群落.     

科尔沁沙地赤松和樟子松根系生物量分配与构型特征

沙地赤松(Pinus densiflora)在科尔沁沙地南缘区已有50年的引种历史,但其生长表现和根系生物量分配与构型特征还很少被报道。本研究以同龄(40 a)樟子松为对照,在生长指标测定基础上,采用分层分段全挖法采集根系,对沙地赤松不同径级根生物量分配规律进行研究,测定根长、连接数量、平均连接长度等指标,同时计算分形维数和分形丰度。结果表明:与樟子松相比,沙地赤松具有较大生长量和生物量,其根生物量显著高于樟子松,是其1.96倍,细根(直径≤0.2 cm)生物量更显著高于樟子松,是其4.76倍;沙地赤松根系生物量占总生物量的29.0%,细根生物量占总根系生物量的1.1%,细根长度占根总长度的44.3%;樟子松根系生物量占总生物量的25.6%,细根生物量占总根系生物量的0.4%,细根长度占根总长度的28.8%;从根系垂直分布看,沙地赤松地下0~180 cm均有细根分布,且40~180 cm范围内细根生物量占总细根生物量的65.2%;樟子松几乎全部细根分布于0~100 cm范围内,此范围细根生物量占总细根生物量的99.2%,且0~40 cm土层细根生物量占63.4%;虽然两树种根系平均连接长度没有显著差异,但沙地赤松细根及部分中根(0.2~2.0 cm)连接数量显著高于樟子松;沙地赤松根系分形维数为1.548±0.251,是樟子松(1.293±0.190)的1.2倍,并且分形丰度是樟子松的1.3倍;与樟子松相比,沙地赤松根系具有较强的吸收能力,能够利用较大范围的深层水分和养分,根系分支多,拓扑结构更加复杂。     

西北干旱区灌草型白刺-芨芨草群落根系分布与互作

本文以宁夏沙湖一个典型的干旱区灌草型白刺(Nitraria tangutorum)—芨芨草(Achnatherum splendens)群落为研究对象,将该群落自植物聚生丛冠层覆盖区至丛间裸地依次划分为冠盖区、过渡区和空旷区3个微生境分区,通过比较两优势种的根系生物量密度以及根系消弱系数(反映根系总体埋深)在这3个分区中的分布特征,研究了干旱胁迫环境下两物种的根系分布与共存机制。结果表明:两物种的总根与细根均集中分布于冠盖区,但芨芨草根系生物量密度自冠盖区至空旷区的下降幅度更大;白刺总根及细根生物量密度重心自冠盖区至空旷区逐渐下移,而芨芨草的总根和细根生物量密度重心在空旷区较过渡区有所抬升;另外,白刺细根生物量密度在冠盖区10~30 cm土层中最高,而芨芨草在0~10cm层最高;各微生境分区内两物种的根系消弱系数均具有显著性(或接近于显著性)差异。这暗示了白刺与芨芨草的根系分布存在明显的生态位分离现象。"地上聚生,地下分离"的共生方式可能是白刺与芨芨草共同适应干旱环境的生长策略。     

测定潜流人工湿地根系生物量的新方法

设计了一种新方法研究潜流人工湿地植物根系的分布和生物量。采用自制的圆柱形的不锈钢网柱,安放在潜流湿地的碎石基质中,定期分层取出网柱内的碎石,可观察根系的分布特点;收获网柱内的根,可测定根系的生物量和生长量。网柱的直径20cm,高50cm,网孔直径1．80cm,不锈钢丝粗1．38mm。安装时,使网柱垂直,上端达碎石表面,下端靠近湿地床底。安装好后,装入碎石基质,观察测定时,把基质取出,观察完后,再把基质放回。用该方法,对碎石基质的潜流人工湿地中植物根系的分布和生物量进行了1a的实验测定,认为该方法是测定潜流人工湿地根系生长和分布的有效方法,它易于安装、测定方便、准确。7月和12月份两次测定的湿地根系生物量之和为331．8gm^-2,其中分布于0—5cm的根生物量为174．4gm^-2,5～15cm为142．1gm^-2,15cm以下为15．3gm^-2。种问根系生物量的差异很大,根系生物量最大的是美人蕉,为182．4gm^-2,最小的是水鬼蕉,为1．38gm^-2。根生物量似乎呈不同的季节格局,象草7月份根系生物量较大,而其他种12月份的较大。不同种根系生物量的垂直分布也有显著的差异,具根状茎的芦苇和较粗根的水鬼蕉以直径大于1mm的根为主,它们的根分布较深,而浅层根较少;象草、美人蕉和风车草,直径1mm以内的根占根生物量的80％以上甚至100％,它们的根分布较浅。     

水曲柳幼苗根系对土壤养分和水分空间异质性的反应

通过沙培试验方法,研究了温室条件下水曲柳幼苗在施肥和浇水区,非施肥和非浇水区中根系生长,生物量分布,地下部分与地上部分关系,细根直径等特征。结果表明,土壤养分和水分的空间异质性对水曲柳幼苗根系生长和分布有明显影响。在施肥区和浇水区根系生长快,密度大,生物量高,而在非施肥和非浇水区根系生长受到抑制,根系密度小,生物量低,与非施肥区相比,施肥区细根直径下降,有利于根系对养分和水分的运输,但是在非浇水区     

根际通气状况对盐胁迫下棉花幼苗生长的影响

以溶液培养的棉花(Gossypium hirsutum)幼苗为材料,测定了不同盐胁迫程度和不同通气状况下棉花幼苗株高、根系体积、根系和茎叶生物量以及灰分含量的变化,以探索根际通气状况对盐胁迫下棉花生长的影响。结果表明,盐胁迫抑制棉花植株生长,表现为植株变矮、叶面积减小和干物质积累下降;根际环境通气不良也会导致棉花幼苗生长受抑制、干物质积累下降和矿质元素吸收减少等。进一步比较盐胁迫和根际通气状况及两者组合作用对棉苗生长的影响,发现盐胁迫对株高和总生物量的影响较大,而根际通气状况对根系体积、根系生物量、根冠比和矿质元素吸收的影响较大。总体表现为:盐胁迫对茎叶生长的不利影响较大,而根际通气状况对根系生长的不利影响较大。同时,在根际环境通气良好的条件下,不同程度盐胁迫导致的棉花幼苗株高、根系体积、叶面积、根系生物量和总生物量的变化程度远小于根际环境通气不良条件下的变化程度。实验结果表明,根际环境通气良好可以减弱盐胁迫对棉花生长发育的抑制作用,而根际环境通气不良则会加重盐胁迫的不利影响。     

沿海防护林四个树种根系分布对盐胁迫的响应

研究盐分胁迫下植物根系的分布及生长特性对沿海防护林树种的筛选具有重要意义。以8年生女贞(Ligustrum lucidum)、洋白蜡(Fraxinus pennsylvanica)、木麻黄(Casuarina equiestifolia)和墨西哥落羽杉(Taxodium mucronatum)等4个亚热带沿海防护林树种为对象,对其根系生长特性与土壤盐度关系、根系生物量分配格局、功能根的分布特征以及根系的比根长和根长密度进行了比较。结果表明:1)土壤盐分对植物根系垂直生长与分布具有强烈的制约作用,根系的水平伸展能力与树种根系垂直生长呈负相关;2)不同树种适应盐分胁迫能力不同,导致各自功能根的生物量分配格局差异;3)根径级越小,其吸收水分和营养物质的能力越强;根径级越大,固定和支持植株的能力越强;4)墨西哥落羽杉盐分阈值0.45%,根系垂直分布在0～95cm的土层中,具有良好的抗台风和耐盐土能力;木麻黄和洋白蜡2个树种的主根系长度分别为25cm和29cm,支撑根的比例分别为87.2%和56.3%,因此也具有一定的抗台风能力,可以栽植在盐度0.36%的沿海滩涂上;女贞盐分阈值0.21%,垂直根系为20cm,支撑根比例51.0%,不适合栽植于高盐分的台风分布地理区域。     

水曲柳落叶松根系之间的相互作用研究

 通过水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松(Larix gmelinii)两个树种苗木纯栽和混栽试验,在温室条件下研究两树种根系之间的相互作用。结果表明,水曲柳与落叶松混栽使水曲柳细根和粗根生物量比纯栽分别增加47％和46％,叶和茎生物量分别增加30％和48％,同时改变了水曲柳地下部分与地上部分比率,促进了水曲柳细根和叶协调生长。而混栽的落叶松细根和粗根生物量比纯栽分别减少19％和35％左右,叶和茎生物量减少22％和34％,但是落叶松地下部分和地上部分各生物量组分变化不存在显著差异。混栽改变了水曲柳根系的空间分布和根系的形态,导致根系密度和根长度分别增加47％和34％,有利于水曲柳吸收较多的养分和水分,提高其竞争效率。落叶松起到改变土壤环境作用。     

我国西北地区芨芨草-苦豆子群落根系分布与种间关系

以宁夏沙湖的一个典型的干旱区草本型植物群落——芨芨草(Achnatherum splendens)-苦豆子(Sophora alopecuroides) (禾草-非禾草型)群落为研究对象, 自芨芨草-苦豆子聚生丛的基部向丛间裸地依次划分为植冠区、过渡区和空旷区3个分区, 通过比较分析两个优势种根系生物量密度在这3个分区的空间分布格局, 研究了干旱胁迫生境中芨芨草和苦豆子的根际关系。结果表明: 在水平方向上, 芨芨草根系总生物量主要集中分布于植冠区, 而苦豆子根系总生物量密度在3个分区间无显著差异; 在垂直方向上, 芨芨草的根系总生物量密度和细根生物量密度最大的土壤层次从植冠区到空旷区埋深渐深, 而苦豆子的根系总生物量在3个分区主要分布于10~30 cm土层, 但其细根生物量密度最大的土层从植冠区向外呈上升趋势; 同时发现, 在植冠区, 根系总生物量密度较高, 两种植物细根生物量密度最大的土壤层次不同, 但在空旷区和过渡区, 两种植物细根生物量密度的垂直分布格局趋于一致。群落中两个主要植物种的根系在植冠区具有垂直层次的分异性, 在不同分区间具有水平分布格局的差异性, 这可能是群落中两种主要植物种间为了避免根系间直接竞争共同适应干旱胁迫生境的重要机制。     

黄土丘陵区不同植被根系数量特征及离散程度

根系的空间分布与植物自身的生物学特性、土壤资源、土壤结构等因素有密切的关系。对黄土丘陵区3种植被类型根系的数量特征及离散程度进行了研究,结果表明:山杨、灌丛和油松林地的根系数量随着根系径级的增加而减少;山杨林地根系最丰富,油松林次之,灌丛地根系数量最少。3种植被根系离散程度随深度的增加有明显的差异,其中灌丛和山杨林根系的离散指数在15cm深处达到最大值,随后又降低,而油松林的变化没有明显规律。无论是表层或是深层,3种植被根系离散指数均小于1,说明植被根系在土壤中呈聚集分布。在土壤相对均质的黄土地区,根系的空间聚集分布可能是根系的固有特性。     

间作模式下冬小麦与春玉米根系的时空分布规律

采用大口径土钻对间作种植模式下冬小麦与春玉米根系进行取样,分析了两种作物根系的空间分布及动态变化规律．结果表明：间作冬小麦根系在空间上呈幂函数递减规律,间作春玉米根系呈指数递减规律．采用多元线性回归建立间作冬小麦和春玉米根系质量密度（R）的二维空间分布函数,经验证,两种作物根系质量密度的二维分布函数均可反映作物根系的实际生长状况．     

孑遗树种钟萼木幼树生长特性探讨

研究了5 年生钟萼木幼树株高、地径连年生长、侧枝分生特性。结果表明,调查群体5 年生株高、地径平均值、最大值与最小值分别为2.0 m、3.4 m、0.5 m 和3.2 cm、9.5 cm、0.5 cm;群体幼树株高、地径生长分布遵循正态分布;幼树群体的株高、地径生长在早期表现显著的遗传分化。1～5 年生幼树的株高、地径年生长量表现为：株高在前3 年表现较低生长量,第4、5 年明显加快;地径在第1 年生长量占比较大。幼树株高小于2.0 m 的个体未发现分生侧枝,冠幅小且高生长较缓慢。     

半干旱地区春小麦根系形态特征与生长冗余的初步研究

以半干旱地区6个不同年代春小麦品种为材料,对各品种苗期种子根系的数量、形态特征进行了比较研究,分析了这些指标与作物抗旱高产的关系。结果表明,黄土高原半干旱地区春小麦品种在根系生长上存在着对产量不利的冗余。在以提高产量潜力为宗旨的品种更新替代过程中,不同年代春小麦品种随着年代推进逐渐呈现出根条数和根长减小、根活性吸收面积比增加、种子根中央大导管直径减小的趋势。这些特点使得现代春小麦品种在早期营养生长过程中能够节约用水而保留一定土壤水分以满足花期和灌浆期水分需求,因而提高了作物产量。     

Cultivar differences in spatial root distribution during early growth in soil,and its relation to nutrient uptake - a study of wheat,onion and lettuce

Background and aims

A study was made to quantify early root development, soil exploitation and nutrient uptake in spring wheat, onion and lettuce, and their variation among cultivars. The goal was to study genetic variation in root traits making cultivars better adapted to organic production systems or other low-input systems.

Methods

Six cultivars of each species were grown in transparent tubes to allow direct observation of early root growth. The tubes were 0.3 m deep, and 0.24 m in diameter. By placing the plants close to the edge rather than at the centre of the tubes, we could quantify the spatial distribution of the root systems as well as the general root growth and nutrient uptake.

Results

Root growth of wheat and lettuce was faster than root growth of onion, and onion showed little capacity for horizontal root system development. Significant variation in early root growth and horizontal spread of the root system was found among cultivars of all three species. In general, cultivars with strong growth and high volume of soil exploitation showed higher average nutrient concentrations.

Conclusion

Early shoot growth, root growth and nutrient uptake are intrinsically linked, making it difficult to determine whether improved root growth was the primary cause of improved performance. However, we did find cultivars where the strong root growth and superior root distribution seemed to be the driver for improved overall growth.

     

Effects of physical connection and genetic identity of neighbouring ramets on root-placement patterns in two clonal species

Root-placement patterns were examined in the clonal species Glechoma hederacea and Fragaria vesca when grown with different types of neighbours. Three different patterns were predicted as consequences of different types of interactions between roots: the avoidance pattern if root growth decreases in the presence of neighbouring roots; the intrusive pattern if root growth increases towards neighbouring roots; and the unresponsive pattern if root growth is unaffected by neighbouring roots. Experiments were conducted in which physical connection between ramets, and the genetic identity of neighbouring ramets, were manipulated. The patterns of distribution of entire root systems and elongation rates of individual roots were measured. Root systems and individual roots of G. hederacea avoided contact with roots of neighbouring ramets, irrespective of connection to the neighbour and its genetic or specific identity. In contrast, F. vesca roots grew equally towards and away from intraspecific ramet neighbours and their elongation was stimulated by contact with roots of G. hederacea ramets. These results demonstrate that root-placement patterns of plants grown with different types of neighbours vary between species, and suggest that factors additional to resource depletion could be involved in their development.     

Modelling the branching growth fractal pattern of the maize root system

Using the technique of L-systems, a growth model of the maize root system is developed. From the observation of the root systems developed under various soil density in eight root boxes, a spatial hierarchy of growth rules was extracted. The rules were divided into three categories: a meta-rule for describing features of an entire root system, a branching growth rule and a tip elongation rule. Some variations in the entire features of the root system, such as the outline and the root distribution, were confirmed by observation, and then the respective meta-rules were re-defined. The branching properties of first- and second-order lateral roots were statistically almost equal in the observations, and this lead us to set up a single stochastic branching growth rule. Tip elongation movement was not observed here; its rule had to be assumed by reference to data in the literature. A single set of branching growth and tip elongation rules were coupled with the respective meta-rules corresponding to the root samples observed, where a small scale rule was loosely governed by a large scale rule. Computer simulations offered optimized drawings of the observed root systems, and they also reproduced a typical anisotropic power distribution of roots similar to those observed.     

高梁根系生长发育规律及动态模拟

高粱［Ｓｏｒｇｈｕｍｂｉｃｏｌｏｒ（Ｌ．）Ｍｏｅｎｃｈ］又名蜀粟，有悠久的栽培历史和独特的抗逆性及适应性，在我国旱作农区，凡不适于玉米、小麦栽培的干旱或半干旱瘠薄耕地，种植高粱均能获得较高和较稳定的籽粒产量［１］，高粱这种抗逆性较强的特点与其有发达的根系系统有关，但由于研究方法和手段的原因，在国内对高粱根系研究开展的还较少，本试验在大田条件下系统研究高粱根系生长发育规律，并与玉米根系进行比较，为进一步开展高粱抗逆性研究和抗旱育种提供依据。１　材料和方法试验于１９９６年在中国科学院石家庄农业现代化…     

毛白杨人工林吸收根判定阈值对其空间分布特征的影响

通过林木根系研究中不同吸收根的判定标准下根系空间分布特征的差异对比,阐明根系分级标准对吸收根空间分布格局的影响,提升根系研究精度,明确林木根系有效“觅食”区域。在7年生毛白杨林分中于5株样树周围挖取780个土柱,选取根系形态指标：根系平均直径(RD)、根系表面积密度(RAD)、根长密度(RLD)和根系体积密度(RVD)研究其垂向与径向的分布动态,并分析不同吸收根判定标准对毛白杨细根空间分布以及各形态指标的影响。结果表明：选取2 mm作为吸收根判定标准确实会导致运输根被误判为吸收根,但其空间分布特征仍能反映吸收根的真实空间分布格局。而且在该判定标准下,判定标准对于实际的细根形态和空间分布情况是否会产生的影响由于监测指标的不同以及研究位置的变化而不同。其中RAD、RLD和RVD的空间分布特征基本相同,但RVD的差值比例远高于其他指标,且深土层的差值比例普遍高于浅土层。因此,以2 mm为吸收根判定标准时,选取RLD和RAD更能准确反映吸收根的真实空间分布格局,且该标准更适用于在进行相对较浅的土层中开展研究,采用2 mm为阈值划分吸收根研究细根垂直分布特征时建议以各形态指标在各个土层所占比例来...