根系新闻

根系原位系统在生态环境研究中的应用

一、研究的最新进展

1.水分利用效率综合反映了植物根部到叶片的水分传输过程。气孔导度通过控制气孔开闭状态,调控着光合作用和蒸腾耗水两个方面。一方面,氮素累积增加,气孔导度增大,林分叶面积指数(LAI)升高,光合产物增加,蒸散量增加,水分利用效率降低,但是这种快速增长的林分对于外界环境的胁迫更脆弱而易导致枯死。另一方面,降雨量减少导致土壤含水量降低,气孔导度减小,气孔关闭,林分叶面积指数降低,蒸腾减弱,水分利用效率增加。然而现阶段的研究大多只考虑单因素控制对植物水分利用效率的影响,忽视了氮沉降和降雨的交互作用可能对森林生态系统的影响,对森林生态系统碳水耦合关系产生片面的理解。与单纯考虑氮沉降或水分胁迫某一个方面相比,二者的交互作用对森林生态系统水分利用特征的影响更接近全球变化背景下多因素综合作用的真实情况。明确氮沉降和水分胁迫交互作用下的植被耗水特征及用水策略,对深刻认识森林生态系统的碳水耦合关系至关重要(王睿照,2016,氮沉降对森林生态系统碳水关系的影响)。

2.通过退化群落氮素添加对主要物种生态位与种间关联度的分析表明:低水平、中水平氮素添加群落中羊草生态位宽度扩大,多根葱生态位宽度减小,说明氮素添加促进退化群落中羊草与多根葱种比其他种更为激烈。种间联结度分析表明羊草与多根葱种间联结度呈显著负相关关系,说明该2个物种种间竞争随氮浓度的增加日益加剧,进而表明氮素添加提高了群落中羊草的竞争力。生态位反映物种对资源的利用状况,一般认为生态位越宽,物种对环境的适应能力越强,该物种也常伴随着较高的生态位重叠,反之,生态位宽度较小的物种对资源利用能力较弱。在退化草地的研究中,施肥促进了禾草的生长,降低了杂草类的优势地位。禾草类返青较早易被啃食,这为返青较迟的杂类草提供了较大的资源空间,使得杂类草在植被空隙中得到更好的生长。羊草对资源环境的利用能力最强,体现了退化群落中羊草对氮的利用效率较高(王晶等,2016,氮素添加对退化草原优势种生态位与种间关联度的影响)。

3.以准格尔黑岱沟露天煤矿复垦区8种优势种植物的叶片及对应叶片枯落物为研究对象,通过对其碳、氮、磷、钾含量及生态化学计量学特征的研究,探讨退化生态系统植物内稳性、不同植被类型与NP限制率的关系,以期为黄土高原植被恢复与重建以及不同物种的合理配置提供合理建议,为完善生态化学计量学理论提供支撑。不同植物叶片碳氮磷钾含量均高于枯落物,其中植物叶片氮含量略高于我国植物叶片氮的平均含量;植物叶片磷含量低于我国植物叶片磷的平均含量。草本植物叶片钾含量显著高于乔木和灌木,灌木的NP含量高于草本和乔木。不同植被类型受NP限制作用不一致,不同植被类型下植物叶片N∶P比以灌木最高,乔木最低。表明灌木缺磷,草本、乔木受氮磷共同限制,该地区应该以灌木植被为主。本研究结果可为准格尔黑岱沟露天煤矿矿区植被恢复与重建提供理论与实践指导(马任甜等,2016,黑岱沟露天煤矿优势植物叶片及枯落物生态化学计量特征)。

二、根系研究情况

1.广东省红江农场

供试材料为4a的红江,砧木为红桔砧,树木长势良好。试验采取随机区组进行设计,设置3个小区,每个小区4个处理,共968株橙树。A:膜下滴灌,将杂草铲除后,以蛇形铺设滴管,每株橙树放置3个滴头,之后将地膜附在上面。B:微喷灌,在2株橙树之间放置一个微型喷头,喷头高度大约在50cmC:不进行灌溉(CK)。主要测定指标:园内地表温度。主要利用水银温度计来测定小区内10cm土层的温度;根系生长量,每个处理选取2~3株橙树,按10cm进行分层取土,按照0~1/2树冠、1/2树冠~滴水线、冠外3个部分进行划分,把洗干净根系进行烘干并称重。

2. 中国科学院水利部水土保持研究所

在宁夏固原云雾山草原自然保护区内分别选取封育1122030年的群落样地,由坡上至坡下选取植被群落分布均匀、地势平缓一致的地段,设置51.0m×1.0m的样方,调查样地的立地条件。用土钻分别采集0~20cm20~40cm土层的土壤样品,挑出细根、石块等杂物,混匀风干后过100目筛装入自封袋中备测。在每个样方内选择四分之一的面积用铁锨挖取0~20cm土层,入16目的筛子中取其所有根系,然后小心去除根系表面的土壤、砾石等杂质。根据颜色、韧性等方法去除死根,保留活根。最后于室内将植物根系清洗干净后置于烘箱内(70℃)烘干至恒重,再研磨粉碎过100目筛后放入塑封袋中备测。

3. 中国科学院沈阳应用生态研究所

利用挖掘法采集根部的样品,在离选定好的落叶松地径下0.5m处按不同方向挖掘后混合,用蒸馏水冲洗掉表面的泥土。将植物根部鲜样放入105℃的烘箱杀青05h,在65℃烘箱内烘至恒重后,用植物粉碎机磨碎后过100目筛(015mm孔径),用于测定植物根部CNP元素的含量。在每个选定好样方内中按“S”形随机设5个土壤取样点,每一取样点分别按0202040cm分层取土壤样品,取好后按分层5点各混成一个土样。

三、根系研究展望

1.由于植被破坏、土壤侵蚀、荒漠化等人为、自然因素导致生态系统严重退化。而陆地生态系统的退化较为严重。因此,应加大研究植物根系对土壤生态环境的影响。如,植物根系对土壤物理性质的改善、对土层结构的稳定作用、对土壤抗冲性的作用等。

2.探讨氮素添加条件下退化草原群落结构与植物根系的影响,以期为退化草原的恢复与管理提供理论依据。

3.探讨不同植物根系、叶片与枯落物的养分变化以及相互关系,为矿区植被选择以及矿区植被恢复建设提供理论指导,同时为完善陆地退化生态系统生态化学计量学提供理论依据。

四、根系研究方法概述

1.传统根系研究方法

传统的根系研究方法,大多采用挖掘法、钻土芯、网袋法、分根移位法等,将根系分离出来,通过洗根、扫描的方式进行根系信息的收集。传统方法虽然简单易行、直观性强,但是取样后期需要做的工作较多,如洗根等,且在取样过程中,会因为人工、机械等因素导致根系的损失,降低了实际测量的精度和可靠性,使同一生长作物的全程连续观测无法实现,在一定程度上限制了根系研究的进行。

2.根系监测系统的优势

恩奈瑟斯根系原位监测系统,是一种破坏性较小、定点原位野外观察细根生长动态状况的方法。利用微根管方法可以在多个时段对根系进行原位重复观测,克服了仅依靠对根系进行物理取样所带来的诸多缺陷。Analysis根系原位监测系统最大优点是对根系的观测研究是非破坏性的,在不影响根系生长过程的前提下,长期监测某个根系片断或单个根系生长发育的变化趋势;实时追踪记录同一根系的生长、死亡动态和物候等特征,而且省时、省工、省力。