毛竹向阔叶林扩展过程细根可塑性变化

【目的】探索毛竹向阔叶林扩展过程中细根可塑性变化规律,可以更好地揭示毛竹扩展的细根策略。【方法】以毛竹-阔叶林扩展界面为研究对象,采集不同扩展阶段、不同年龄毛竹的细根,并分径级(0~1和1~2 mm)测定细根生物量、根长密度、比根长、细根碳氮磷含量及比值。【结果】1)不同扩展阶段毛竹细根生物量、根长密度、比根长、细根N含量和N∶P的差异达到显著或极显著水平。随着毛竹扩展,细根生物量、根长密度上升,比根长下降,P含量先上升后下降,N∶P先下降后上升,细根性状随环境的变化发生了适应性改变。2)随着毛竹扩展,不同年龄毛竹细根性状的变化规律不同,具有“互补效应”。1年生毛竹细根在扩展前沿具有最大的比根长,能够更高效的利用土壤资源。3)不同等级细根生物量、根长密度,比根长具有显著差异,其中0~1 mm细根生物量、根长密度和比根长分别是1~2 mm细根的1.82、6.70和3.54倍,0~1 mm细根比1~2 mm细根具有更强的资源利用能力;随着毛竹的扩展0~1 mm细根的比根长变化幅度大于1~2 mm细根,细根生物量和根长密度小于1~2 mm细根。【结论】随着毛竹的扩展,生长环境发生变化,细根性状发生了明显的变化,具有较强的可塑性。同时,不同年龄毛竹细根性状变化规律存在明显差异,这种差异性可能使鞭-竹系统更好的发挥集团优势,在竞争生长中处于有利地位。

不同耐密性玉米品种的根系生长及其对种植密度的响应

根系形态和分布对土壤中养分和水分的吸收有重要影响。增加耐密性是现代玉米(Zea may L.)育种的主要方向,而耐密性与根系的关系尚了解不多。本文以70年代主推的2个不耐密型品种(中单2号与丹玉13)和2个当代耐密型现代品种(先玉335和郑单958)为材料,将田间试验和室内水培试验相结合,在3个密度水平下,研究了不同耐密性玉米品种的根系差异及其对种植密度的响应。结果表明,目前推广的耐密型品种的根系要小于不耐密的老品种。不同耐密性品种之间的差异主要表现在0—40 cm。随着密度的增加,根显著变小、变细。密度主要降低0—20 cm土层中的根系生长,对深层根系影响较小。先玉335和中单2的根系长度对密度的反应较弱,郑单958和丹玉13较强。这说明先玉335主要依靠其小根系适应高密度,而郑单958既依靠较小的根系,同时依靠较高的根系反应性适应高密度。

基于群体行为的根系构型仿真

为了分析根系群体行为机制对环境刺激下根系生长发育的影响,提出了一种基于群体行为的根系构型可塑性分析模型。把整个根系视为由智能个体单根组成的智能群体,利用智能个体单根间的排斥、对齐和偏好构建环境感知的根系群体行为模型,结合通用根系模型ArchiSimple构建群体行为影响的根系生长发育模型。设置随机、分层、梯度3种不同的环境条件,比较分析了群体行为、随机生长和向性生长机制对根系长度、体积、分布和资源吸收量等特征影响。显著性检验结果表明,群体行为、随机生长、向性生长机制有显著不同;在分层和梯度环境条件下,3种生长机制对资源吸收量的影响有显著差异;在其他情况下3种生长机制对根长、体积、分布等特征的影响无显著差异。进一步分析表明,群体行为机制能够提升根系资源利用效率,群体行为模型能够被用于环境影响的根系构型可塑性分析。

地下因子驱动的人工混交林生产力提高机制

由于立地条件限制、商业需求等原因,世界范围内营建了大面积的人工林,其在木材生产、景观建设、环境改善和减缓气候变化等方面发挥着重要作用。然而,人工纯林经营带来的生产力下降和生物多样性降低等弊端是制约其发展的主要问题。营建混交林是为了规避人工纯林中出现的上述问题,最大程度提高人工林的效益。受限于林木生长的长周期性、森林环境的复杂性和土壤“黑箱”特性,探索地下生态系统进程具有一定的挑战性。目前,混交林增产机制的研究多集中于树种组成和林分结构等地上部分,地下因子的探索多注重土壤养分含量和周转过程,对于最终驱动混交林增产的机制仍有诸多疑问。生态位互补导致的地下生态位分离、竞争减少和促进作用是混交林中物种共存的主要机制,有利于混交树种资源获取,根可塑性对种间相互作用的响应是植物避免直接竞争有限资源的另一种机制,甚至可能导致“超产效应”。植物-土壤反馈导致的根系分泌物和土壤微生物变化对某些混交林内的生理生态过程产生重要影响。因此,生态位互补和植物-土壤反馈在很大程度上决定了混交林的生产力和可持续性。鉴于此,本文的目的是基于生态位互补效应、植物-土壤反馈理论,阐述成功的人工混交林地下发生的相互作用,力图加深我们对于混交林树木地下资源获取策略变化与调节机制的理解,并提出目前研究的不足及展望。