黄土丘陵沟壑区植被恢复演替过程中根系行为特征

根系的结构与生态功能特征称为根系行为特征,研究根系行为特征对黄土区植被恢复具有重要意义。采用非线性计算方法,采集黄土区4种典型退耕植被群落根系、土壤样品,分析根系形态特征、基于径级的根长分形维数、根系生态位指数与土壤有机碳的关系。结果显示:根长密度、根生物量、根系直径随着退耕演替的发展存在缓慢增大趋势。退耕演替发展的2—21年中,根系平均分维数由2.77显著减小至2.59(P<0.05),生态位指数由3.75显著增大至9.37(P<0.05)。根系的生态功能性对丰富土壤有机碳具有极显著的影响效果,根系分维数与生态位指数呈极显著负相关(P<0.01),即根系的结构特征直接决定了根系综合生态功能,表现为结构越复杂,功能性越强。

植物根系觅食行为的功能生态学研究进展

为获取更多资源和取得竞争优势,植物需对环境异质性作出响应。根系觅食行为是植物对土壤养分异质性的一种响应,由土壤养分斑块属性、植物自身属性以及共生丛枝菌根真菌等因素共同决定。从4个方面对根系觅食行为的功能生态学进行综述,重点阐述每一方面已有的重要假说和理论:(1)根系觅食行为与土壤养分异质性关系方面,系统解析了根系响应策略(针对养分斑块采取定向增殖还是随机游走策略)与根系形态和生理的可塑性响应(根系觅食范围(scale)、觅食精确性(precision)、觅食速度(rate)等);(2)丛枝菌根网络影响根系觅食行为的角度,探讨了丛枝菌根真菌网络(arbuscular mycorrhizal network,AMN)的生态功能及其在根系觅食行为中的角色;(3)植物竞争对根系觅食行为的影响;(4)植物“碳投资”和菌根“养分反馈”之间的关系。鉴于研究现状与进展,最后指出未来研究需重点关注根系觅食行为的种间差异与关键调控机制,以及AMN对根系觅食行为的影响,尤其是在根系竞争的情形下,同样需进一步厘清植物“碳投资”与菌根真菌“养分收益”之间的关系。

土壤养分空间异质性与根系觅食作用:从个体到群落

土壤中分布着许多大小不一的养分富集区域(也称之为养分斑块)。植物为了适应环境最大限度地获取资源,会对这些养分斑块做出形态及生理上的响应。当根系接触到这些富集养分的区域就会大量的增生,尤其是比根长较大的细根,并且根系对养分的生理吸收能力也强于养分富集区域以外的根系。养分斑块的属性(大小、强度、组成和位置等)和植物体本身的属性(敏感性和觅食能力等)共同决定了养分空间异质性对于植物体生长的影响。由于不同物种的根系对于养分斑块的可塑性和养分斑块属性的差异及植物根系接触到养分斑块的时间和规模的不同会加剧种间或种内的竞争强度;先接触到养分斑块的植物根系可能在其他植物的根系到达之前将养分斑块内部的养分大部分吸收或耗尽,从而引起根系间的不对称性竞争。养分空间异质性造成的群体内部竞争强度的增加甚至不对称性会引起群体内植株大小变异性的增加,从而进一步影响群体结构。同时养分空间异质性对根系竞争的影响也会改变群落内部物种的多样性及整个体系的生产力,这与群落内物种之间觅食精度及竞争力的差异有关;觅食能力较强的物种可能会高效整合并占据大量的小养分斑块从而提高自身生长,进而降低了小养分斑块对群落物种丰度的正效应。

外源脱落酸对水稻苗期根系形态建成及其诱导化感作用的影响

外源添加化学物质诱导可提高水稻化感潜力,是一种可被开发利用的可持续除草模式.在透明玻璃根箱中进行水稻/稗草共培种植,研究外源脱落酸对化感水稻PI312777和非化感水稻Lemont的根系形态建成及其诱导化感作用的影响.结果表明,3μmol/L脱落酸诱导后的化感水稻PI和非化感水稻Le对稗草株高的总化感作用(TA)值较遗传化感作用(GA)显著提高,且Le的诱导化感作用(IA)占其TA的比值(23%-31%)趋近于PI的占比(24%-35%).诱导处理后两种水稻在地下的根系行为均由躲避模式变为侵入模式,且两种水稻的根系总根长、总表面积、总体积都显著提高.此外,诱导处理后化感水稻PI和非化感水稻Le水稻叶片中8种酚酸总含量均显著增加,分别提高了20.22%、20.47%.化感水稻PI32777根系总根长、总体积、叶片中8种酚酸总含量与稗草抑制率呈显著正相关,非化感水稻Lemont总根长、总根尖数、叶片中8种酚酸总含量与稗草抑制率呈显著正相关.上述研究结果表明外源脱落酸诱导促进了水稻的根系形态建成,提高了水稻酚酸类物质分泌释放,增加了水稻的化感潜力,更重要的是使非化感水稻的诱导化感作用趋于化感水稻.(图6表2参34)

土壤中氮营养斑研究进展

由于自然和人为因素,营养斑(nutrient patch)在土壤中是普遍存在的。从70年代以来,国外就通过各种模拟方式对土壤中营养斑进行了大量的研究,尤其以对氮营养斑研究居多。研究表明:氮营养斑对新生根系的繁殖影响较为明显,但不同植物反应不一样,影响机理还不很清楚。营养斑也是生物活性较强、种群数量较多区域,在养分循环体系中起着特殊作用。营养斑对土壤的理化性质和生物性质可能有很大的影响,但这方面的研究很欠缺。本文主要对土壤中氮营养班的研究进展做一综述。

植物种间和种内的化学作用

植物间相互作用是生态学基础科学问题之一,植物能感受和识别共存同种或异种植物,进而调整生长、繁殖和防御策略。植物种间和种内的感受和识别大多是由植物产生释放的次生物质所介导,这类化学识别通讯可以启动相应的植物化感作用机制。近年发现,植物亲属间也存在着化学识别、地下根系通讯调控地上开花繁殖等植物种间和种内的化学作用关系。目前植物通过地上挥发物介导的植物化学作用已基本澄清,但根分泌物介导的植物地下化学作用机制及其信号物质还所知甚少。地下化学作用不仅决定根系侵入(接近)和躲避(排斥)行为,也能调控地上开花时间和花期。这样,植物间的化学作用还涉及植物地下和地上的协调互作。本文以植物化感作用和植物化学识别通讯及相应的化感物质和信号物质为基点,从植物亲属识别、根系化学识别和行为模式、地下化学作用调控地上开花繁殖3个方面综述植物种间和种内化学作用的研究进展,为全面理解植物间相互作用提供新视野。