滨海吹填土植物细根特征及对土壤特性和树种多样性的响应

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maigcy
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细根(φ≤2 mm)是植物地下生态过程的重要参与者,在森林生态系统物质循环和能量流动过程中发挥着重要的作用。细根功能性状不仅可以反映细根对胁迫环境的响应方式,而且作为连接植物个体、群落和生态系统的载体,间接影响生态系统功能。研究细根功能性状与环境之间的关系,可以揭示细根适应环境的生态学机制以及建立细根功能性状与生态系统功能间的生态学联系。以往关于细根的研究主要分析植物个体细根功能性状与环境因子之间的关系,而细根功能性状沿环境梯度的变化规律以及与物种多样性之间关系的研究较少。因此,细根对土壤环境的适应策略以及细根功能性状如何反映生态系统功能等问题尚不清楚。据此,本研究以滨海吹填土(盐碱度高、养分贫瘠)上树高、胸径、冠幅和树龄基本一致的5种主要树种(女贞Ligustrum lucidum、旱柳Salix matsudana、乌桕Sapium sebifera、刺槐Robinia pseudoacacia、弗吉尼亚栎Quercus virginiana)和7组不同丰富度水平的群落为研究对象,采用实验生态学分析方法,测定细根的形态、生物量、生产量、分解、周转等功能性状和土壤水分、温度、含水量、电导率、p H值、全氮、全磷、有机质等土壤指标。在物种水平上,分析主要树种细根形态、生物量、生产、分解、周转特征之间的差异,揭示主要树种的生态适应策略;同时采用室外盐分和养分梯度控制实验,分析主要树种细根特征在盐分和养分胁迫中的差异,揭示主要树种细根对土壤盐分和养分梯度的响应策略;在群落水平上,分析不同物种丰富度群落细根的形态、生物量、生产、周转性状之间的差异,揭示影响细根功能特征的机制。研究结果表明:(1)5种树种的细根形态特征(直径、比根长、比表面积)差异显著(p<0.05)。其中,刺槐的直径最小,比根长和比表面积最大,属资源获取型树种,弗吉尼亚栎的以上三项指标与之相反,属资源保存型树种。5种树种的细根生物量和生产力差异显著(p<0.05),细根生物量介于77.05-273.42 g·m-2,生产力介于17.80-166.00 g·m-2·a-1。其中,女贞的细根生物量和生产力最大,刺槐最小。5种树种具有不同的细根生物量分配策略,刺槐和弗吉尼亚栎属深根系树种,女贞、乌桕和旱柳属浅根系树种,其分别能够充分利用深层和浅层的土壤资源;同时不同树种通过扩大根系的水平觅食范围适应环境,其中刺槐根系的水平空间扩展范围最大,女贞和弗吉尼亚栎的根系水平分布范围最小。受环境因子和自身生物学特性的影响,5种树种的细根分解速率和周转率差异显著(p<0.05),其中,乌桕的分解速率最快(0.007 kg·kg-1·d-1),旱柳最慢(0.002 kg·kg-1·d-1);旱柳的周转率最快(1.05times·a-1),弗吉尼亚栎最慢(0.24 times·a-1)。(2)土壤盐分和养分梯度对植物细根特征的影响显著。在低盐区、中盐区和高盐区土壤中,随着土壤盐度的增加,5种树种的细根生物量减少,生产力降低,周转率减慢,细根组织的渗透压升高;同时细根的生长深度变浅,引起细根生态位分化,即生物量分配策略发生改变。细根通过增大直径、体积、表面积,减小总长度等构型特征来适应盐分胁迫的环境。不同施肥处理中,与对照相比,随着施入土壤中氮、磷质量的增加,细根平均生物量、长度、表面积、体积、根长密度、比根长、根表面积密度均呈先增加后降低的趋势。施肥改变了细根获取土壤资源的策略,植物通过改变细根构型来提高土壤养分的获取能力。(3)随着群落中树种多样性的增加,各群落的细根形态(比根长和比表面积)未发生显著变化,即细根未通过形态可塑性对种间竞争作出响应;随着地上树种多样性的增加,细根对土壤资源利用更加充分,生长深度加深,出现细根生态位分化现象。由于细根资源利用策略和生态位分化的作用,导致群落的细根生物量增加,生产力增大,周转率加快。以此验证了互补效应对不同树种多样性群落细根生物量、生产力和周转率的积极作用。通过对环境因子和细根特征进行相关分析和冗余分析发现,细根总生物量和生产力与物种丰富度、细根直径、根长密度和根表面积密度呈正相关(p<0.01),与土壤电导率呈负相关(p<0.05),与土壤温度呈正相关(p<0.01);细根周转率与物种丰富度、根长密度和根表面积密度呈正相关(p<0.05),与土壤电导率呈负相关(p<0.05),与土壤温度、全氮、全磷和有机质呈正相关(p<0.05)。由此可知,物种丰富度、根系功能性状和土壤理化性质显著影响细根生物量、生产力和周转率。本文系统分析滨海吹填土不同树种和群落细根形态、生物量、生产力、分解和周转率的特征,深入研究细根特征对吹填土的适应策略以及对环境梯度的响应策略,揭示了影响细根生物量、生产、分解和周转特征的机制。本研究结果可为盐碱地绿化树种的筛选提供科学依据,也可为制定盐碱地的绿化策略提供技术支撑。
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