三星堆遗址城墙对中华文明探源工程具有重要意义.研究不同维护措施下草本植物物种多样性、根系与土壤抗冲性的关系对防止遗址城墙水土流失、发挥原生植被的水土保持作用意义重大.本研究基于样地调查,以三星堆遗址城墙的草本植物群落为研究对象,探讨了自然更新、种植、弃耕、灌木去除、修剪5种维护措施下草本植物物种多样性、根系和土壤抗冲性特征及其相关性.结果表明:(1)研究区共记录草本植物103种,隶属40科81属,以菊科及禾本科植物占优,多年生草本植物居多.(2)灌木去除样地的物种多样性水平相对较高,自然更新样地次之,再次是修剪样地和种植样地,弃耕样地物种多样性水平显著低于其余样地(P＜0.05).(3)灌木去除样地和自然更新样地的土壤抗冲系数(分别为138.86 L/g和118.31 L/g,二者无显著差异(P＞0.05))显著高于其余类型(P＜0.05).除根长密度外,灌木去除样地的根表面积密度、根体积密度和平均根径均显著高于其他类型(P＜0.05).(4)4种多样性指数(Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、物种丰富度指数、Pielou均匀度指数)、根长密度、平均根径、分叉数均与土壤抗冲系数极显著正相关(P＜0.01);根表面积密度、根体积密度与土壤抗冲系数亦显著正相关(P＜0.05).综上,灌木去除样地与自然更新样地的草本植物物种多样性指数、根系参数与土壤抗冲性较好.结合城墙区域的植被特点和遗址保护的原真性,建议实行以自然更新为主的原生境保护措施,必要时辅以如灌木去除、修剪等维护措施,有效提升物种多样性和土壤抗冲性,促进三星堆遗址城墙植被的可持续发展和原生态展现.

根系分叉数和连接长度影响着植物根系的空间分布和资源获取,二者的权衡关系有助于深层次的理解植物根系构型的生态适应性.在祁连山北坡高寒退化草地,设置未退化(T1)、轻度退化(T2)、中度退化(T3)和重度退化(T4)4个退化梯度样地,采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,研究了星毛委陵菜(Potentilla acaulis)根系分叉数和连接长度之间的关系.结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,草地群落的密度、高度、盖度、地上生物量和土壤含水量逐渐减小,土壤紧实度不断增大,星毛委陵菜种群的密度、高度、盖度、地上和地下生物量、根冠比和根系连接长度逐渐增大,分叉数呈相反的变化趋势;不同退化草地星毛委陵菜根系分叉数与连接长度之间的相关性存在差异(P＜ 0.05),在未退化(T1)和重度退化(T4)草地星毛委陵菜根系分叉数和连接长度之间存在极显著的负相关关系(P＜0.01),在轻度退化(T2)和中度退化(T3)草地二者之间存在显著的负相关关系(P＜0.05).随着天然草地的退化,星毛委陵菜选择减小根系分叉数和增大根系连接长度的构型构建模式,反映了植物不同功能性状间生物量分配的权衡机制.

以平邑甜茶(Malus hupehensis var. pinyiensis Jiang)幼苗为试材,用过氧化钙和还原性铁粉控制根系分布区(根区)O2浓度,分析根系特征和干物质积累.结果表明,当根区O2浓度由17.47％～19.35％ (对照水平)降至14.03％～15.37％时,根系长度、根系表面积、根系分叉数、根系分形维数、根系活力、植株干物质积累量及根/冠比显著下降,降至10.51％～11.95％使幼苗在7 d内几乎全部死亡;根区增氧(增至21.24％～22.47％)显著促进幼苗生长发育和干物质积累,并显著增大根/冠比;根系对根区O2浓度的变化比地上部更敏感.

根系形态和生物量分配是决定根系吸收能力发挥的重要特征,其对环境限制因子的响应与适应策略一直是研究的热点.然而,有关土壤盐分对植物根系性状的影响还存在许多不确定性.选择兰州秦王川国家湿地公园芦苇群落为研究对象,垂直于沙河河岸从湿地边缘至湿地中心,依次设置3个不同土壤盐分梯度样地(样地Ⅰ、样地Ⅱ和样地Ⅲ),采用全根挖掘法和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,研究了芦苇(Phragmites australis)根冠比、根总长度、比根长、根分叉数、根平均直径等形态参数的变化特征.结果表明:随着样地土壤盐分含量的增加,湿地群落的高度、盖度、密度、地上生物量逐渐下降,芦苇的根冠比、根分叉数呈逐渐减小的趋势,比根长、根总长度呈先下降后上升的趋势,而根平均直径呈相反的变化趋势;研究区土壤含盐量总体以中度盐渍化为主,表层土壤盐分呈现强变异性,随土层深度的增加含盐量呈下降趋势,而变异程度有所差异;芦苇根系性状与土壤含盐量的相关性分析可知,土壤含盐量与根总长度和比根长呈极显著相关关系(P＜0.01),与根冠比、根分叉数呈显著相关(P＜0.05),而与根平均直径相关性不显著.内陆盐沼的芦苇表现出敏感植物的特性,通过根系形态的调整和生物量分配策略的改变来适应盐分强变异的土壤环境,体现了逆境胁迫下湿地植物应对多重环境选择压力的生态适应机制.

为初步探究丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌促进百合生长并延长瓶插过程中切花观赏期的作用机制,于温室盆栽条件下对百合Lilium brownii进行摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae和变形球囊霉Glomus versiforme单一接种或者共同双接种处理.结果表明,共同接种F.mosseae和G.versiforme的百合地上部干重和地下部干重均显著高于不接种对照,分别增加了60％和58％.与不接种对照相比,接种F.mosseae和G.versiforme处理的百合根尖数、根系长度、分叉数、表面积和根系体积分别比对照增加123％、128％、182％、118％和232％.切花瓶插期间,接种AM真菌处理的百合切花水分平衡值和鲜重变化率显著高于对照处理;乙烯释放速率和呼吸速率显著低于对照,瓶插5d时达到乙烯峰值5.4μL/[g·h (FW)],共同接种F.mosseae和G.versiforme处理的百合切花乙烯释放速率比对照降低30％;呼吸速率则在瓶插1d时达到峰值0.7μL/[g·h (FW)],共同接种比对照降低37％;百合花瓣内超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量比对照分别提高19％、32％、52％和26％.百合花瓣内N、P、K、Mg、Ca、Fe和Zn含量均显著高于不接种对照处理,Mn和Cr含量则低于对照;共同接种处理的百合瓶插寿命增加了3d,最佳观赏时间比对照延长2d.结论认为共同接种F.mosseae和G.versiforme处理更加有效地改善切花花枝的水分平衡、营养状况与生理代谢,控制衰老激素的合成,从而延长百合切花的瓶插寿命和最佳观赏期.

以一年生毛桃(Prunus persica)实生苗为试材,研究了0、0.05、0.1、0.2、0.3 mmol·L-1硫氢化钠(NaHS)以及0.1 mmol·L-1硫化氢(H2S)清除剂亚牛磺酸(HT)对桃实生苗根系构型、叶片光合特性、根系和叶片中H2S合成酶编码基因(PpDCD和PpLCD)表达及根系H2S含量的调控作用.结果表明,与对照相比,0.1～0.3 mmol·L-1NaHS处理显著提高了桃实生苗根系活力、一级侧根数量、根系总长度、总体积、总表面积、平均直径、根尖数、分叉数、分形维数、根冠比、叶片净光合速率以及植株生物量,以0.2 mmol·L-1 NaHS处理作用最显著,较高浓度(0.3 mmol·L-1) NaHS处理对根系生长和叶片光合作用的促进作用减弱;0.2 mmol·L-1 NaHS+0.1mmol·L-1 HT处理部分消除了外源H2S对根系生长、叶片光合作用及植株生物量积累的促进作用;0.1 mmol·L-1HT处理抑制了根系生长,降低了叶片光合作用水平和植株生物量的积累.其他钠盐(NaSO4、Na2SO3、NaAc、NaHSO4、NaHSO3)对根系生长的作用效果甚微,表明NaHS对桃实生苗根系生长的促进作用归因于其释放的H2S.0.2 mmol·L-1;NaHS处理后,桃实生苗根系和叶片中PpDCD和PpLCD表达量分别在2和4h达到最高水平,随后均逐渐下降至初始水平.0.2 mmol·L-1 NaHS处理显著提高了桃实生苗根系H2S含量.可见,外源H2S可诱导桃实生苗根系和叶片中H2S合成酶编码基因表达,提高根系内源H2S含量,并促进根系生长,提高叶片净光合速率.

植物根系对增强土体抗剪强度具有一定作用.为研究公路边坡喷播绿化初期根系特征及其对抗剪强度的影响,通过喷播的方式制备灌草混播试样,人工模拟边坡绿化7种灌草组合,植物生长3个月后进行原位剪切试验.挖取试样内植物根系,测定根系直径、根长密度、总表面积、总体积、根尖数、分叉数、根系密度、倾斜角度等根系特征指标,并通过灰色关联度法分析根系特征对土体抗剪强度的影响.结果 表明:不同灌草混播组合根系特征随土层深度的变化存在一定差异;喷播绿化初期,0～2 mm细根占整个根系系统的96％ ～99％;水平根、侧根及垂直根分别占整个根系系统的7％～16％、44％ ～57％、33％ ～47％;不同灌草组合植物根系可增加土体抗剪强度6～ 17 kPa,且不同灌草比试样抗剪强度大小依次为灌草比1∶1＞灌草比1∶4＞灌草比1∶5＞灌草比3∶1.灰色关联度分析结果表明,各根系指标对抗剪强度的影响大小依次为侧根数量＞水平根数量＞根系分布深度＞根系密度＞剪切面上部根长密度＞根长密度＞ 0～2 mm细根数量＞剪切面下部根长密度＞总表面积＞总体积＞根尖数＞垂直根数量＞分叉数＞2～ 10 mm根系数量.该结果可为评价公路边坡喷播绿化初期坡体稳定性、指导边坡植被恢复提供依据.

研究盆栽条件下,接种褐环乳牛肝菌(Suillus luteus)和红汁乳菇(Lactarius hatsudake)对油松(Pinus tabulaeformis)苗木生长,抗氧化酶活性和根系构型的影响.结果 表明:(1)褐环乳牛肝菌和红汁乳菇均可与油松合成外生菌根,并显著提高苗木的苗高、地径、鲜重和干重.(2)接种褐环乳牛肝菌苗木针叶抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性分别比接种红汁乳菇苗木高14.77％、20.77％、34.68％;接种褐环乳牛肝菌苗木根系抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性分别比接种红汁乳菇苗木高8.54％,4.34％,33.31％;接种处理苗木抗氧化酶活性均显著高于不接种处理.接种处理苗木根长、表面积、体积、平均直径、根尖数、分叉数显著高于不接种处理;接种处理间苗木只有根尖数存在显著差异;接种褐环乳牛肝菌的油松根系分支成80°-90°的一级侧根数占23.81％,显著多于接种红汁乳菇和对照苗木.研究表明,接种褐环乳牛肝菌和红汁乳菇均能促进油松苗木生长,提高油松体内抗氧化酶活性,扩大苗木根系的吸收范围,其中褐环乳牛肝菌各方面的促进效果要优于红汁乳菇.

根系构型决定根系分布及其对养分和水分的吸收效率,是植物根系与胁迫生境相互适应的结果.采用标准化主轴估计(Standardized major axis estimation,SMA)法,并采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,按照甘肃马先蒿种群密度设置Ⅰ(10-31株/m2)、Ⅱ(32-53株/m2)、Ⅲ(54-75株/m2)3个样地,研究了尕海湿地不同密度下甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)根系分叉数与连接数及分支角度的关系.结果 表明:随着种群密度由高到低转变,甘肃马先蒿的高度、盖度、地上生物量、根系分叉数及外部连接数逐渐减小,地下生物量、根系内部连接数、分支角度逐渐增大;甘肃马先蒿根系分叉数与内部连接数、外部连接数及分支角度均呈异速生长关系,随着种群密度由高到低转变,甘肃马先蒿根系内部连接数与分支角度增加的速度逐渐大于分叉数与外部连接数减小的速度,根系分叉数与内部连接数的异速斜率逐渐减小,与外部连接数、分支角度的异速斜率逐渐增大.甘肃马先蒿在高密度倾向于密集型根系构型构建模式,在低密度选择扩散型根系生长模式,体现了高寒湿地植物种群应对资源多重竞争的生态适应机制.

植物功能性状能够反映植物个体对环境的响应和适应.为探究氮沉降对亚热带优势乔木树种功能性状的影响并寻求缓解过量氮沉降影响的措施,选择马尾松(Pinus massoniana)和木荷(Schima superba)幼苗为研究对象,设置了6个实验处理对照、加氮(20 9 m-2 a-1)、加碳酸钙(100 9 m2 a-1)、加氮和加碳酸钙、加磷(10 9 m2 a-1)、加氮和加磷.结果显示:(1)氮添加显著增加木荷的根茎叶生物量,分别增加了319.83％、67.79％和66.14％;但对马尾松生物量的影响不显著.(2)氮添加显著增加木荷的总叶面积(增加了96.13％),但显著降低木荷的根系分叉数(降低了34.26％);马尾松叶片和根系功能性状对氮添加的响应不显著.(3)高氮添加背景下,碳酸钙添加显著降低了木荷的根叶生物量、总叶面积和比根长,分别降低了63.39％、30.56％、44.67％和80.81％;也显著降低了马尾松的比根长、比根面积和根分叉数,分别降低了54.11％、43.12％和59.39％;但对马尾松生物量无显著影响.(4)同时添加氮磷显著增加了木荷的根茎叶生物量,分别增加了96.41％、14.30％和34.65％;但对马尾松的生物量及根系功能性状无显著影响.本研究表明木荷对氮沉降的敏感程度较马尾松高,氮沉降可能通过改变物种的叶片和根系功能性状影响木荷的生长;高氮沉降背景下,碳酸钙添加可能抑制木荷和马尾松幼苗的生长,但磷添加可进一步促进木荷的生长.