掌握植物的水分利用特征及植物间的水源关系对实现荒漠草原地区可持续的植被恢复至关重要.本研究以荒漠草原灰钙土生境(胡杨、中间锦鸡儿和短花针茅)和风沙土生境(胡杨、北沙柳和赖草)中的5种优势植物为对象,测定植物木质部水、土壤水、地下水和降雨中稳定同位素(δ2H和δ18O),并结合不同深度的土壤含水量和根系数据,使用MixSIAR模型对植物的水分利用特征进行定量分析.结果表明:生长季内5种植物主要利用土壤水,且在不同生长阶段会利用不同层次的土壤水.灰钙土生境中,胡杨的水源在整个生长季变化最大,生长季初期(5-6月)主要利用60～100 cm 土壤水,生长旺盛期(7-8月)水源下移至100～200 cm 土壤水,而在生长季末期(9月)水源又上移至0～20 cm 土壤水;中间锦鸡儿在生长季初期主要利用60～100 cm 土壤水,但在生长旺盛期和末期上移至0～20 cm 土壤水;短花针茅在生长季初期和末期主要利用20～60 cm 土壤水,而在生长旺盛期上移至0～20cm 土壤水.在风沙土生境中,胡杨在生长季初期主要利用60～100 cm 土壤水,但在生长旺盛期和末期上移至0～20 cm 土壤水;北沙柳在生长季初期和生长旺盛期主要利用60～100 cm 土壤水,但在生长季末期下移至100～200 cm 土壤水;赖草整个生长季都主要利用20～60 cm 土壤水.土壤含水量、降雨的季节变化及植物的根系分布都会影响植物的水分利用特征.在整个生长季中,灰钙土生境中的乔木、灌木和草本3种优势植物间存在水文生态位分离,促进了其对水分的分配和利用;风沙土生境中对应的3种优势植物间存在水文生态位重叠,导致其对水分的激烈竞争(特别是乔木和灌木间).因此,在进行植被恢复时必须同时考虑物种特征和土壤特性,引入具有互补性水分利用特征的物种组合,才能实现荒漠草原地区的物种多样性和植被恢复的可持续性.

因生态位的高度重叠,森林更新早期草本植物同更新幼苗间存在着激烈的光能、养分及水分竞争,由此显著影响到森林更新过程.以山西省庞泉沟自然保护区蒙古栎更新幼苗为研究对象,设置4种草本竞争模式(无竞争、全竞争、地上竞争、地下竞争),2种土壤养分梯度(4 g/m2、32 g/m2),2种土壤养分分布模式(均质、异质),进行草本竞争盆栽试验.结果表明:1)草本竞争、土壤养分状况对幼苗更新均存在显著影响(P＜0.05).其中,幼苗各生长指标在无竞争、地下竞争处理间的差异,显著表明地下竞争效应的存在性,地上竞争效应同理.2)基于线性模型,对幼苗苗高、叶片总面积、叶片总生物量、三个细根亚径级根系表面积而言,草本竞争主效应的贡献率分别为80.66％、67.49％、49.39％、40.26％、59.09％、53.26％,同土壤养分浓度相比,草本竞争的森林更新效应更高;在土壤养分异质条件下,二者交互效应甚至显著大于土壤浓度主效应;草本竞争各组分分析结果表明地下竞争效应的贡献率始终处于主导地位.3)基于结构方程模型,揭示草本竞争森林更新效应及其内在组分的具体作用途径.在无竞争与全竞争处理下,幼苗更新潜力对光能吸收及养分吸收的标准化回归系数分别为0.61、0.46,表明草本竞争主要通过光能吸收影响幼苗的更新过程;草本竞争内在组分的群组分析中,地上竞争与地下竞争相应的标准化系数分别为0.31、0.74,表明后者是主要的作用途径.在定量评价草本竞争及其内在组分森林更新效应的基础上,深入探讨其作用机理,加深了人们对其在森林更新早期生态效应的认识,为森林更新实践提供理论指导.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

目的:研究不同丛枝菌根(AM)真菌对滇重楼产量和品质的影响,为筛选滇重楼的优良AM真菌株提供科学依据.方法:以灭菌土壤为生长基质,于室温盆栽条件下对滇重楼新鲜根茎与28种AM真菌共同培养后采样,选取浸泡于FAA固定液中滇重楼根系30条,采用Philips J M等的方法染色、制片、镜检,根据Trouvelot等的方法统计菌根侵染率,以及用HPLC测定和比较分析各处理组滇重楼根茎中核苷(胞苷、尿苷、鸟苷、胸苷、腺苷、2'-脱氧腺苷)和碱基(尿嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤)的含量.结果:多数处理组滇重楼AM真菌侵染率均有所提高,其中Ga、Asc和Asp处理组的浸染率最显著(P<0.05);不同AM真菌对滇重楼根茎中核苷和碱基含量的影响有所差异;滇重楼根茎中核苷和碱基的积累可能同时存在协同和竞争2种效应.结论:施加外源AM真菌对滇重楼根内AM真菌的侵染率具有调控(增减)作用,在人工栽培过程中接种Sde、Gd、Sca、Spe、Svi、Pb等6种优势AM真菌,能有效促进滇重楼的品质.

本试验采用田间框栽土培法,以紫花苜蓿单作和燕麦单作为参照,对紫花苜蓿和燕麦连续间作下不同时空根系特征、土壤养分特性以及高产年份中根系变化与土壤养分内在联系进行分析.结果表明:与单作相比,间作降低了燕麦0～10 cm 土层内的根重和总根长占比,显著提高了燕麦在20～30 cm 土层内的根重和根表面积,显著增加了紫花苜蓿在10～20 cm 土层内的根长和根长密度,并大幅度提高了间作系统中0～40cm土层内的有效磷和有机质含量.随着种植年限的增长,间作下紫花苜蓿总根长、根重、根表面积及其在0～20 cm土层内的根重和根长占比均逐渐增加,燕麦根重、总根长、根表面积和根平均直径明显提高,尤其是20～30 cm土层内燕麦的根重和根表面积,而各土层速效养分含量降低.因此,在紫花苜蓿与燕麦间作体系内,连续间作可促进紫花苜蓿10～20 cm 土层内总根长显著增加,有效改善燕麦20～40 cm 土层(尤其20～30 cm 土层)内根重和根表面积;且随着种植年份的增长,间作使紫花苜蓿与燕麦根系对0～40 cm 土层内速效养分的吸收和竞争加剧,从而降低了速效养分在土壤中的累积.

[背景]桉树(Eucalyptus)青枯病危害严重,丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)与桉树共生影响桉树对青枯病的抗性,而AMF响应桉树青枯菌侵染的机制仍不清楚.[目的]探索AMF响应桉树茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)的侵染机制.[方法]以非菌根化和异形根孢囊霉(Rhizophagus irregularis)菌根化巨桉(Eucalyptus grandis)分别受茄科雷尔氏菌侵染 0、24、48 和 96 h接种后(hour post-inoculated,hpi)的根系组织为研究对象,基于转录组测序筛选和鉴定菌根化巨桉根系中异形根孢囊霉响应茄科雷尔氏菌侵染的基因信息.[结果]与对应非菌根化桉树受茄科雷尔氏菌侵染的时间点相比,菌根化桉树中异形根孢囊霉响应青枯菌侵染显著差异表达基因为 3382-5989 个,随青枯侵染时间进程的增加,异形根孢囊霉特异性响应茄科雷尔氏菌侵染差异表达基因数量逐渐增多.茄科雷尔氏菌侵染 24 hpi时,异形根孢囊霉显著富集共生体生长、孢子形成和凋亡信号通路、铁载体等相关基因;茄科雷尔氏菌侵染 48 hpi时,异形根孢囊霉主要提高自身跨膜运输的能力,促进自身钾、氮等养分吸收与交换等;茄科雷尔氏菌侵染 96 hpi时,异形根孢囊霉主要调控氧化还原反应和黄酮类等抗菌物质合成.[结论]菌根化桉树中AMF主要调控其生长加强生态位和营养(如氮、钾、铁)竞争、分泌抗菌物质、激活防御反应以响应青枯菌的侵染,所鉴定的相关基因信息为研究AMF-桉树-青枯菌互作机制提供一定的资源和参考.

植物水分利用过程复杂多变,并受多种因素影响,探究林分水分利用来源及其影响因素可为明确气候变化下森林水分适应机制提供参考.本研究以南方丘陵区典型植物群落——马尾松和麻栎混交林为对象,通过分析不同季节群落植物的水分利用来源,结合土壤水、降水和植物根系因子探究植物水源转变的影响因素.结果表明:马尾松和麻栎水分利用特征相似,两者在旱季均主要利用0～40 cm 土壤水,利用比例分别为60.0％和66.6％;在雨季随着土壤深层含水量的增加,两者主要水源逐渐向土壤深层转移.马尾松和麻栎的相似性比例指数在60％以上,表明两者存在明显的水分竞争关系.麻栎根系吸水具有可塑性,在旱季吸收浅层水时,根系调节起主导作用;而水分是麻栎和马尾松在雨季水源转变的主要驱动因子,与马尾松相比,麻栎对水分变化更敏感.在未来气候暖干化的背景下,两者对浅层水源的竞争可能会加剧,两种乔木应疏植或间伐以优化森林结构应对水分胁迫.

入侵植物在全球范围的快速扩张导致了全球生物多样性的快速丧失,这使得对其入侵机理的研究更具有现实性与紧迫性.在入侵生态学中,以往的关注重点多集中于宏观有机体上,但是越来越多的研究表明,入侵植物与土壤微生物之间的相互作用关系深刻影响着入侵植物的适应性和竞争力,在其成功入侵的过程中发挥着重要的作用.现阶段,在土壤微生物参与的植物入侵研究中,将微生物分为3个主要类群,即病原微生物(microbial pathogens)、共生微生物(mutualistic microbes)和腐生微生物(saprotrophic microbes).本文从该3个类群出发总结了土壤微生物与入侵植物之间的相互关系,探讨其对外来植物入侵性的影响.另外,以往的研究多单独围绕总体层次或某一维度而展开,往往不能深入系统地揭示外来植物的入侵机理.然而,在陆地生态系统中,植物与微生物的相互作用关系主要始于根系,植物的根际为微生物提供了多样的异质性栖息环境(根际土壤、根表和内生环境),并塑造了其功能的多样性.作者建议,今后关于土壤微生物对入侵植物影响的研究,在借鉴快速发展的高通量测序技术拓展研究的深度和广度的同时,同样需要注意根际微生境与宏观功能特性的结合与统一,并建立系统而又可重复性的研究模式,从现象特征的描述向机理阐述方向发展.

根系分形结构影响根系的分布格局,是植物根系与胁迫生境相互适应的结果.采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,按照垂穗披碱草种群密度设置Ⅰ(500-700株/m2)、Ⅱ(300-500株/m2)、Ⅲ(100-300株/m2)3个密度梯度,研究了尕海湿地不同密度条件下垂穗披碱草(Elymus nutans)的根系分形结构.结果表明:随着垂穗披碱草种群密度的降低,湿地群落的高度、盖度、地上生物量及根系分形维数呈逐渐减小趋势,地下生物量与分形丰度逐渐增大;垂穗披碱草根系分形维数与分形丰度在高密度(Ⅰ)样地和低密度(Ⅲ)样地均呈极显著负相关关系(P＜0.01),在中密度(Ⅱ)样地呈显著负相关关系(P＜0.05),垂穗披碱草根系分形维数和分形丰度存在着“此消彼长”的权衡关系.在高密度湿地群落垂穗披碱草倾向于密集型根系构型构建模式,在低密度湿地群落选择扩散型的根系生长模式,体现了密度制约下高寒湿地植物种群应对资源多重竞争的生态适应机制.

该研究采用田间小区试验,设计杏树(Prunus armeniaca)下清耕(CK)和杏树间作紫花苜蓿(T)2个处理,实地采集测定各样地不同土层紫花苜蓿的根系生物量以及杏树的侧根系生物量,并测定土壤pH、电导率及其土壤有机质和速效氮含量,分析果园间作模式下紫花苜蓿对果树侧根系垂直分布特征及其土壤理化性质的影响,为果园间作苜蓿模式的推广提供理论依据.结果表明:(1)CK与T处理下的杏树侧根生物量在土壤中的垂直分布都主要集中在20～60 cm土层,其生物量分别为750.8 g和737.6 g,分别占总侧根生物量的64.4％和64.5％;紫花苜蓿根系生物量分布呈倒金字塔型,且主要分布在0～40 cm土层(166.3 g),其中0～20 cm土层的根系生物量最高(97.4 g),占根系总生物量的35.8％.(2)与CK处理相比,T处理可有效增加果园表层土壤的有机质含量、速效态氮含量、硝态氮含量和铵态氮含量,其中,在0～20 cm土层分别显著增加17.1％、40.8％、28.5％和40.8％,在20～40 cm土层分别显著增加36.1％、23.1％、60.2％和23.8％,并显著降低了表层土壤电导率,但对土壤pH无显著影响.研究认为,杏园间作牧草紫花苜蓿虽然杏树与苜蓿根系会发生较小资源的竞争,但有利于改善林下土壤的理化性质和养分状况,能够有效促进果树的生长发育.