植物根系分形結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

植物根系分形結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展

根系作為植物的重要功能特征，在吸收、傳遞水分和養(yǎng)分、錨定植物方面發(fā)揮著作用。沙蓬(材料和方法年(7732n研究區(qū)地處黑河支流北大河中游的甘肅省酒泉市金塔縣西壩鄉(xiāng)北海子國家濕地公園,地理位置40°13′22″—40°17′2″N,98°41′24″—98°52′33″E,海拔在1215—1261m,屬典型的溫帶大陸性氣候,年平均氣溫為9.6℃,年均降水量59.5mm,年均蒸發(fā)量2538mm。濕地公園內(nèi)土壤主要包括草甸土、沼澤土和鹽堿土以及風(fēng)沙土、栗鈣土和灰棕漠土,植被以濕地植被和荒漠植被為主,主要植物有沙蓬、羅布麻(樣地立地條件2017年8月初,在實(shí)地考察的基礎(chǔ)上,在濕地公園東側(cè)綠洲荒漠交錯(cuò)帶,選取一處人為干預(yù)少,同時(shí)包含3種不同生境類型的區(qū)域,自東向西布置1條長(zhǎng)750m、寬100m的研究樣帶,根據(jù)土壤性質(zhì)、植被蓋度和地勢(shì)形態(tài)等因素,將該樣帶劃分為3個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū):(1)丘間低地(Interdunaldepression,ID),海拔為1230m,該實(shí)驗(yàn)樣地以砂質(zhì)栗鈣土為主,植被覆蓋度較高,主要植被包括羅布麻、蘆葦和沙蓬;(2)緩平沙坡(Gentlesandslope,GS),海拔為1233—1243m,土壤主要是灰棕漠土,植被蓋度適中,主要以蘆葦、沙蓬、黑果枸杞為主;(3)坡頂平地(Slopecrest,SC),海拔為1245m,以風(fēng)沙土為主,植被較為稀疏,主要包括沙蓬和羅布麻。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)沿對(duì)角線設(shè)置8個(gè)20m×20m的樣地,共計(jì)24個(gè)樣地。土壤樣品的采集取樣過程如下:(1)每個(gè)樣地內(nèi)用1m×1m的小樣方框測(cè)定并記錄所有植物的蓋度、高度和地上生物量,重復(fù)6次,并用SC-900土壤緊實(shí)度儀(Spectrum,America)測(cè)量每個(gè)樣方框內(nèi)的土壤緊實(shí)度,重復(fù)6次;(2)根系樣品采集,沙蓬根系主要分布在地下30cm左右的土層范圍,因此每個(gè)樣地內(nèi)選取3株長(zhǎng)勢(shì)良好的沙蓬,將其地上部分刈割,裝入自封袋編號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量其地上生物量,然后用壕溝法挖取30cm×30cm×50cm的土柱,把刈割后的沙蓬根系整株挖掘,共計(jì)72株,最后用網(wǎng)孔篩(孔徑=0.25mm)就近在河邊洗凈附著的泥土和雜根,裝入自封袋編號(hào)帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)量根系性狀。(3)土壤樣品采集,在每個(gè)樣地內(nèi)的根系取樣點(diǎn)處挖土壤剖面,使用環(huán)刀(直徑=5cm,容積=100cm模型生成和分析在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),用鑷子將洗凈后的沙蓬根系在放有少量蒸餾水的根系掃描儀根盤內(nèi)充分散開,經(jīng)根系掃描儀(EpsonPerfectionV700,Japan)灰度模式掃描后以圖形文件(TIF格式)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī),再用Win-RHIZO(Pro5.0)軟件(RegentInstruments,Canada)對(duì)之進(jìn)行分析,獲得不同地貌形態(tài)下沙蓬根系分布圖上邊長(zhǎng)為土壤含水量的測(cè)定將沙蓬根系的主側(cè)根分開,分別裝入編號(hào)的信封,先和地上部分一起在105℃烘箱中殺青15min,再一并放入80℃烘箱內(nèi)烘24h取出稱重(精度0.0001g),計(jì)算地上和地下生物量;根冠比是地下生物量與地上生物量之比,主側(cè)根比是主根生物量與側(cè)根生物量之比;土樣在105℃的烘箱內(nèi)烘12h取出稱重(精度0.0001g),計(jì)算得到土壤含水量;土壤容重xel2016統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用MicrosoftExcel2016統(tǒng)計(jì)分析。為使沙蓬根系分形維數(shù)和分形豐度的數(shù)據(jù)均呈正態(tài)分布,方便線性回歸分析,數(shù)據(jù)均經(jīng)log結(jié)果分析植被群落特征是不同生境條件下的特征不同生境條件下群落特征的方差分析結(jié)果表明,丘間低地、緩平沙坡以及坡頂平地植被群落的高度、蓋度和地上生物量均存在顯著差異(不同布局條件下的土壤物理組成不同立地條件土壤物理性質(zhì)的方差分析如表2所示,土壤含水量、土壤緊實(shí)度和總孔隙度之間存在顯著差異(不同布局條件下的蓬蓬生物學(xué)特征通過對(duì)不同立地條件下沙蓬生物學(xué)特征的方差分析可知,隨著生境的改變,丘間低地沙蓬種群的高度和蓋度要顯著大于坡頂平地(丘間低地各部位分形維數(shù)不同立地條件下沙蓬的根系分形特征如圖1所示。沙蓬根系分形維數(shù)按照坡頂平地、緩平沙坡和丘間低地的順序呈現(xiàn)遞增趨勢(shì),其中分形維數(shù)最高為1.58,最低為1.31;根系分形豐度的變化趨勢(shì)相反,其中分形豐度最高為2.51,最低為1.96。由單因素方差分析表明,丘間低地和緩平沙坡之間分形維數(shù)差異顯著(不同立地條件對(duì)沙地蓬根系分形維數(shù)和分形豐度的影響不同立地條件下沙蓬根系分形維數(shù)和分形豐度的關(guān)系如圖2所示,由Pearson相關(guān)性分析表明,不同立地條件下沙蓬根系分形維數(shù)和分形豐度之間均呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。在丘間低地和坡頂平地的生境條件下,沙蓬根系的分形維數(shù)和分形豐度之間都呈現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(植物根系原則植物在其生長(zhǎng)發(fā)育過程中形態(tài)特征和生長(zhǎng)特性的改變是合理配置有限資源的關(guān)鍵生活史對(duì)策植物根系能夠優(yōu)先感知土壤環(huán)境變化,通過權(quán)衡地上與地下資源分配方式資源異質(zhì)性是引起根系在土壤中分布格局變化的關(guān)鍵因素,根系通過改變生物量的分配和根系形態(tài)根系形態(tài)的適應(yīng)性響應(yīng)是植物應(yīng)對(duì)生境條件的基本機(jī)制之一沙蓬根系構(gòu)建策略根系分形維數(shù)和分形豐度在構(gòu)建方式上的差異性,體現(xiàn)了植物在各種脅迫下根系結(jié)構(gòu)的變化和適應(yīng)策略。為了滿足自身生存發(fā)展的需求,生長(zhǎng)于丘間低地中的沙蓬通過增大分形維數(shù)、減小分形豐度來提升種間競(jìng)爭(zhēng)能力和資源吸收效率;分布于坡頂平地的沙蓬選擇了減小分形維數(shù)、增大