中国科学院成都生物研究所在根系垂直分布对干旱河谷土壤结构变化的响应及动态研究方面取得新进展

　　

土壤的粗颗粒（粒径>2 mm），通常被称为石砾，在耕作、资源开采和基础建设等人类活动不断增加的情况下，砾石土在陆地生态系统中广泛分布。高石砾含量往往导致土壤养分贫瘠，生态系统产量下降。我国西南干旱河谷地区的土壤中石砾含量高1%-65%）并且土壤干旱贫瘠，植物对这种环境的响应取决于对地下性状及分布格局的调整。根系空间分布范围决定了细根（直径<2 mm）对资源的吸收，土壤剖面中根系分布的调整对资源的获取至关重要，是植物应对土壤异质性的关键策略。石砾含量还在土壤水文条件（如渗透）中起着重要作用，因此研究干旱环境中植物根系垂直分布对土-石结构变化的响应，并关注长期和连续生长年份的动态，能够深入反映根系对外部环境变化的适应策略及过程，是干旱区生态系统持续管理的需求。

中国科学院成都生物研究所生态恢复与生物多样性保育课题组胡慧博士，在岷江上游干旱河谷气候背景下开展4个石砾含量梯度的控制试验（0%, 25%, 50% 和 75%, v v-1, 图1），选取干旱河谷区生长和根系特征显著不同的乡土旱生植物：毛莲蒿（Artemisia vestita）、鞍叶羊蹄甲（Bauhinia brachycarpa）、白刺花（Sophora davidii）和四川黄栌（Cotinus szechuanensis），采用双因素区组试验设计，观测细根垂直分布特征、年际间动态，及其与土壤理化性质的关系，探讨不同物种的资源获取策略对石砾含量变化的动态响应及种间差异。

研究发现，石砾含量增加导致木本植物（鞍叶羊蹄甲、白刺花和四川黄栌）的细根生物量及分布深度增加，这主要是由于高石砾土壤的水分和养分水平较低，并渗透到深层土壤中。然而，随着生长年限的增加，这三种木本植物的细根深度和生物量随石砾含量增加而增加的幅度减小。并且木本植物的细根生物量和深度都随着生长年限的增加而增加，但高石砾含量会减弱这种年际间的累积。与上述木本植物的变化趋势相反，非木本植物毛莲蒿的细根深度和生物量随着土壤石砾含量和生长年限的增加而减少。总而言之，木本植物对砾石含量的增加具有更强的适应性，并且这种能力随着生长年限的增加而增加，而较年轻或非木本植物较之更容易受到土壤环境变化的影响。这些结果揭示了干旱和多石生境对不同植物生长的限制，木本和非木本植物通过相反的途径调整其根系垂直分布以应对资源短缺，这对退化生态系统的经营和管理具有指导意义。

数据近期以Shifting patterns in fine root distribution of four xerophytic species across soil structural gradients and years of growth为题在Ecology and Evolution上发表。

DOI: 10.1002/ece3.10889。

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图1四个物种在不同石砾含量和生长年份的细根垂直深度分布模型

图2四个物种在不同石砾含量和生长年份的细根生物量垂直分布

图3四种植物的细根性状（各土层均值）沿石砾含量梯度和生长年限的主成分分析。置信圈表示生长年份（a）之间的95%置信区间，置信圈表示物种（b）之间95%的置信区间。根系性状的缩写如下：βF，细根的β；FRB，细根生物量；RD，细根直径；RLD，细根长密度；RTD，细根组织密度；SRL，特定细根长度。

图4石砾含量含量梯度上细根性状和土壤理化性质的冗余分析（FRB，细根生物量；RD，细根直径；RLD，细根长密度；RTD，细根组织密度；SRL，特定细根长度；RFC，石砾含量；aP，土壤有效磷；DOC，土壤可溶性碳；NH4-N、土壤铵态氮；NO3-N，土壤硝态氮；SWC，土壤含水量；TC，土壤总碳；TN，土壤总氮；TP、土壤总磷）