由地下结构引发的水分利用策略促进了土壤资源受限的山坡上灌木与草本植物的共存

《Plant and Soil》：Subsurface structure-induced water use strategies mediate shrub-herb coexistence in soil-limited hillslopes

土壤岩石结构对亚热带土壤受限环境中植物根系构型及水分利用策略的影响研究。通过电测深技术和稳定同位素分析发现，不同坡位土壤厚度和水分储存能力差异显著，多变的土壤-岩石界面形成分层、界面和裂隙三种根 niche 空间，使草本与灌木植物通过差异化利用2-63天不同年龄的水分实现共存。

　　

摘要

背景与目的

土壤和岩石的结合结构直接影响根系的分布以及根区的水分运动和储存。然而，这些过程如何共同影响植物的水分利用策略目前尚不清楚。我们的研究旨在探讨地下结构如何影响根系形态，以及这对物种共存有何意义。

方法

我们在亚热带土壤资源有限的环境中，对四个优势物种在不同坡位上的根系特征和稳定同位素进行了测量。利用电阻率层析成像技术研究了研究地块中的土壤-岩石结构，并估算了根系吸水的垂直位置和时间起源（即水的年龄），以确定共存物种的水分获取策略。

结果

坡位对根系形态的影响较小，但显著影响了平均土壤厚度和水分储存能力。不同的土壤-岩石组合形成了多种根系生态位空间（如土层、土岩界面和基岩裂隙）。尽管这些植物的根系深度普遍较浅（<40厘米），但它们通过差异性地占据这些生态位空间实现了共存，从而能够获取不同年龄的水分来源（这体现在根系吸水年龄的季节性变化上，范围为2-63天）。灌木类植物发展出了更为广泛的侧根系统，以提高水分吸收能力和固定作用，从而支撑比草本植物更大的植株结构。

结论

我们的研究表明，在土壤资源有限的环境中，植物在土层内部共享水分来源，但会对土岩界面和裂隙中的水资源进行差异性利用。这些结果表明，基岩控制的基质异质性通过时空生态水文生态位的差异促进了物种的共存。