基于细根解剖特征的树种耐旱性解析

树种选择是干旱瘠薄山地水土保持和植被修复的关键。研究树种细根解剖特征是探讨在干旱生境下树种的适应策略并开展树种选择的前提。以鲁中南干旱瘠薄山地常见的10个造林树种为对象,测定了树种不同根序细根的剖面直径、皮层厚度、维管柱(中柱)直径、维根比、导管直径及导管密度等,对比分析了细根解剖结构的差异性,以期为该区域水土保持和植被修复树种选择提供理论依据。研究发现:针叶树种(黑松、侧柏)1级根细根直径显著大于落叶树种;落叶型灌木细根直径较小,且种间差异不显著(P0.05)。细根维管柱直径的变化规律与细根平均直径的变化规律相似。落叶型灌木1~2级细根皮层厚度较大。随着根序的增加,各树种导管直径也随之增大。落叶型灌木的导管直径小于乔木,落叶型乔木导管直径较其他树种更大。导管密度与根直径的变化规律相反。依据细根解剖特征将10个树种聚为3类:第1类为皮层薄、输导组织致密型;第2类为皮层薄、输导组织疏松型;第3类皮层厚、输导组织疏松型。     

泰山典型林分的林冠截留特征

 应用相关分析方法对泰山罗汉崖林场9个典型林分类型的林冠截留特征进行研究。结果表明:林内降雨量与林外降雨量呈很好的线性关系,林冠截留量与林外降雨量呈较好的对数关系;9个典型林分类型对降雨的截留能力为五角枫>麻栎+黑松>15 a麻栎>刺槐>50 a麻栎>黄连木>黄连木+刺槐>侧柏>黑松;7个典型林分类型形成树干径流的能力为15 a麻栎>50 a麻栎>黄连木>五角枫>黑松>刺槐>侧柏;各林分类型总体产生林内降雨的林外降雨量临界值为6.28 mm。     

山东干旱瘠薄山地造林新技术试验

 在山东干旱瘠薄山地,应用平衡根系无纺布容器育苗、乔灌藤科学配置、鱼鳞坑整地、水平阶整地、梯田整地、灌草覆盖、保水剂和常规技术（穴状整地）8种造林技术,对9个树种的造林成活率、栽植初期新梢生长量和侧柏（Platycladus orientalis）苗造林成本进行比较分析。结果表明:应用平衡根系无纺布容器育苗等7种技术与常规技术（穴状整地,对照）相比较,9个树种的平均成活率提高2.612.7百分点,栽植当年平均新梢生长量增加5.936.3百分点,应用平衡根系无纺布容器育苗技术造林成本降低9.3百分点,其他6种技术比常规技术（穴状整地,对照）的造林成本增加6.2158.4百分点。应用平衡根系无纺布容器育苗作为新的造林技术,在8种造林技术中,不仅造林成活率最高,在造林之初的新梢生长量亦最大,而且造林成本最低。     

北京山区幼龄侧柏林主要林分类型土壤水分及理化特性研究

北京山区作为典型的干旱半干旱石质山地,土壤瘠薄,水资源严重亏缺,这已成为该地区造林成活率及林木生长最为主要的限制因子。侧柏作为本区的主要造林树种,在保持水土、涵养水源等方面发挥着重大意义,所以分析研究该树种的主要林分类型林地间土壤水分、物理性质及其养分条件显得尤为重要。通过设定标准地和定位观测的方法,研究了北京地区侧柏幼龄林主要林分类型的土壤特征,以便掌握各林分类型侧柏林地的差异。并通过林学措施最大限度地利用有限的天然降水,增加土壤水资源,使林木得以充分利用,为该地区以及干旱半干旱地区在适地适树的前提下,提高造林成活率、保存率,合理经营林木,提高林地生产力,扩大森林资源和恢复森林植被,充分发挥林地的水源涵养效能提供科学的理论依据。     

华北山区油松侧柏降雨前后水分来源

北京山区处于季节性干旱的生态脆弱地带,研究其典型树种在降雨前后的水分来源对干旱区水分利用具有重要意义.本研究基于氢氧同位素技术,以北京山区典型乔木树种油松和侧柏为研究对象,测定分析树木枝条、土壤、地下水和降雨等氢氧同位素组成,探明2种乔木树种在降雨前后主要水分来源.结果表明:不同树种在同一时期的水分来源不同,同一树种在降雨前后水分来源不同.油松表层根系分布虽少,但在雨前仍能吸收利用含水量较高的表层土壤水,利用率为36.0％;为获得稳定水源,油松在降雨前后都利用发达的主根系吸收利用地下深层水分,利用率分别为38.0％和58.2％.侧柏在雨前干旱缺水时能利用深层水维持正常生理活动,利用率为71.2％,但分布在土壤表层0～ 20 cm的侧根系对降雨反应较为敏感,雨后的侧柏主要利用表层土壤水分,利用率为71.6％.试验结果将对于干旱半干旱地区人工造林、树种配置和缓解水资源短缺具有重要意义.     

喀斯特土壤生境下丛枝菌根真菌侵染对任豆根系构型的影响

研究不同养分喀斯特土壤生境下,菌根真菌对宿主根系形态影响,为喀斯特地区植被定植、恢复和水土保持提供微生物干扰途径,同时也为喀斯特地区筛选优势菌种提供依据.以石灰岩地区造林树种任豆幼苗为试验材料,摩西球囊霉(Funneliformis mosseae,Fm)、根内球囊霉(Rhizoglomusintraradices,R...     

鲁中片麻岩低山丘陵针阔混交林蓄水保土效益研究

以山东省莱芜市雪野镇通天河小流域2003年3月营造的6种针阔混交林为研究对象,2013年10月采用样收获法测定枯落物蓄积量和灌草生物量,烘干法和环刀浸水法测定土壤物理性状和土壤水文效应,单环定量加水法测定土壤入渗速率,标尺法测定土壤侵蚀量,研究不同针阔混交林的蓄水保土效益。结果表明:(1)林下灌草盖度与生物量随林分郁闭度的增加而减少,而枯落物层蓄积量随林分郁闭度的增加而增加。(2)黑松刺槐混交林和侧柏刺槐混交林的土壤物理性状与土壤养分改良效果最好。(3)土壤蓄水性能以黑松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林最好,其土壤渗透性能也较好。(4)减蚀量以黑松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林最大。6种针阔混交林的蓄水保土效益以黑松刺槐混交林、侧柏刺槐混交林最大,黑松五角枫混交林、侧柏五角枫混交林、黑松麻栎混交林次之,侧柏麻栎混交林较差。     

渭北主要造林树种根系抗旱性研究

采用盆栽试验的方法,研究了不同土壤干旱条件下渭北主要造林树种苗木根系活力的变化。结果表明:在一定的土壤干旱范围内,苗木可以通过提高根系活力来适应逆境。当土壤干旱超过一定的阈值后,树木根系将逐步丧失其活力和功能,最终导致地上部分的枯死。各树种中,山杏根系的抗旱性最强,其次是侧柏、刺槐和油松。苗木根系活力除了受土壤干旱胁迫程度的影响之外,还受到干旱持续时间的影响。当土壤含水量降至40%的田间持水量时,土壤干旱已经对油松的生长构成了威胁,但对山杏、侧柏及刺槐的影响不大。     

酸枣根系构型特征研究

对半干旱地区酸枣根系构型的研究结果表明:酸枣的根系水平分布可达300 cm,主要分布于0—60 cm范围内;60—240 cm范围根表面积和细根数量变化不大,二级侧根和细根分布比较均匀,在接近侧根末端,根长度、根表面积和细根长度数值明显增大,二级侧根数量增加。垂直方向根系分布可达120 cm,但主要分布在0—60 cm的土层中。0—60 cm土层含水量高,与根系在土层中的主要分布深度一致,因此,酸枣主要吸收土壤浅层和中层水分。尽管在深层土壤中细根的比例很少,但对酸枣吸收水分发挥着非常重要的作用,在干旱季节土壤浅层水分不足时,60 cm以下深层土壤中的水分能够维持酸枣的生存和生长。     

水分生态环境对刺槐细根垂直分布的影响

采用土钻法,对安塞县和长武县的刺槐细根面积垂直分布特征进行调查研究,结果表明:（1）刺槐细根的垂直分布与水分生态环境密切相关,现存的细根密度是对具体生境逐步适应调整的结果。（2）刺槐在遗传特性上表现为深根性树种。刺槐细根的垂直分布除了受树种遗传特性的影响,很大程度上受水分生态环境的影响。（3）刺槐细根的垂直分布区域与降雨的补偿深度基本一致,如果土壤中的水分得不到很好的补偿,将对刺槐的生长造成很大影响。因此,黄土高原营造人工林,应充分考虑降水对土壤含水量的补偿深度和补偿程度,以水分生态环境中所能容纳的适宜细根密度为依据确定造林密度,才能使树木达到最大生产力。     

栾树、黄连木、黄栌水分生理生态特性的研究

以栾树、黄连木、黄栌为试验材料,刺槐作为对照,系统测定各树种的叶片水势、气孔导度、蒸腾速率、光合有效辐射、空气相对湿度、土壤温度、土壤水分含量、土壤呼吸速率等水分生理生态指标。结果表明:叶片水势日变化幅度由大到小依次为栾树>刺槐>黄栌>黄连木;蒸腾速率由大到小为刺槐>黄栌>栾树>黄连木;土壤呼吸速率由大到小为黄连木>栾树>刺槐>黄栌。各树种水分利用效率黄连木最高,其次为栾树和刺槐,黄栌最低。     

荒漠垫状灌木小蓬的根系分布格局分析

根系的主要功能是吸收水分和养分、固着和支撑植物体。根系的分布格局直接关系到植物对水分和养分的吸收、对风沙的抵抗能力,尤其在干旱区。基于此,运用野外根系挖掘法和室内分析相结合的方法,研究了乌鲁木齐周边荒漠的优势种灌木小蓬(Nanophyton erinaceum)的根系分布格局及生物量分配。结果表明,小蓬的根系为直根系,主根长平均为50~70 cm,主要集中在4~29 cm土层。侧根较发达,根幅约为30 cm×40 cm。根系生物量因坡向的不同而不同,阴坡的根系生物量较阳面的多30.9%。根冠比为21.0。小蓬这种根系构型和根冠比可能是对干旱和砾质化生境的适应,研究有助于小蓬的保育及植被恢复。     

干旱山地集雨装置系统研制及其应用效应分析

针对我国北方年降雨时空分布不均和山地缺水、造林困难的特点,设计适宜干旱瘠薄山地推广应用的连接式集雨系统。该装置主要由雨水径流面、沉淀池、雨水中转池和集雨池组成,集雨池之间通过导水管相连接以扩大集雨量。丰水季节集水,枯水季节浇灌。连接式集雨池集雨的方式具有集水量大、使用寿命长、结构简单的特点。在莱芜苗山修建3个50m3的集雨池,结合径流面整治等费用,总投资约14 776.49元,可集水150m3,用于侧柏(Platycladus orientalis)和金银花(Lonicera japonica Thunb.)的造林试验。结果表明:每株苗木每次浇水4L,每年灌溉4次,造林成活率提高12.7%以上,翌年的保存率提高41.3%以上,翌年造林苗木的干物质积累量增加64.2%以上。在新泰市龙庭镇樱桃种植中,带来的直接经济效益达10万余元。因此,该设计可有效收集雨水,解决了干旱瘠薄山地造林难以成活的难点,且可充分有效地利用干旱瘠薄山地,为农民带来较大的经济效益。     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征及抗旱性研究

采用土钻法和盆栽试验研究了渭北地区主要造林树种的垂直根系分布特征及其抗旱性。结果表明立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响 ,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在 ;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大的影响 ;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大的差异 ,其中刺槐的根系分布最深 ;在一定的土壤干旱范围内 ,苗木可以通过提高根系活力来适应逆境 ,当土壤干旱超过一定的阈值后 ,树木根系将逐步丧失其活力和功能 ,最终导致地上部分的枯死 ;在供试的 4个树种中 ,山杏根系的抗旱性最强 ,其次是侧柏、刺槐和油松。苗木根系活力除了受土壤干旱协迫程度的影响之外 ,还受到干旱持续时间的影响。当土壤含水量降至 4 0 %的田间持水量时 ,土壤干旱已经对油松的生长构成了威胁 ,但对山杏、侧柏及刺槐的影响不大     

不同养分配比对高粱根系生长及养分吸收的影响

为探明高粱养分吸收和根系生长对氮、磷、钾胁迫的响应,通过长期定位试验,在高粱/玉米轮作条件下研究了不同养分配比NPK、PK、NK、NP、CK对高粱根系生长及养分吸收的影响。结果表明:与NPK相比,长期不施氮肥(PK)条件下高粱总根长增加18.29%,总根体积降低26.52%,且根系主要分布在0~10 cm土层,直径小于0.5 mm细根所占比例显著增加。不施磷肥(NK)显著抑制了高粱根系生长,总根长、总根表面积和总根体积分别降低24.03%、27.48%和41.29%。不施钾肥(NP)对细根生长有明显抑制作用。不施氮、磷、钾均降低高粱对相应养分的吸收和累积,不施氮促进了营养器官中氮和钾素向籽粒转运,不施磷或钾肥抑制了氮、磷及钾的转运。高粱对养分的吸收、积累和转运与根系形态有关,不同养分积累与运转与根系形态关系表现不尽相同:氮素、钾素积累和转运与根系形态具有较好的相关性,氮素的积累和转运与植株生物量和产量的相关性大于磷素和钾素。综上,高粱根系形态及养分吸收对氮、磷及钾胁迫响应不同,该研究可为不同养分瘠薄地高粱高效栽培提供理论依据。     

鲁中南砂石山区不同林分类型保土功能及其效益

以临朐县辛庄水土保持试验站营造的6种林分为研究对象,研究不同林分类型的保土效益。结果表明：刺槐、麻栎、五角枫、黄连木等阔叶树种林分的枯落物多,林下草本植物盖度大,吸持和拦蓄地表径流能力强,枯落物腐烂分解后改善土壤理化性状良好,土壤渗透速度快,0-20 cm草本植物根系生物量大,固持土壤免遭地表径流的冲刷,保土功能强;而黑松、侧柏等针叶树种林分相应的保土功能较弱。6种林分类型与对照相比减少的土壤侵蚀量：以刺槐林最大,为43.22 t/hm^2;麻栎林、五角枫林和黄连木林的次之,分别为41.85,39.74,38.39 t/hm^2;而黑松林和侧柏林的较小,分别为31.32,29.41 t/hm^2。通过对不同林分类型的枯落物层蓄积量、土壤总孔隙度、土壤非毛管孔隙度、土壤有机质含量、土壤渗透速率、林下草本植物生物量、减少土壤侵蚀量等进行方差分析,均存在显著差异,计算结果显示,6种林分类型保土效益大小排序为刺槐林〉麻栎林〉五角枫林〉黄连木林〉黑松林〉侧柏林。     

褪黑素调控根系生长和根际互作的机制研究进展

【目的】根系生长和根际互作是影响植物对土壤养分吸收的关键因子。根系在土壤中穿插生长,不断改变其形态可塑性,进而改变根系构型,扩大与土壤的接触面积以获取所需养分。同时根系的生理可塑性协同根系形态可塑性显著影响根际互作效应,为植物经济高效获取养分资源提供可能。探究褪黑素等内源生长调节因子对根系形态和生理可塑性的调控机制,揭示通过最大化根际效应强化根际互作的有效途径,对集约化作物体系提高养分利用效率,促进绿色增产增效,具有重要的理论与实践意义。主要进展褪黑素作为新型植物生长调节信号分子,在盐害、干旱和低温等非生物胁迫中具有增强植物抗逆性、改善植物生长等重要调节作用。褪黑素显著改变根系生长,对植物主根生长主要表现为抑制作用,对侧根及不定根的发育和生长具有浓度依赖性调节,从而深刻影响植物根系构型。褪黑素调控根系生长的机制尚不清楚,总结已有进展表明:一方面褪黑素调节光周期,影响光合产物的运输和糖信号,从而调控地下部碳分配和根系生长;另一方面,褪黑素还能与生长素等植物激素互作,参与激素对植物生长调控的信号通路,从而对植物的生长发育和新陈代谢产生影响。这些进展对深入揭示褪黑素调控根系生长发育的机制提供了重要依据。问题与展望根系的生长发育以及根系构型的改变显著影响根际过程和根际互作,褪黑素作为调控因子在不同养分环境条件下显著影响根系的形态可塑性。然而,褪黑素在根际过程和根际互作中的作用机制并不清楚,有关研究亟待加强。深入探究褪黑素参与根际互作的机制,理解褪黑素调控根系生长和根际过程的作用途径,可为集约化农业体系下精准调控作物根系生长,强化根际互作,提高养分利用效率提供科学依据。     

基于生长函数的大豆根系生长的三维可视化模拟

植物的可视化模拟与仿真能为植物生长研究提供直观、迅捷的科学研究方法.植物根系在生长介质中的三维空间造型与分布,对水分养分的利用具有十分重要的作用.为了避免植物根系生长环境的不可见性和次要因素的影响,定量地直观地研究根构型的适应性变化,将植物根构型的多个生长函数和植物根系的形态发生模型耦合起来,结合可视化方法,建立了植物根系生长的三维可视化模拟系统.以大豆根系为研究对象,根构型的生长函数采用前期研究已获得的三次多项式形式;形态发生模型采用微分L系统理论编译其生成规则;可视化方法采用一系列连接在一起并平滑处理的圆台代表根轴.系统设计成只需输入三次多项式形式的生长函数的系数,就可直观地、连续地、可控地获得该根系生长的可视化图形和根构型几何参数.     

渭北黄土高原不同立地上刺槐根系分布特征研究

采用土钻法对渭北黄土高原地区的主要造林树种刺槐的根系分布特征进行了调查研究。结果表明 ,不同立地上的刺槐根系分布特征具有明显的差异 ,阳坡立地上的根系密度和生物量均小于阴坡立地 ;不同林龄根系分布在深度上没有明显的差异 ,但是其根系的生物量和根系密度具有明显的差异。不同立地上刺槐的根系消弱系数 (root extinction coefficient)β值之间也存在明显的差异。阴坡立地的β值均在0 .982以上 ,而阳坡立地上的β值则一般小于 0 .982 ,说明阴坡立地上的刺槐根系分布深度要大于阳坡立地。其细根 (Φ <1mm )的分布深度大于较粗根系 (Φ <3mm )的分布深度 ,有利于刺槐对深层土壤中水分、养分的吸收 ,适应干旱环境 ,促进地上部分的正常生长     

集约化互作体系植物根系高效获取土壤养分的策略与机制

【目的】植物根系的形态与生理变化是植物从土壤中高效获取养分资源的重要机制,由相同物种或不同物种组成的互作体系中植物根系对养分的吸收利用受相邻植物竞争的强烈影响,阐明互作体系不同竞争条件下植物根系获取养分的策略并揭示其作用机制,这是基于根系觅食行为探讨养分高效利用的根际调控途径与技术措施的重要理论基础。主要进展根系属性的互补性有利于降低根系间对养分的竞争。根系构型的互补性,例如深根系与浅根系植物互作,促进个体植株对土壤剖面不同深度养分的吸收利用;由根系可塑性介导的水平方向上根系空间分布的互补性,提高了植物根系对同一土层不同空间位点土壤养分的挖掘;个体植株根系形态属性与相邻植物根际生理过程的互补性促进根系对不同形态养分的利用。互作体系根系获取养分的策略具有高度互补性,这有助于提高整个作物系统的养分利用效率,进而提高生产力。根系空间生态位的分离 (包括垂直与水平方向) 以及根际生物化学特征生态位的分离,是驱动互作体系根系高效获取养分资源的主要机制。合理的根层调控可以提高植物根系挖掘土壤养分的能力;优化互作体系物种的搭配能充分发挥根的互作效能,提高养分利用的生物潜力。问题与展望今后应进一步针对集约化高投入作物体系,通过管理根层养分供应和物种间的互作效应,强化根际养分信号的调控作用,调节根系形态与生理特性,降低种间竞争,增强种间互利,以最大化根系和根际的生物学潜力,提高养分利用效率和作物产量,为实现以节肥增效为核心的可持续集约化作物生产提供重要的调控策略与途径。