黄土丘陵区植被演替中典型草本群落根系分泌物化感作用

Allelopathy plays an important role in the formation and succession of plant community. It is one of the important means of competition to plants. As an important source of allelochemicals, root exudates from the plants could change the soil conditions and affect the growth of other plants. Due to the gaps in theory and deficient research methods, the relationship between vegetation succession and allelopathy is not clear to date. This study investigated the allelopathy of root exudates from two herbaceous community of the vegetation succession, Artemisia capillaries, and Stipa bungeana, on the abandoned cropland in the hilly-gully region of Loess Plateau based on the seed germination and pot experiments. The allelopathy is studied from the following aspects: (1) the difference of root exudates composition of dominant species and companion species as well as the main influence factor; (2) the effect of root exudate from dominant species on the seed germinant and rhizopshere environment of companion species and itself; (3) the role of allelopathy in the vegetation succession and its ecological implication. Based on aforementioned work, this study hopes to clarify the relationship between the vegetation community and allelopathy during the vegetation succession, and provide the scientific basis for using allelopathy to promote the vegetation restoration in the Loess Plateau.

化感作用在植物群落的形成和演替中起着重要作用，是植物相互竞争的重要手段之一。根系分泌物是化感物质的重要来源，植物可以通过根系分泌物改变土壤环境，影响其他植物的生长。受理论和研究方法的限制，目前针对植被恢复中根系分泌物化感作用的研究较少，对植被演替与化感作用之间的关系尚不清楚。本研究以黄土丘陵区退耕地植被演替中草本阶段的茵陈蒿群落和长芒草群落为研究对象，采用种子萌发和盆栽试验相结合的方法，重点研究：（1）不同演替阶段群落优势种和伴生种根系分泌物的差异及主要影响因素；（2）优势种根系分泌物对自身和伴生种种子萌发及根际环境的影响；（3）化感在植被演替中的作用及其生态学解释。通过以上研究，本项目期望在理论上揭示植被演替群落结构与化感作用之间的关系，在实践上为有效利用化感作用促进黄土高原生态恢复提供科学依据。

化感作用在植物群落的形成和演替中起着重要作用，是植物相互竞争的重要手段之一。根系分泌物是化感物质的重要来源，植物可以通过根系分泌物改变土壤环境，影响其他植物的生长。本研究以黄土丘陵区退耕地植被演替中草本阶段的茵陈蒿群落和铁杆蒿群落为研究对象，采用种子萌发和盆栽试验相结合的方法，重点研究：（1）不同演替阶段群落优势种和伴生种根系分泌物的差异及主要影响因素；（2）优势种根系分泌物对自身和伴生种种子萌发及根际环境的影响；（3）化感在植被演替中的作用及其生态学解释。结果表明：（1）黄土丘陵区坡耕地撂荒演替过程中，演替前期群落优势种群茵陈蒿和中后期优势种群铁杆蒿在5年和15年的根系分泌物均含有烃类、酯类、酚类和酰胺类物质，其中乙酰柠檬酸三丁酯和1-丙烯-1, 2, 3-三羧酸－三丁基酯既是两种植物根系分泌物的共有成分，也是引起土壤微生物优势种群的主要因素。（2）演替前期优势种茵陈蒿根际微生物性质波动较为强烈，而中后期铁杆蒿变化规律性较强，总体随退耕年限呈增加趋势，主要表现在有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮、基础呼吸、革兰氏阴性菌。变形菌、酸杆菌和放线菌是根际区域主要的类群，且微生物群落从酸杆菌向变形菌群落演替，而且地上群落多样性与地下微生物群落多样性演替具有不同步性。在草本群落演替前期，影响根际微生物的主要因素为植物本身，而在演替中后期则为土壤碳氮供给能力。（3）黄土丘陵区自然演替先锋种茵陈蒿和中后期优势种铁杆蒿浸提液对3种伴生种（狗尾草、白羊草和达乌里胡枝子）的种子萌发均有显著化感作用，表现为高浓度（0.2 和0.02 g/mL）抑制和低浓度（0.002 g/mL）促进。因此，茵陈蒿和铁杆蒿化感作用可能是该地区植被群落结构形成的重要原因之一。本研究从化学生态学的角度解释了黄土丘陵区植被演替过程中植物之间的关系以及群落结构形成的原因，为认识自然恢复的内在机理提供了新的视角。