短命模块在多年生植物细根中的普适性研究

根系研究是当前植物生态学研究的热点和难点，细根作为根系重要的功能单元，在根系研究中占有极其重要的地位。但是，目前对于细根的基本功能及生长、死亡、代谢等方面的了解十分有限。一个重要原因在于根系生态学家一直未能找到一个统一、客观的区分根系结构与功能异质性的分类方法。本项目以新疆策勒国家野外观测研究站的综合试验场为研究基地，以10种多年生植物为研究对象，运用大型根窗法，通过比较细根分枝末端个体根整个生活史中寿命、解剖结构、氮浓度、呼吸速率在不同分枝等级之间的变异，明确10种多年生植物细根主要功能特征的基本格局；结合根系的结构与功能，验证以功能特征为基础来定义细根的方式是否可行；通过探讨根系主要功能特征在乔木、灌木、草本之间的变异格局，在植物不同进化阶段的保守性及变异格局，以及植物种所在科的分歧时间之间的变异格局，最终验证短命模块在多年生植物根系中的普适性，并为根系功能分类标准的划分奠定理论基础。

不同功能群多年生植物细根的周转一直是理解全球陆地生态系统碳循环的难点。传统的直径法和根序法不能准确的短命根和长命根。在木本植物水曲柳(Fraxinus mandshurica)中首次提出短命模块的概念，然而，没有足够的证据证明短命模块也存在于其他草本和木本植物中。在中国温带的塔克拉玛干沙漠，利用根序法、连续取样法、改进的微根管法对12种多年生被子植物中草本、灌木、乔木的细根进行了中值寿命、解剖属性、氮浓度、呼吸速率进行了两年的测定。主要结论如下：.（1）在中值寿命方面：.三种功能群细根的中值寿命均随着根级的增大而增加，但在不同根级间的变动差异较大。草本前4级中值寿命分别为：31天、31天、270天、405天，灌木前4级中值寿命分别为：90天、120天、>587天、>587天，乔木前5级中值寿命分别为：120天、135天、165天、>721天、>721天；草本、灌木细根的前2级和乔木细根的前3级可以视作短命的模块。.（2）在解剖结构方面：.三种功能群细根的直径均随着根级的增大而增加，但在不同根级间的变动差异较大。草本、灌木1、2级根均维持初生结构，有吸收功能；3、4级根出现次生结构，没有吸收功能；乔木1、2、3级根均维持初生结构，4级、5级根具有明显次生结构，没有吸收功能；草本、灌木的前两级，乔木的前三级可以视作独立的功能模块。.（3）在氮素浓度方面：.三种功能群细根的氮素浓度均随着根级的增大而降低，但在不同根级间的变动差异较大。从1级根到2级根，氮素浓度缓慢下降，但是从2级根到3级根氮素浓度急剧下降；草本、灌木的前两级，乔木的前三级可以视作独立的模块。.（4）在呼吸速率方面：.三种功能群细根的呼吸速率均随着根级的增大而降低，但在不同根级间的变动差异较大。从1级根到2级根，呼吸速率缓慢下降，但是从2级根到3级急剧下降；草本＞乔木＞灌木；草本、灌木的前两级，乔木的前三级可以视作独立的模块。. 通过以上数据，本研究证明短命根模块广泛存在于多年生植物中，这种方法简化了根系分类和取样的工作量，同时丰富了根系分类方法。