高寒草地根系对冻融作用下水分相变的响应机制
文献类型：学位论文
| 作者 | 秦小静 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 王小丹 |
| 关键词 | 冻融过程 解剖结构 生理指标 根系形态结构 生物量分配 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 其他题名 | Response mechanism of root system to water phase change under freeze-thaw action in alpine grassland |
| 英文摘要 | 随着全球气候变化下草地生态过程等相关研究的深入，土壤冻融时期对植物生长的影响越来越引起关注。水分相变是表征土壤冻融过程的基本现象，冻融过程中土壤水热变化和垂向迁移，会直接和间接影响根系进而影响植物地上部分的生长。多角度比较根系在冻融期和非冻融期的差异性表达是揭示根系在冻融过程中的调整机制的瓶颈，根系对土壤水热因子的响应过程是探求冻融过程对植物潜在影响的关键。针对上述具有挑战且迫切需求探索的研究难点，本文基于西藏那曲地区申扎高寒草原与湿地生态系统观测试验站，以优势种紫花针茅（Stipa purpurea）、青藏苔草（Carex moorcroftii）和伴生种昆仑蒿（Artemisia nanschanica）、矮火绒草（Leontopodium nanum）、冰川棘豆（Oxytropis glacialis）、丛生黄芪（Astragalus confertus）为研究对象，从季节性冻土冻融过程特征和根系分布特征入手，从解剖结构、生理指标、根系形态3个方面比较高寒植物根系在不同冻融时期的种间差异性变化，引入水热因子模拟根系、植被生长曲线，定量分析水分、温度对植物生长的驱动作用。取得的主要结论如下：（1）藏北季节性冻土冻融过程水热变化特征对于藏北季节性冻土而言，冻结过程自上而下单向冻结，融化过程出现自土壤表层向下和自下向上双向融化现象。最大冻深在100-150 cm之间，表层土壤（10 cm）10月底开始冻结，在次年3月初开始融化，融化期长达40天，日冻融循环发生频繁的土层为0-20 cm。土壤水分在冻结期整体向下移动，融化期整体向上运移。冻融过程中，土壤温度和水分表现为相似的波动趋势，两者的峰值和谷值在土壤垂直方向上出现滞后现象。减水处理下土壤无完全冻结期，增水处理对土壤各层冻融过程无显著影响。（2）高寒草地根系对冻结-融化过程响应的种间差异藏北高寒草地中优势种紫花针茅、青藏苔草和伴生种矮火绒草、昆仑蒿90%根系分布在0-30 cm土层中，随土壤深度的增加表现出“T”字形，豆科植物（冰川棘豆和丛生黄耆）根系分布深度可达50 cm，根系垂向分布与土壤深度无显著相关性。根系形态参数、生理特性和解剖结构对冻融环境表现为协同响应。轴根与非轴根根尖直径以0.4 mm为界存在显著差异性，非轴根根系导管直径在融化期显著增大，皮层厚度比例降低，有利于提高根系吸收水分能力。高寒植物根系主要通过提高CAT酶、POD酶和可溶性蛋白、脯氨酸含量调节细胞环境，来应对冻融过程中土壤水热变化。融化期对根系生理特性的影响可延长至完全融化前期，非轴根根系的生理特性指标的相互关系更为紧密。根系形态结构如根长、根表面积、根体积等指标存在种间差异性，非轴根根系比根长、比表面积在融化期显著增高，组织密度显著降低。非轴根、非豆科、优势种植物根系对冻融期水热环境表现出较高敏感性，有利于根系在融化期吸收水分。（3）冻融环境对根系生长的影响以及对植物地上的连动效应高寒草地植物根系在3月中旬开始生长，在融化期结束时进入快速生长阶段。增水条件下根系最大伸长量降低，根系生长达到稳定状态的时间提前。植物根系开始生长时间比地上开始生长时间提前40天，在根系生长达到稳定状态时，植物转为地上生长。冻融过程的改变影响着生长季植物生物量分配策略，水分减少/增加，冻融过程减缓了水分对植物生长的抑制/促进作用。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 154 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33968]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 秦小静. 高寒草地根系对冻融作用下水分相变的响应机制[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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