摘要：温度是影响植物生长的重要因子。随着全球气候变暖,温度变化对植物的影响受到广泛关注,但以往大部分研究都...温度是影响植物生长的重要因子。随着全球气候变暖,温度变化对植物的影响受到广泛关注,但以往大部分研究都集中在温度对植物地上部分的影响,缺乏温度对根系,特别是根构型的影响研究。根构型是指根系在生长介质中的空间分布,显著影响植物营养物质的吸收利用,并会随周围环境(包括生物环境和非生物环境)作相应调整。根系不仅对植物个体的生长发育起重要的作用,还通过根系间的相互作用影响群落的结构。全球变暖对植物的影响不只体现在个体性状上,更多体现在植被结构动态上。研究温度变化对植物根系间相互作用的影响,有利于预测全球变暖下的植被动态。本研究从广东省封开县黑石顶选取3种不同生活型的热带-亚热带植物,结合原位透明三维栽培系统和Win RHIZO根系扫描系统,在5种温度梯度下(包括高温和低温),对3种不同生活型植物根系生长进行原位动态观测,并且以草本植物和灌木植物为中心物种原位观察根系间的相互作用。同时联系地上部分性状,从植物整体探讨温度变化如何影响植物生长,如何通过影响根系间相互作用来影响植物生长,从而影响植被的结构。主要获得以下结果:1)温度升高对不同生活型植物根系影响不同。草本植物黄麻在低温(22℃)下具有更大的根系,主要体现在根宽和根深增加;灌木光荚含羞草在高温(34℃)下具有更大的根系,主要体现在总根长、根宽和根深变大;而温度对乔木光叶红豆根系几乎没有影响,其原因可能是由于光叶红豆幼苗生长阶段主要的营养物质来源是子叶。3种生活型植物地上部分生物量比地下部分生物量更易受温度的影响,根构型性状比根系生物量更易受温度的影响,说明根构型的可塑性在植物适应温度变化中起重要作用,根系的生长对植物的生长发育至关重要。对于草本植物黄麻而言,高温对光合作用提高的程度要大于根系营养吸收。因此,根系对营养物质的吸收可能是限制全球变暖促进植物生长的原因之一。2)结合黄麻和光荚含羞草根宽和根深生长动态拟合和透明栽培系统直接观察这两种植物侧根发育的结果发现温度不仅影响根系最终大小,还会影响根系的生长动态。高温会缩短植物完成某一生长阶段的时间,全球变暖可能通过改变根系动态甚至根系物候,从而改变植物群落地下部分竞争格局。3)植物地上部分性状和地下部分性状存在一定的关系,但是因物种而异并且受温度的影响,其内在机制可能与植物内部资源分配有关。黄麻比根长和比叶面积在不同温度下SMAs(Standardized major axis)斜率差异显著(p<0.001),光荚含羞草平均根直径和比叶面积SMAs斜率也差异显著(p=0.029)。4)黄麻与同种互作时,根宽最大绝对生长速率降低;而与异种互作时,根宽最大绝对生长速率增加,与同种互作根深最大绝对生长速率减少的程度也小于与异种互作。黄麻在根系互作过程中存在亲缘识别,通过抑制根宽的生长在一定程度上能够减少同种间竞争,从进化角度看,减弱种内竞争将提高整个种群的适合度。5)温度不仅影响根系相互作用的强度还影响根系作用的方向。光荚含羞草与光叶红豆互作在所有温度处理下均表现为促进生长,但在22℃下促进效果最明显。在26℃下与光荚含羞草和光叶红豆互作促进了黄麻生长,而30℃下黄麻生长减少。光荚含羞草在34℃下根长、根深和根宽最大,导致对黄麻的负相互作用最强。全球变暖使一些根系更适应高温的植物更具竞争优势。6)高温(34℃)使黄麻投入更少的资源给叶,更多的资源给茎,而根系在30℃左右达到最小值。光荚含羞草叶资源投入在低温(18℃)和高温(34℃)均减少,茎资源投入在高温(34℃)下增加,而根资源投入在低温(18℃)下增加。全球变暖会使茎资源投入增加,叶资源投入减少,而根系存在不确定性。植物资源分配主要由植物本身生长、发育或大小决定,温度主要影响植物对根茎叶的基础资源分配。综上所述,植物根系可塑性在植物适应全球变暖起重要的作用。不同生活型根系对温度变化的响应不同,全球变暖会使高温下具有较大根系(主要体现在总根长上)的植物更具竞争优势。不仅植被的生产力,而且植被资源分配结构受到全球变暖的影响。预测全球对植被动态的影响,温度变化对根系间相互作用的影响不容忽视。更多还原显示全部
