我国南方岩溶区植物深根系分布及其生态地质作用研究

我国南方岩溶区由于其可溶性碳酸岩的地质背景特征发育了高裂隙度、空间结构丰富的地球表面形态-表层岩溶带，有利于地表植物根系向岩溶深层内部生长和延伸。因此被视为与沙漠边缘同等脆弱的岩溶生态系统生物地质作用强烈，这些深根植物群体的活动及死亡后产生的有机物质对可能岩溶表层环境演化与发展发挥重要作用。本研究利用天然洞穴空间，通过调查取样，采用核rDNA技术和稳定δD与δ18O同位素技术，结合层柱模拟试验方法，进行岩溶植物深根的生态功能研究，研究不同植物深根系的分布特征和吸水作用对表层岩溶水分循环的作用和效应；探讨深根植物生长对于表层岩溶带的贮水、供水、C、N养分输入等生态过程的影响；对植物地下生产力进行估算，分析群落中不同植物的地下空间的竞争或联结关系，由此可以认识生物有机过程对岩溶系统驱动作用。为进一步了解植物-岩溶过程及机制、为研究岩溶动力学和岩溶碳汇的生物过程等提供理论和方法。

我国南方岩溶区由于其可溶性碳酸岩的地质背景特征发育了高裂隙度、空间结构丰富的地球表面形态—表层岩溶带，有利于地表植物根系向岩溶深层内部生长和延伸。因此岩溶生态系统生物地质作用强烈，这些深根植物群体的活动及死亡后产生的有机物质对可能岩溶表层环境演化与发展发挥重要作用。本研究对植物深根系的分布特征和吸水作用对表层岩溶水分利用和效应进行研究；探讨深根植物生长对于表层岩溶带的贮水、供水、养分输入等生态过程的影响，由此可以认识生物有机过程对岩溶系统驱动作用。本研究采用野外调查与试验相结合的研究方法，选择了三个地带的岩溶植被类型共21个样地进行调查和采样分析。进行了DNA序列样品（根系81份，叶样35份）测试，259个叶片样品叶片性状和化学成分等功能测试。进行四个季节的植物、土壤、地下水同位素δ18O 和 δD 采样测试分析、凋落物周年分解试验。在控制试验方面，分别设置了模拟表层岩溶的植物-土-岩-水的层柱试验，植物菌根真菌接种抗旱试验。结果表明，（1）81个洞穴根系样品分属12种植物，以榕属植物斜叶榕和黄葛树出现的频率最高；在>10m深度有7个树种，最深根有两种植物达到29米。（2）岩溶区的常绿树种的SLA显著低于落叶树种，但乔木和灌木的SLA却没有显著差异，落叶植物叶子寿命比较短，需要较高的SLA以获得较高的光能量捕获能力。(3)岩溶区植物的Ca、Mg含量高，其他元素则相对较低，植物高Ca、 Mg不利于凋落物的分解。植被演潜能促进Al、Ca、Mn、Na等元素从地质环境中得到生物活化。(4)从湿季到干季岩溶区青冈栎的水分来源从土壤表层逐渐向土壤深层过渡，但对地下水的利用最大不超过20%；根据氢氧同位素时空变化格局，我们推断岩溶区可能存在植物根系提水使地下水补充土壤水的现象。（5）温度和湿度对土壤CO2含量和呼吸排放影响明显，27℃是土壤呼吸的拐点；生物作用促进了岩溶动力系统过程。良好植被生态系统，深层中植物根系-微生物呼吸释放CO2参与表层岩溶动力系统过程，而地表中，植物-土壤系统大气释放CO2较低。退化植被系统，深层中岩溶动力系统的生物驱动力分量减弱；而地表因为温度非常高，加速了土壤有机质分解和CO2的排放。（6）在干旱条件下，接种菌根真菌显著提高植株高度、基径、总生物量和叶面积，也增加植株中P和K的含量，因此恢复菌根真菌对岩溶区植物生长和生态恢复具有重要意义。