旱生灌木叶片与细根功能性状关联及其对干旱胁迫的响应

Increased frequencies of drought events have a notable effect on terrestrial ecosystem, especially given the current background of global climate change. Trade-offs among leaf and fine root traits reveal plant functional strategies that can give insight into ecosystem processes. However, current identification of plant strategies lacks the integration of leaf and fine root functional traits. This proposal raises a fundamental subject of study for the integrate understanding of plant functional strategies under drought stress. Four xerophytic shrub species representing different biological features would be chosen from the arid valley in the Hengduan mountains. We would conduct a controlled experiment using the seedlings of these species as materials. Plants would be subjected to the interaction treatments of four levels of water supplies (80, 60, 40 and 20% of water hold capacity, WHC) and arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis (AM-infect and AM-free) in a greenhouse. We would examine growth dynamics, carbon stocks, water relations, anatomical and cellular structures, and resource-use efficiency representing leaf and fine root functional traits, and analyse their relationships. Our objectives are to test (1) to what extent are the relationships between leaf and fine root dynamics, lifespan and carbon stock under different water supplies? (2) How does arbuscular mycorrhizas influences the relationships between leaf water relations and fine root hydraulic conductance under drought stress? (3) How are the structural traits of root vascular system correlate to the branching orders and anatomical traits of veins? (4) How does species affect the relationships among leaf and fine root functioal traits? The results of this study would offer a central evidence of the responses of dry ecosystem to climate change and their feedbacks to climate, and provide an insight into the ecological conservation of the arid regions.

全球气候变化背景下，干旱化对陆地生态系统影响深刻，而植物应对干旱环境的地上、地下功能策略知之甚少。叶片与细根重要功能器官性状的关联能够全面解释植物干旱适应性，但目前关联程度与机理认识不清。本研究选择干旱河谷不同生物学特征的4种旱生灌木，进行干旱胁迫及菌根真菌侵染控制试验，重点从生长动态、水分生理、维管束结构、菌根生长、资源利用效率等方面揭示叶片与细根功能性状关联在不同干旱胁迫下、不同物种间以及不同发育阶段的差异及其内在机制，以阐明干旱胁迫下，1）叶片与细根生长动态、碳固定、资源利用的关联程度及变化机理；2）菌根对养分吸收的影响，对水分吸收、传输的生物调节机制；3）叶片与细根水分吸收-传输-利用功能关联的结构基础；4）不同物种叶片与细根功能性状关联的差异及机理。上述研究为解决干旱胁迫下植物功能策略及生态系统地上、地下功能整合研究领域的关键科学问题提供证据，为干旱生态系统保育奠定理论基础。

叶片与细根重要功能器官性状的关联能够全面解释植物干旱适应性，但目前关联程度与机理认识不清。本研究选择干旱河谷不同生物学特征的旱生灌木，重点从生长动态、水分生理、维管束结构、菌根生长、资源利用效率等方面揭示叶片与细根功能性状关联在不同干旱胁迫下、不同物种间以及不同发育阶段的差异及其内在机制，1）叶片与细根生长动态、碳固定、资源利用的关联程度及变化机理；2）叶片与细根水分吸收-传输-利用功能关联的结构基础；3）不同物种叶片与细根功能性状关联的差异及机理；4）叶片寿命与植物碳投入之间的关系；5）建立了叶片经济谱。结果如下：.在20% FC，幼苗未因干旱胁迫而死亡，但是部分个体已经丧失了结瘤固氮能力；80% FC适宜于幼苗生长。在土壤水分亏缺时根茎比（R/S）增加。干旱胁迫下R/S的增加有利于植物保持体内水分平衡，是植物对干旱环境的一种适应机制。白刺花的根茎比明显小于其它两个物种，相反，其叶片面积最小，说明白刺花具有较强耐贫瘠能力。虽然白刺花的生长较为缓慢，采用干旱忍受机制，能够在严重水短缺环境中定居和生长。而小马鞍羊蹄甲和小雀花（尤其是小雀花），虽然该物种在水分充足的环境中快速生长，适应于较为湿润的环境中生长，是一种干旱避免机制。.旱生植物的叶片寿命长短主要决定于冠层叶片生长期长度，而与叶片凋落期长度无明显相关性；冠层叶片生长和繁殖器官生长在空间和时间尺度上存在功能权衡，主要表现在叶寿命与盛花期呈负相关关系，而与繁殖期总长度正相关；叶寿命与植物体不同器官碳投出呈正相关关系。尽管植物地上部分与根系大小正相关，但是叶片与细根在资源利用效率方面呈负相关。证明植物地下、地上大小相匹配的，但是地下、地上器官资源获取策略不相关，主要是由于地上、地下资源获取的途径完全不同。上述研究为解决干旱胁迫下植物功能策略及生态系统地上、地下功能整合研究领域的关键科学问题提供证据，为干旱生态系统保育奠定理论基础。