池杉形成膝根的生理机制及其功能研究

以典型的耐水树种池杉（Taxodium ascendens）为研究对象，采用野外调查和控制试验，深入研究池杉根系对淹水缺氧环境的适应机制；重点分析不同发育阶段膝根中的ACC合成酶活力、ACC含量、ACC氧化酶活力、乙烯生成速率，以及ABA、IAA、GA等内源激素含量；同时采用外源ACC和乙烯利对根系进行人工处理，以探明池杉形成膝根的生理机制。动态监测膝根的呼吸速率及其对地下根系和根际环境所产生的乙烯、甲烷、乙醛、硫化氢、一氧化二氮等气体的排放规律；掌握膝根的形成对池杉胸径、树高、材积生长的促进作用以及对地下根系的分布、活力的影响和对池杉树体养分吸收、积累和分配的影响，探明膝根的生理生态功能。调查和分析池杉形成膝根的外部环境条件和膝根的解剖学结构以及通气性能。通过研究为掌握树木在低湿地条件下的适应机制奠定基础，为池杉湿地林的合理经营提供参考。

近年来随着全球气候变化，洪涝灾害明显增多，土壤涝渍现象趋于严重。土壤水分过多会对许多植物造成危害，而耐淹植物则能形成一定的适应机制。通过一系列的形态变化和生理生化反应，来忍耐和改善淹水环境所造成的损害。根系对淹水环境的响应是树木对水涝适应的重要标志。.池杉（Taxodium ascendens）属于典型的耐淹树种，在低湿地条件下可形成特殊根系―膝根（knee root）。为了揭示池杉形成膝根的外在因素和生理基础，本项目以江苏省江都市昭关林场的池杉人工林为研究对象，分析了土壤淹水状况与池杉膝根数量、个体大小的关系。同时测定了池杉地下根和不同发育阶段膝根的ACC合成酶活力、ACC含量、ACC氧化酶活力、乙烯生成速率，以及生长素（IAA）含量，以了解池杉形成膝根的生理因素。结果表明膝根的形成受地下水位的影响，高水位（年均淹水3个月以上）及低水位（全年基本不淹水）的立地条件下，池杉形成的膝根较少，且较小；而中水位立地条件下（年均淹水1～2个月）的池杉易形成较多、较大的膝根。研究表明，池杉膝根的形成与乙烯、ACC和IAA含量有关。.研究还表明，林木地下和地上生物量均呈现出明显的高水位<中水位<低水位的趋势，但是地下/地上生物量的比值却呈相反趋势，表明池杉耐水性虽然很强，长期处于较高水位时生长会明显受抑，尤其是地上生物量生长受抑更显著。高、中和低水位池杉的地径/胸径之比分别是2.66、2.08和1.75，说明水位较高的环境能促进树干基部的相对粗生长。长期淹水导致地下根的容重降低，但是膝根的容重却明显大于地下根。膝根的呼吸具有明显的季节差异，5月膝根呼吸速率为0.31～1.245μmol/m2s，10月为0.09～0.32μmol/m2s，膝根呼吸强弱与温度以及土壤含水量有关。膝根吸收氧气的摩尔数是释放二氧化碳摩尔数的4.6倍，说明膝根吸收的氧气除了供自身呼吸，大部分是提供给地下根利用。池杉之所以具有较强的耐水性，与其在缺氧环境中能形成膝根、树干基部膨大、根系容重降低和内部空隙增多等有利于改善根系通气条件的生态适应机制密切相关。