典型克隆植物根系分工、合作与补偿效应及其动态和机制研究

植物根系在植物个体和生态系统功能运转中发挥着重要而无可替代的作用。但迄今为止，人类对于植物根系却知之甚少，有关克隆植物根系的研究更属稀缺。克隆植物具有以克隆整合为核心的生态特殊性，迄今有关这一特性的研究多是针对其地上部分展开的，对于根系的研究极少。根系对于克隆植物生态特殊性的独特贡献应当成为克隆植物生态学研究的新焦点。克隆植株内多个分株根系所构成的多个资源摄取位点, 势必对克隆植物生态特殊性的形成起至关重要的作用。本项目以4-6种典型克隆植物为对象，通过一系列实验研究，对处于不同生境资源条件下及胁迫条件下的不同生长发育阶段的单个分株根系内部及各分株根系之间的分工、协作与补偿效应及其动态和机制，从多个方面进行综合、深入的研究，并将根系构型和功能与地上部分的行为表现相联系，从而为深入理解克隆植物的特殊生态行为和功能过程提供全面的科学依据，同时也可以为克隆植物的经营实践提供指导和建议

研究发现结缕草植株复合节上各个组成部分之间的相关关系与克隆植株形态可塑性细微特征格局的形成密切相关；不同环境条件下分株间存在水分和碳素生理整合及分工与合作效应，发现18O和13C在克隆植株初级和二级匍匐茎内各构件组分系列中均表现出双向传输趋势，但更倾向于向顶传输，A分株叶系列18O和13C丰度均明显高于B分株叶系列；在资源互补型异质生境内存在功能分工效应；两种生境条件下结缕草克隆植株不同级别匍匐茎上复合节各部位根系间差异明显；异质性生境内两资源-两斑块处理对植株生理特征和形态可塑性影响以及对斑块分株间分工合作关系产生影响；互花米草与芦苇天然混生区内人工去除互花米草相邻植株地上部分但保留根系和根状茎连结对互花米草生长和入侵趋势产生影响；芦苇与互花米草植株各部分NSC含量时空动态对分株间分工合作关系和种间关系产生影响，芦苇根状茎不同生长发育时期NSC含量变化明显，湿地植物芦苇和互花米草N、P 化学计量学特征对种间关系产生影响；均质和异质生境内光资源强度和格局变化对结缕草植株克隆生长和形态可塑性特征产生影响，结缕草形态可塑性对生境土壤养分水平和斑块格局具有生态响应；土壤养分水平和邻接植株身份差异对三种克隆植物根系构型及生物量分配产生影响，在结缕草同一克隆分株间根系彼此隔离情况下生境内不同资源梯度水平和次序对克隆植株整体生长产生影响；不同养分水平条件下结缕草分株间的根系合作规模和程度对克隆生长产生影响：在营养丰富生境分株生根比例变化对结缕草克隆植株的总体生长无显著影响，而在贫瘠生境内则有显著影响；生根比例会影响结缕草在不同生境的生物量投资，造成生物量分配格局的显著变化，低生根比例会提高结缕草对匍匐茎的生物量投资；分析了基于土壤氮磷比的均质和异质生境内，在同一克隆的分株间根系彼此隔离情况下，结缕草生理整合的生长代价和收益，发现克隆整合在不同切断处理间存在不同程度的生长代价与收益，长期而完整的克隆整合使一级A分株、复合节和匍匐茎的生长显著受益，而一级B分株、二级A、B分枝和母株生长则出现明显的损耗。作为克隆植物的对照，以谷子为材料，研究其生长表现与亲缘识别能力及其与种植密度和土壤养分水平的关系，发现在根系隔离的情况下，谷子能够识别亲缘邻株，且较低种植密度和较高土壤养分水平有利于该能力的表达。