内蒙古典型草原退化过程中根系分泌物特征及其影响机制

The characteristics of root exudates and their influencing mechanisms in terrestrial ecosystems are largely unknown. Therefore, we will study the characteristics of root exudates and their influencing mechanisms in the degradative process of typical grassland in Inner Mongolia. More specifically, the techniques of the in situ method measuring root exudates, phospholipid fatty acids (PLFAs) method, soil coring approach, etc. will be used to study the components and contents of root exudates, rate and amount of root exudates, and contribution rate of amount of root exudates to input of soil organic carbon in the four grassland types of Stipa grandis P. Smirn., S. grandis P. Smirn.+ S. krylovii Roshev.+ Artemisia frigida Willd. Sp. Pl., A. frigida Willd. Sp. Pl.+ Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng, and Potentilla acaulis L.. Additionally, we will also discuss the interactions between the biological and environmental factors, such as the structure and function of soil microbial organism, soil organic carbon content, root biomass, production and mortality, litterfall mass, soil temperature and water content, etc., and the components and contents of root exudates, rate and amount of root exudates, and contribution rate of amount of root exudates to input of soil organic carbon. Thus, we will illustrate the predominant factors affecting the root exudates, and finally reveal the characteristics of root exudates and their influencing mechanisms in the degradative process of typical grassland in Inner Mongolia. Through above researches, we hope to provide sound knowledge for predicting soil organic carbon cycling in the degradative process of typical grassland in Inner Mongolia.

本项目拟以大针茅，大针茅+克氏针茅+冷蒿，冷蒿+糙隐子草，星毛委陵菜4种内蒙古典型草原不同退化阶段的草原类型为研究对象，利用原位根系分泌物收集法、磷脂脂肪酸法、根钻蕊法等技术，比较研究这4种草原类型根系分泌物成分和含量、根系分泌速率和分泌物量、以及根系分泌物量对土壤有机碳输入量的贡献率，探讨土壤微生物结构和功能，土壤有机碳含量，根系生物量、生产量和死亡量，凋落物量，土壤温度和含水量等生物环境因素与根系分泌物成分和含量、根系分泌速率和分泌物量、以及根系分泌物量对土壤有机碳输入量的贡献率之间的相互关系，阐明内蒙古典型草原退化过程中影响根系分泌物的主导因素，进而揭示内蒙古典型草原退化过程中根系分泌物特征及其影响机制，为准确预测内蒙古典型草原退化过程中土壤有机碳循环提供科学依据。

根系分泌物是指植物在生长发育过程中根系不同部位释放到根际环境的多种物质。由于根系分泌物具有浓度低、周转快等特点，且因研究技术手段的限制，导致很难准确测量根系分泌物量，使过去大多数关于量化土壤有机碳输入研究都忽略了根系分泌物的贡献。草原生态系统是陆地生态系统中的重要组成部分，由于长期过度放牧，造成草原退化日渐严重并伴随物种组成发生变化，阐明草原退化过程中不同物种根系分泌物变化及对土壤有机碳输入的贡献对理解草原生态系统碳循环具有重要意义。本项目以内蒙古温带典型草原为对象，重点探讨：（1）草原退化如何影响不同物种根系分泌速率？（2）与退化过程中的凋落物和根系周转相比，根系分泌物在多大程度上促进了土壤碳的输入？（3）退化草原如何影响土壤微生物结构与功能？（4）草原退化过程中影响根系分泌物速率的主导因素是什么？研究表明，草原退化提高了内蒙古温带典型草原不同物种根系分泌速率及平均根系分泌物速率。尽管草原退化导致根系分泌速率有所提高，但造成根系生物量显著减少，使退化草原显著降低了根系分泌物量。同时，草原退化减少了凋落物和根系周转对土壤有机碳输入的贡献率，相反增加了根系分泌物对土壤有机碳输入的贡献率。草原退化显著降低了土壤细菌的多样性，但对真菌多样性影响不大。同时，土壤细菌群落对草原退化的响应比真菌群落更敏感。根系分泌速率与土壤pH、土壤容重、土壤碳氮比、土壤含水量呈正相关，与土壤微生物量碳和氮、土壤黏土含量、土壤有机碳、土壤总氮、土壤总磷、根系生物量和地上生物量呈负相关，反映出草原退化过程中根系分泌速率的提高可能与长期过度放牧导致物种组成和土壤养分状况的变化密切相关。本项目阐明了内蒙古典型草原退化过程中影响根系分泌物的主导因素，揭示出内蒙古典型草原退化过程中根系分泌物特征及其影响机制，为准确预测内蒙古典型草原退化过程中土壤有机碳循环提供科学依据。