洪水漫溢对塔河胡杨幼苗根系形态结构与功能的影响研究

胡杨生长发育与河流的关系是中亚荒漠河岸林生态水文学研究的重要内容之一，而胡杨根系的形态结构与功能特征及其对洪水漫溢的响应机制研究又是其中的难点。本项目以塔河干流胡杨根系为研究对象，通过胡杨根系的形态结构、吸水特性与生物量分配等特征的研究，定量辨识胡杨根系几何形状、生长发育的特征参数与土壤水-地下水的互动关系，构建胡杨根系的功能-结构模型，定量化描述根系的形态结构与生物量分配过程，利用人工培育试验，量化模型的发育参数以及生物量分配参数，进而研究不同径流情景下胡杨根系的形态结构、根系吸水深度以及生物量分配过程的变化，阐明胡杨根系生长的水分阈值，探讨胡杨生长发育对洪水漫溢的响应机理，完善荒漠生态水文学理论，为内陆河流域荒漠河岸林的生态安全与水资源优化管理提供科学依据。

研究了胡杨根系形态结构特征及其与地下水-土壤水的互馈关系，构建了胡杨根系的功能-结构模型，量化了根系的形态结构与生物量分配过程，阐明了胡杨根系生长的水分阈值及其对洪水漫溢的响应机理，完善了荒漠生态水文学理论。主要成果为：.（1）初步探明了胡杨幼苗根系形态结构与功能对洪水漫溢、人工灌溉下水文过程变化的响应与适应机制。胡杨幼苗的根冠比均呈近似于“N”，即增加-减小-增加的趋势，且根系生物量与地下水埋深呈正比关系。.（2）胡杨横走侧根的初生木质部为三原型或四原型，周皮的栓内层较发达，由6-8层薄壁细胞组成。横走侧根上不定芽具有同步或非同步发生的时间特征，同时具有单点或多点发生的空间特征。胡杨横走侧根在自然生态环境下形成不定芽的时空特征是对异质性生境资源空间分布的响应。.（3）阐明了地下水埋深和基质对胡杨幼苗根系拓扑结构的影响。相同地下水埋深下，胡杨幼苗根系在不同基质间的修正拓扑指数qb存在显著性差异；粘土基质下，胡杨幼苗根系修正指数拓扑指数qa呈现出洪水<30cm<50cm<70cm；粘沙土基质条件下，随着地下水埋深的增加，胡杨幼苗根系修正拓扑指数qa呈现出洪水>30cm>50cm>70cm。胡杨幼苗根系对洪水漫溢的响应表现为具有较大的总根长、根系表面积和一级根夹角。.（4）解释了胡杨幼苗根系形态可塑性和生物量分配符合最优分配理论。幼苗通过产生不定根和压缩根系生物量分配比例（粘土基质：31.43%；粘沙土基质：26.28%）等适应机制，增加胡杨幼苗在洪水生境中的抗逆性。胡杨幼苗通过增加总根长和提高根系生物量分配比例的方式来响应较深的地下水埋深。幼苗根系在地下水埋深较浅的粘土中具有较多一级根，而在较深粘沙土中幼苗具有较长的主根。.（5）随着地下水位的下降，能量优先分配给胡杨根生长，根的生长速率可到达2.5mm/day，饱和处理下胡杨幼苗的根冠比较小，在永久饱和条件下胡杨幼苗根相对于地上部分积累了较小的生物量（根冠比<1）。. 通过4年的研究，圆满完成全部研究目标。完成论文13 篇，其中9篇为SCI文章。获批专利4项，获省进步一等奖1项、二等奖1项。共培养10名研究生，在站博士后2名，出站博士后1名，合作培养德国博士生3名。培养40岁以下青年学科带头人3名，40-50岁2名；组织召开国际会议7次，参加人数达360人。依托该项目获批中德国合作SuMaRiO项目，经费740万。