克隆整合与丛枝菌根真菌对根茎禾草芦苇拓殖流动沙丘过程的调控机制

The population colonization of rhizomatous clonal plants plays a key role in the vegetation restoration and reconstruction in sand dunes. Clonal integration redistributes the plant’s internal resources, while the Arbuscular mycorrhiza fungi (AMF) reallocate the external resources, both of which are important to the population colonizing process. However, previous researches just considered the effect of single factor on colonizing process, the effect of clonal integration, AMF and the interaction between them on population colonizing process is still lacking. In view of this, Phragmites communis, the typical sand binder in Horqin desert, is selected as the research object. By combining field investigation, monitoring, controlled experiment, isotope tracing and molecular biology analysis, this study is aimed at revealing the water/nutrient transfer process of Phragmites communis with the help of the belowground rhizome system and hyphae network, and analyzing the relative contribution and interaction of them in regulating the population colonizing process. Combining the environmental factors such as soil, water and temperature, this study can help to clarify the regulatory mechanism of the rhizomatous grass in colonizing to the sand dune, refine the theory of rhizomatous clonal plants spatial extension, and provide reference for degraded ecosystem restoration and reconstruction.

根茎型禾草种群拓殖在沙区植被恢复与重建中发挥重要作用。克隆整合是对植物拓殖过程内部资源的重新分配，而丛枝菌根真菌则是将外部资源进行调配，两者均对植物种群拓殖过程具有重要的生态功能。然而，以往研究往往考虑单一因素的作用，克隆整合与丛枝菌根真菌及二者相互作用对根茎禾草种群拓展过程的影响和机制尚缺乏系统研究，对克隆禾草种群拓殖所体现的适应对策认知不足。鉴于此，本项目以科尔沁沙地典型固沙植物芦苇（Phragmites communis）为研究对象，借助植株自身形态属性及同位素示踪等指标予以衡量，揭示芦苇拓殖过程分株借助地下根茎系统及菌丝网络进行水分/养分传递的过程，解析两者在调控克隆植物拓殖过程中的相对贡献及相互作用，进一步结合定位监测的土壤、水分及优势菌种等环境因子，阐明根茎型禾草拓殖沙丘体的调控机制，有助于深化根茎型克隆植物空间扩展理论，为退化生态系统修复与重建提供借鉴。

根茎型克隆植物种群拓殖在沙区植被恢复与重建中发挥重要作用。克隆整合与丛枝菌根真菌均对植物种群拓殖过程具有重要的生态功能。然而，克隆整合与丛枝菌根真菌对沙区根茎克隆植物拓展过程的影响和机制尚缺乏系统研究，对克隆禾草种群拓殖所体现的适应对策认知不足。鉴于此，本项目以科尔沁沙地典型固沙草本芦苇（Phragmites communis）和不同演替阶段沙生灌木(乌丹蒿Artemisia wudanica,山竹子 Hedysarum fruticosum, 柠条Caragana intermedia)为研究对象，探讨菌剂对不同演替阶段沙生克隆植物的调控作用，并揭示菌剂添加和克隆整合对芦苇拓殖过程的调控机制及相对贡献。.结果显示：（1）相同水分状况下，演替后期植物与菌根的共生能力>演替前期植物>演替中期植物；（2）干旱胁迫下，丛枝菌根真菌通过提高沙生灌木的光合能力、资源传输能力、资源吸收能力和生物量，提高沙生灌木的干旱适应性。随干旱胁迫程度增加，丛枝菌根真菌对沙生灌木干旱适应性的影响增强；丛枝菌根真菌对演替后期植物的促进效果更强；（3）丛枝菌根真菌还能改变沙生灌木的生物量分配，缩小植物地上-地下部生长差异。其中，丛枝菌根真菌对演替前、中期植物的地上部生长的促进作用大于地下部，对演替后期植物地下部生长的促进作用大于地上部；（4）菌剂添加可显著提高地上分株数、地上生物量、根生物量；（5）克隆整合对地上株高根数、间隔子数量影响更显著，显著提高地下根茎生物量和总生物量。二者协同促进株高，地上分株数；（6）水分异质时克隆整合作用大于菌根，克隆整合将更多水分传输到分株中，水分同质时，供体室保存更多水分，单处理传输能力较弱，但菌根和克隆整合交互作用可增加根茎禾草传输能力，可将更多养分、水分传输给受体室。阐明根茎型克隆植物拓殖沙丘体的调控机制，有助于深化根茎型克隆植物空间扩展理论，为退化生态系统修复与重建提供借鉴。