干旱区多年生植物细根寿命对增加夏季降水和氮沉降的响应

The study of root system process is currently a hot topic and a difficult point in plant ecology. As an important function unit in root system, fine root plays quite an important role in the cycling of carbon and nutrient in global ecosystem. But the knowlege on the basic function of root system and other aspects, such as growth, death and metabolic is very limited, especially in the context of global climate change. The project choose the comprehensive testing ground in Cele National Field Research Station in Xinjiang as research base, under the conditions of increased summer precipitation and nitrogen deposition, 12 kinds of perennials as research object. We use large rhizotrons to verify the basic pattern of fine root life span of plant 12 species, including 4 arbors, 4 shrubs, and 4 herbs, through the comparsion of life span at different soil depth in the variation of different species to define the basic pattern of fine root life span in the 12 species. By exploring the pattern of variation of the main functional characteristics of roots in arbors, shrubs, and herbs, the conservation and variation pattern of plant on different stages of evaluation, and finally to quantify the impact of inreased summer precipitation and nitrogen deposition on the fine root life span and to complement AEM model and provide quantitative analysis tools for the study of arid zone under climate change background.

根系生态学过程是植物生态学研究的热点和难点。细根作为根系中快速周转的功能单元，在全球生态系统碳氮循环中占有极其重要的地位。但目前对于细根生长、死亡的了解十分有限，尤其缺乏细根寿命对气候变化响应的研究。本项目拟通过增加夏季降水和氮沉降的控制试验，依托新疆策勒站的长期根系生态学试验场，采用自行研制的大型根窗法，研究干旱区三种功能群12种多年生植物的出生时间、死亡时间；明确细根寿命在物种和功能群尺度上的变异格局；阐明增加夏季降水和氮沉降对细根的出生季节、出生高峰、死亡季节、死亡高峰、分布深度的交互作用；进而揭示细根寿命与功能群、物种、降水、氮沉降、分布深度、出生季节之间的相关关系，确定影响细根寿命的主要因子；建立细根寿命与增加夏季降水和氮沉降的关联模型，预测并量化增加夏季降水和氮沉降对细根寿命的影响，完善AEM模型缺乏的寿命数据，为干旱区气候变化背景下的根系生态学过程研究提供定量化分析工具。

干旱地区占据了地表面积的40%，占世界土壤有机碳总量的27%，在全球碳循环中起着不可或缺的作用。中亚地区的年均降水量和极端降水事件，每十年就会上升1-2%，氮沉降量在20年内增加了33%。降水和氮沉降的增加势必会影响当地脆弱的生态系统。细根是吸收水分和养分的主要器官，能通过快速的周转向土壤系统输入大量有机碳，细根寿命的长短对生态系统碳和养分的循环有重要影响，然而由于土壤的不可透视，细根寿命是地下生态系统研究的重点和难点。因此，非常有必要在全球变化背景下研究干旱生态系统中细根寿命对增加降水和氮沉降的响应。本项目在增加夏季降水和氮沉降条件下，运用自行研制的大型根窗和最新的“短命根模块”理论，研究12种植物(4种多年生草本、4种灌木、4种乔木)细根的生长动态。. 结果表明：12种植物细根生长高峰出现在6月1日，8月1日之前是细根一年内快速生长的季节；秋季生长缓慢，10月16日以后停止生长，死亡高峰出现在夏、秋季节；降水增加使细根中值寿命延长，草本、灌木、乔木的细根中值寿命分别延长了6-7天、8-10天、8-22天；但是，氮添加降低了细根的中值寿命，草本、灌木、乔木细根的中值寿命降幅分别为6-7天、8-10天、9-25天；与对照相比，波动在0-20.2%之间，说明本研究的12个物种的细根寿命对夏季增加降水和氮沉降的处理并不敏感，反映了其对外界环境响应的保守性，也说明了这12个物种细根寿命年际间的稳定保守性；Pearson相关分析表明物种是影响细根寿命的主要因子。. 本研究探明了增加夏季降水和氮沉降对细根寿命的影响，建立细根寿命与增加夏季降水和氮沉降的关联模型，预测并量化了增加夏季降水和氮沉降对细根寿命的影响趋势；同时为提供多种功能群的寿命实测数据并补充到AEM模型，有助于精确计算气候变暖下细根的周转速率以及细根对碳汇的贡献，为干旱区陆地生态系统中的碳、氮循环奠定理论基础，为干旱区气候变化根系生态学过程研究提供定量化分析工具。