黄河三角洲芦苇根系结构和功能特征对水盐异质性的响应及适应机制

The function of plant roots are unique for plant growth and the developing of ecosystem function. The spatial distribution and dynamic changes of the roots have complicated relationships with the soil environment. Estuarine wetland is affected by oceans, land and rivers, the wetland habitat have special water and salt heterogeneity because of the strong water and salt exchange process, which is one of the most important factors affecting the structure and function of wetland vegetation. This project aims at the spatial and temporal distribution characteristics of the water and salt in the coastal wetland of the Yellow River Delta, the dominant plant - Phragmites australis will be used as the research object. With the combination of field control experiments and greenhouse simulation experiments, we are trying to answer the following three questions, (1) how about the root spatial distribution characteristics of P. australis under different water and salt gradients? (2) What are the dynamic characteristics of root growth of P. australis under natural water and salt fluctuation? (3) Adaptation mechanism of root structure and functional properties of P. australis to water and salt heterogeneity. The results can provide scientific theoretical basis for hydrological management, salinity control and vegetation restoration under the complex condition of water and salt interaction of coastal wetlands.

植物根系对于个体生长和生态系统功能运转均发挥着无可替代的作用，其空间分布与动态变化与土壤环境有着极其复杂的关系。河口湿地因受海洋、陆地和河流等多重影响，强烈的水盐交换过程使其生境具有特殊的水盐异质性，而这种异质性环境是影响湿地植被结构和功能的最主要因素之一。本项目针对黄河三角洲滨海湿地区域性水盐时空分布特点，以优势植物——芦苇为研究对象，通过野外原位控制实验+温室模拟实验相结合的方式，（1）明确不同水盐梯度下芦苇根系结构空间分布特征差异；（2）揭示不同生境类型芦苇在自然水盐波动条件下根系生长动态特征；（3）阐明芦苇根系结构和功能特征对水盐异质性的适应机制。研究结果可以为滨海湿地复杂水盐格局条件下的水文管理、盐分调控和植被恢复提供科学的理论依据。

黄河三角洲滨海湿地由于受到河流、海洋陆地的多重影响，强烈的水盐交换过程使其生境具有水盐异质性，显著影响湿地植被的结构和功能。芦苇作为黄河三角洲滨海湿地第一大优势植物，具有分布面积广，水盐耐受范围高等特点，同时，对于水盐异质性生境具有独特的适应机制。本项目通过面上调查及温室模拟实验相结合的方式，探究了芦苇在不同水盐异质性生境下的生理生态适应机制。结果表明：（1）野外条件下，异质性水盐生境显著影响着芦苇根系结构空间分配，潮水生境芦苇的地下生物量（根状茎和须根）分配比例更大，根状茎主要分布在20-30cm土层，且芦苇的主根部位的Na+含量大于淡水生境芦苇，但K+的积累量淡水区芦苇含量较高。（2）解剖结果表明潮水生境芦苇须根外皮层较薄，排列疏松，易形成通气组织；淡水区芦苇须根中外皮层较厚，细胞排列较为规则，内皮层细胞紧密，可耐受季节性干旱。（3）稳定同位素动态监测结果显示不同生境下芦苇对水分利用来源具有季节性差异，潮水生境芦苇在雨季可利用地下水、潮沟水及表层土壤水，旱季则主要利用深层土壤水；内陆微咸水生境芦苇在雨季以利用表层土壤水为主，旱季则主要利用中层（20-40cm土层）土壤水。（4）探究了水盐异质性对芦苇功能性状的影响。同质盐分处理下，2%盐分处理显著抑制了芦苇种群的株高、地上、地下生物量及光合作用；异质性盐分处理下，芦苇能够通过克隆整合作用提高各项生长发育指标（株高、净光合速率、胞间CO2浓度、茎中Na+离子含量等）；表明芦苇能够改变生长、生物量、光合及离子等生理生态性状来适应不同盐分环境，克隆整合是芦苇在异质性生境下长期生存的适应机制之一。通过上述研究，我们阐明了芦苇根系结构和功能特征对黄河三角洲水盐异质性的响应及适应机制，以上结论也可为退化芦苇湿地修复及芦苇湿地科学化水文管理提供科学的理论依据。