芦苇根际效应对松嫩平原西部盐碱沼泽干湿交替条件的响应

Rhizosphere effects mean that, the change of rhizosphere condition promote plant roots forming adaptive response to poor environments of outside. Our previous research results had revealed that alternate drying-wetting could promote the Phragmites australis growth and improve the chemical quality of saline-alkaline soil. But the influencing mechanisms are still not clear. Therefore, field experiments and independent simulation experiments of Phragmites australis and saline-alkaline soil are used to analyze the components and contents of roots exudate; investigate morphological characteristics, clone reproduction, photosynthetic physiology and metabolic physiology of Phragmites australis; compare physical-chemical-biological characteristics of rhizosphere and non-rhizosphere soil, by controlling drying, wetting and their alternate conditions. It will clear the responding feature and interrelation of rhizosphere effect, plants growth and saline-alkaline soil characteristics to alternate drying-wetting. The role and mechanism of roots exudate and rhizosphere effects on plant-soil responding to drying-wetting conditions will be distinguished. This research will clarify systematicaly union feedback and responding mechanisms of plant-soil-rhizosphere effects to alternate drying-wetting conditions. This study will provide scientific basis for restoration of saline-alkaline marsh ecosystem under global change.

根际效应是植物根际条件发生改变并使植物根系产生对外界不良环境的适应性反应，是植物适应逆境生长的调节方式之一。前期研究结果揭示干湿交替显著促进芦苇个体生长和改善盐碱土壤化学性状，但其影响机制尚不清楚。为此，本项目利用松嫩平原西部盐碱沼泽原位实验和芦苇-盐碱土壤独立培养模拟实验，通过人工控制干旱、淹水及干湿交替条件，分析芦苇根系分泌物组成和含量变化；调查芦苇形态、克隆繁殖、光合生理及代谢生理特征；对比根际与非根际土壤理化生物学性质，明晰根际效应、芦苇生长发育和盐碱土壤性质对干湿交替条件的各自响应特征及相互关系；剖析芦苇根际效应在植物-土壤响应干湿交替过程中的作用和机理，系统阐明芦苇-土壤-根际效应对干湿交替条件的联合反馈及响应机制。本项研究结果为全球变化背景下内陆盐碱沼泽生态系统的恢复提供科学依据。

本项目以松嫩平原西部盐碱芦苇沼泽为研究对象，利用原位实验和盆栽模拟实验，通过控制水位变化模拟干旱（土壤含水量15%）、淹水（20 cm水层）以及干湿交替（15%含水量与20 cm水层交替）条件，系统研究芦苇、盐碱土壤和根际变化。本项目（1）明晰了芦苇根系结构特征对干湿交替条件的响应规律，芦苇根系生长受水文变化影响最为敏感。芦苇的根系直径随着干-湿变化而呈现粗细波动性变化。干湿交替促进芦苇根系持续增长，但长期干旱和淹水都会导致部分根系死亡。（2）总结了芦苇生长发育及生理代谢、种群繁殖对干湿交替条件的响应规律，芦苇的个体和种群生长即符合季节动态又受水分条件变化影响。干湿交替可以代替长期淹水满足芦苇的水量需求，不影响芦苇光合作用，能保障芦苇生物量积累。糖与脯氨酸的变化与芦苇长期干旱下的耐旱及旱盐碱能力减弱有关。干旱处理下的根系和茎的糖含量随季节变化维持较高水平，表现了植物对干旱及其引起的盐碱胁迫的生理响应。随着环境水分减少，芦苇各器官含量季节动态变化幅度变小，此外，芦苇茎叶内的阳离子变化与有机物积累相关，与有机物共同起到渗透调节作用。分蘖苗和根茎芽是表征芦苇种群大小的两个重要无性繁殖指标。淹水处理下的根茎芽数量最高，但干湿交替处理的分蘖苗数量更高一些，两个指标均在干旱处理下最低。根茎芽和分蘖苗的季节动态变化属于芦苇种群正常的繁殖动态，与水分条件无关。（3）分析了芦苇根际效应在盐碱土壤性质改变中的作用，在没有植物作用条件下，干湿处理能显著降低土壤的含盐量，但对土壤微生物和养分影响不显著。干湿交替处理后2次排水中盐离子是长期淹水1次排水带量离子总量的2倍。种植芦苇后，水分变化对芦苇根际土壤影响较大，对非根际土壤影响较小，干湿交替仅降低了非根际土壤CO32-含量。淹水和干湿交替均能降低根际土壤的pH，增加有机质和钾元素，降低Na+、CO32-和HCO3-含量。（4）水文条件改变影响了芦苇根际环境和土壤理化条件。根际土壤中pH与分蘖和根系拓展能力呈正相关，但与光合能力呈负相关。有机质含量与分蘖苗呈显著正相关。含水率与植物光合能力呈正相关。