氣候變化和落葉相互作用對(duì)北溫帶草原根生長(zhǎng)的影響

文獻(xiàn)摘要：

1、利用在三個(gè)北溫帶草地上進(jìn)行的多因素試驗(yàn)的第三年數(shù)據(jù)，研究了降水、氣溫和落葉強(qiáng)度的變化對(duì)根長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和地上生物量的影響。

2、發(fā)現(xiàn)根長(zhǎng)對(duì)環(huán)境和管理?xiàng)l件的變化比根生物量更敏感，說(shuō)明根長(zhǎng)是根系快速變化的重要指標(biāo)。在所有站點(diǎn)中，增溫、降水變化和落葉強(qiáng)度相互作用影響根系長(zhǎng)度，而地上生物量只受落葉強(qiáng)度的影響，表明當(dāng)條件變化時(shí)根系比地上生物量響應(yīng)更強(qiáng)�？偟膩�(lái)說(shuō)，干旱減少了根的長(zhǎng)度，特別是在低落葉強(qiáng)度下，以及在增溫和嚴(yán)重落葉的結(jié)合下，突出了這種環(huán)境脅迫的疊加效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。在未修剪小區(qū)，地上生物量與總根長(zhǎng)呈正相關(guān)，總根長(zhǎng)進(jìn)一步與降水交互作用，從而影響地上生物量。與落葉群落相比，未落葉的植物群落在干旱條件下通過(guò)根系效率的提高(每單位投入根長(zhǎng)產(chǎn)生的地上生物量)表現(xiàn)出更強(qiáng)的維持地上生物量的能力。

3、結(jié)果突出了根長(zhǎng)在面對(duì)交互脅迫下的快速變化。我們認(rèn)為，地上生物量的穩(wěn)定程度是由改變的根系動(dòng)態(tài)或物種周轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的。未來(lái)的研究有必要更直接地評(píng)估氣候變化下的根長(zhǎng)響應(yīng)如何影響草原中其他重要的植物性狀。

文獻(xiàn)監(jiān)測(cè)方案:

在三個(gè)地點(diǎn)連續(xù)三個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)進(jìn)行了模擬放牧強(qiáng)度的完全隨機(jī)因子試驗(yàn)，模擬溫度(控制和增溫)、降水(環(huán)境降水和減少降水)和落葉強(qiáng)度(無(wú)、低和高)。

使用直徑為2m的玻璃纖維開(kāi)頂室 (OTCs) 實(shí)現(xiàn)增溫，使白天平均氣溫增加1-3°C。避雨棚用于控制降雨處理、減少和增加。每年仲夏，通過(guò)將植株割至7厘米(低強(qiáng)度)或3厘米(高強(qiáng)度)的留茬高度來(lái)達(dá)到落葉強(qiáng)度，對(duì)照地塊不修剪。

綜上所述，增溫處理顯著提高了三個(gè)站點(diǎn)的土壤溫度，降水減少顯著降低了土壤濕度。

1、 地上、地下生物量測(cè)量  

在每個(gè)小區(qū)內(nèi)，通過(guò)手工修剪地面收獲地上植被。收集2個(gè)土芯(直徑5cm×20cm深)，通過(guò)篩分、洗滌根，在65°C下干燥72小時(shí)并稱(chēng)重。

2、根長(zhǎng)變化

使用微根管來(lái)估算根的長(zhǎng)度。

圖像分為2個(gè)深度(0-20和20-40厘米)，并使用WinRHIZO TRON根系軟件進(jìn)行分析。測(cè)量了根長(zhǎng)和直徑。在本研究中，用微型根管觀察到的95%以上根長(zhǎng)直徑小于0.5 mm。

主要研究結(jié)果：

研究認(rèn)為增溫、降水變化和落葉強(qiáng)度交互影響根長(zhǎng)，而地上生物量相對(duì)穩(wěn)定。 根長(zhǎng)是根系快速響應(yīng)環(huán)境和管理?xiàng)l件變化的重要指標(biāo)。為了充分理解全球變化對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜影響，最好從根系和嫩枝兩方面研究植被對(duì)全球變化因子的響應(yīng)。
 

圖1：Effects of warming (control and warmed), precipitation (ambient and reduced) and defoliation (no defoliation, N; low intensity, L; high intensity, H) on above-ground biomass and root biomass (above and below the 0 mark on the y-axis, respectively, in the same panel) for Alberta, Saskatchewan and Manitoba。
 

圖2：Above-ground biomass as a function of total root length and select environmental factors across all no defoliation plots.

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本文研究模擬增溫、降雨變化和落葉強(qiáng)度變化多因素交互作用對(duì)根生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和地上生物量的綜合影響。OTCs是目前增溫實(shí)驗(yàn)中比較常見(jiàn)的設(shè)備，可以調(diào)節(jié)環(huán)境溫度和土壤溫度，降雨的控制實(shí)際上改變的是土壤含水量，所以本實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是研究的土壤溫度升高和含水量降低對(duì)植物根系生長(zhǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)根長(zhǎng)對(duì)溫度升高和含水量變化比地上生物量敏感，所以根系也是我們研究環(huán)境脅迫的一個(gè)重要對(duì)象。
 

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兩種模式相結(jié)合大大提高了對(duì)根系生物量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)可以測(cè)量根長(zhǎng)度、根直徑、根面積、根總長(zhǎng)、根總面積、根平均直徑、根數(shù)量，統(tǒng)計(jì)根系生物量、細(xì)根壽命、細(xì)根周轉(zhuǎn)率等。

AZR-300復(fù)合根系生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其拍攝的根毛