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温海瑞1, 何师万1, 刘文栩2, 李雅妮1, 王佩将1, 程建伟1, 李宗善3,4,5, 梁海斌1,3,4,5*
Hairui Wen1, Shiwan He1, Wenxu Liu2, Yani Li1, Peijiang Wang1, Jianwei Cheng1, Zongshan Li3,4,5, Haibin Liang1,3,4,5*
1 Institute of Geographical Science, Taiyuan Normal University, Jinzhong, Shanxi 030619, China
2 Institute of Loess Plateau, Shanxi University, TaiYuan, Shanxi 030032, China
3 State Key Laboratory of Regional and Urban Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
4 Shaanxi Yan'an Forest Ecosystem National Observation and Research Station, Beijing 100085, China
5 National Observation and Research Station of Earth Critical Zone on the Loess Plateau in Shaanxi, Xi'an 710061, China
摘要: 细根水力解剖特征深刻影响木本植物在干旱环境中的水分吸收、运输及群落演替稳定性。本研究以晋西北黄土丘陵区不同林龄(11、16、22、32、47、60 a)柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii, 俗名柠条)灌丛为研究对象,采用根序分级、石蜡切片和显微图像分析方法,测定1–5级细根木质部面积(Axyl)、导管密度(VD)、水力直径(Dh)、根比导水率(Khp)和导管面积与木质部面积之比(Aves/Axyl)等核心解剖参数,并结合双因素方差分析、主成分分析和结构方程模型,探讨林龄与根序对细根水力解剖构型的协同驱动机制。结果表明:(1)根序是细根水力解剖性状分异的主要来源,对Axyl和Khp的变异解释率分别为88.16%和76.32%。随根序级次升高,Dh、Axyl和Khp总体增加,VD降低,表明低级根导管配置较保守,高级根具有更强的结构可塑性。(2)林龄主要影响高级根的导管配置。林龄11 a和16 a的高级根仅维持基础水力结构;林龄22–60 a,高级根通过调整VD、Aves/Axyl和Axyl的组合关系,提高Dh和Khp,增强水分运输能力。(3)林龄与根序的交互作用对VD、Khp、Axyl和Dh均产生极显著影响(P < 0.001),说明根序效应随林龄发生变化。结构方程模型进一步表明,林龄主要通过调整木质部内部导管空间分配影响细根水力结构,而Dh对土壤含水量的响应更为直接。综上,柠条锦鸡儿细根水力解剖构型表现出根序分层响应,低级根受初生结构限制,导管配置相对保守;高级根依托次生生长空间,通过表型可塑性调整提高输水能力。该机制有助于维持柠条锦鸡儿灌丛演替过程中的水分供需平衡。在植被恢复实践中,应重点关注林龄22–32 a林分的水分管理;对老龄林(> 47 a)可考虑适度平茬或间伐更新,以降低深层土壤水分过度消耗风险。