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武功山山地草甸生态系统,是我国南方陆地生态系统分布最广泛的草地生态系统类型之一,对提高土地生产力、维持生态平衡起到至关重要的作用。然而由于上世纪末的过度放牧加之如今的旅游开发,使草地遭到严重破坏,在很大程度上造成草甸群落组成和生产力的退化,山地草甸破碎化现象日趋明显。山地草甸的破坏,不仅表现在草甸植被的退化,同时也表现在草甸土壤和根系的退化以及通过根系实现的植被——土壤耦合作用的丧失,从而加剧了水土流失的发生。本文以武功山山地草甸为研究对象,从武功山山地草甸在自然状态以及受人为干扰状态两个角度出发,通过野外观测和室内分析,研究了(1)芒根系垂直分布状况与土壤养分因子的相互关系;(2)不同群落植被根系与土壤有机碳分布特征及其两者之间的关系;(3)武功山不同海拔高度草甸植被根系形态特征及其对土壤环境因子的响应;(4)退化对根系生长、分布的影响及其与土壤因子间的关系;(5)施用氮肥、磷肥和钾肥对武功山草甸植被根系生长的影响。本论文阐明了不同影响因子(土层深度、海拔、群落类型、退化及施肥)下根系及土壤的时空演变特征,揭示根系生长、分布规律与土壤因子互作关系的机制,为武功山草甸保护与恢复提供科学依据。主要研究结果如下:(1)根系特征参数随着土壤深度的增加而减少,80%左右的根系主要分布在0-20cm土层;根系特征参数与土壤深度符合幂函数关系,根系生物量密度、根长密度、根表面积密度与土壤深度的幂函数方程分别为y=238x-1.5559(R~2=0.89114),y=169.9x-0.88205(R~2=0.40836),y=22.397x-0.926 14(R~2=0.36457);0-40 cm土层范围内,随着土壤深度的增加土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷、土壤有效磷和土壤速效钾含量显著下降(P<0.05),土壤全钾、土壤碱解氮含量呈现出轻微的波动趋势;土壤养分与根系特征参数有不同程度的相关性,其中,与根系特征参数相关性最强的养分因子是土壤有机质、土壤全氮和土壤全钾(P<0.05)。因此在表层土壤合理施肥有利于芒根系生长发育及其对养分的吸收。(2)各群落根系生物量密度为芒(Miscanthus sinensis)群落>野古草(Arundinella setosa)群落>箭竹(Fargesia)群落>薹草(Carex chinensis)群落>飘拂草(Fimbristylis dichotoma)各群落(P<0.05),各群落0-20 cm土层根系生物量密度均显著高于20-40cm土层(P<0.05);芒群落土壤有机碳密度显著高于箭竹、飘拂草和薹草群落(P<0.05),箭竹、野古草和薹草群落土壤有机碳密度显著高于飘拂草群落(P<0.05),各群落0-20 cm土层土壤有机碳密度均显著高于20-40 cm土层(P<0.05);土壤有机碳与根系生物量/根系生物量碳存在极显著线性正相关(P<0.01);根系生物量是影响土壤有机碳含量的重要因素,但不是唯一因素。(3)武功山草甸植被根系特征参数随海拔的升高而增加,在整个生育期,根系的发生和死亡是不均匀的,随土壤环境(土壤温度、水分等因子)的变化而变化;武功山草甸植被0-2 mm径级的细根对整个根系系统贡献最大;土壤温度和含水量对武功山草甸植被根系有显著影响,海拔梯度对武功山草甸植被根系形态特征的影响主要是通过土壤温度及水分因子来进行调控的。(4)草甸退化不仅改变了植被根系形态及分布特征,引起根土比发生变化,同时对根系产生主要影响的土壤因子也发生改变。草甸退化后,0-40 cm土层中,根系生物量密度、根长密度和根表面积密度均显著减少(P<0.05);0-20 cm根土比显著增加(P<0.05);在0-40 cm土层中土壤因子除了土壤容重有增加的趋势外,其余土壤因子均有减少的趋势,其中土壤含水量、土壤有机质、土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤全钾和土壤速效钾显著降低(P<0.05);在0-40 cm土层范围内,土壤含水量、土壤碱解氮和土壤有效磷是影响未退化草甸植被根系的主要因素;土壤有机质、土壤有效磷和土壤速效钾是影响退化草甸植被根系的主要因素,以上因子对根系的直接效应均大于其对根系的间接效应。(5)在一定范围内施肥有利于武功山草甸植被根系的生长及其对养分的吸收,研究根系在磷素吸收中的作用时,根长、根表面积和根系直径均可作为重要的参考指标。施钾能够促进武功山草甸植被根系内可溶性糖含量的增加从而有利于提高植被的抗逆性。本文研究结果表明:土层深度、海拔、群落类型是自然状态下影响根系生长与分布的重要因素。其中,土层深度通过影响土壤有机质及土壤养分的垂直分布进而对武功山草甸植被根系的生长及分布产生影响;海拔梯度对武功山草甸植被根系形态特征的影响主要是通过土壤温度及水分因子来进行调控的。人为干扰也会对武功山草甸植被根系的生长分布产生重要影响,施肥可以作为武功山退化草甸保护与恢复的重要措施。