淤泥质滩涂植物根系生长的原位监测方法

摘要

本发明的一种淤泥质滩涂植物根系生长的原位监测方法。该方法的具体步骤为：选择特定区域，挖设小型填沙坑，并采用粗粒径沙子代替原有的滩涂底质；植物根系在生长过程中逐渐进入该填沙区域；对填沙坑内出现的植物根系生长情况进行监测分析。本发明的增加了淤泥质滩涂条件下根土分离的可操作性，明显减少分析过程对根系的毁灭性破坏，实现对淤泥质滩涂植物根系生长和分布情况的定量分析与长期监测，同时所需设备成本低，对滩涂原有生态系统的影响较小。

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物根系生长的监测方法，特别是淤泥质滩涂植物根系生长的原位监测方法。

背景技术

根系是植物生命活动中的重要器官，它与植物的生长和产量关系密切。研究发现，外来植物常具有高大的植物个体、更为发达的根系结构和迅速根系生长过程。根系扩张和根茎无性繁殖是外来植物入侵的重要方式。淤泥质滩涂(泥滩)占我国滩涂总面积的80％，其底质粘性大，组成物质粒径细，土壤发育良好，有机质含量高，为耐盐沼生植物、埋栖或穴居海洋生物创造了良好生境条件。米草属植物具有耐盐，耐淹，光合效率高等特点，在海岸带、河口等广阔淤泥质潮滩具有高度的生态适应性，由其引起的滩涂植物入侵已成为广泛存在的世界性问题。目前，互花米草已成为我国沿海地区淤泥质潮滩上分布面积最广的盐沼植被，其对区域生态系统的负面影响已引起政府部门和学术界的广泛关注。加强淤泥质滩涂植物根系生长监测研究，对于控制外来植物侵入、恢复滩涂生态系统的多样性具有重要意义。然而，植物根系的原位观测方法一直是阻碍植物根系深入研究的重要原因。由于土壤介质的不透明性和结构复杂性，难以进行无破坏性的原位观察和测定，而淤泥质滩涂的高粘性底质特性，使得滩涂植物根系的监测研究更加难以开展。虽然目前已出现了植物根系根室的原位观测系统，然而这种特定的根室系统在淤泥质滩涂条件下的应用存在一定局限性，而且监测成本相对较高。因此，研究针对该类型滩涂的简便易行的植物根系生长的原位监测方法，具有重要意义。然而，目前国内外相关的淤泥质滩涂植物根系原位监测的方法和设计还没有报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种淤泥质滩涂植物根系生长的原位监测方法。该方法不仅能够较为准确的反映在淤泥质滩涂中植物根系生长及分布情况，而且可以减少观测过程中所造成的根系严重损坏。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种淤泥质滩涂植物根系生长的原位监测方法，所述方法包括以下步骤：

a.在植物生物季初期，在滩涂中，选定待监测的区域，挖设立方型填沙坑，并填入粗粒径沙子以代替滩涂原有底质；

b.根据不同植物的生物学特征，确定监测的时间间隔段，对填沙坑内的植物根系生长情况以及幼苗的生长情况进行监测，具体操作方法为：

(a)依次移除填沙坑内不同深度范围的填沙，记录每一深度范围内周边植物根系和根茎扩散进入沙坑的数量以及测量根系、根茎长度；

(b)记录填沙坑区域内幼苗出现的数量以及幼苗茎高，同时记录幼苗根系和根茎的数量和长度；

(c)以上各项观测结束后，重新将沙子填回。

其中，粗粒径沙子可就地选用当地生产的沙子为原料，无品质方面的特殊要求。填沙坑的大小需根据不同地区植物的根系特点和生长的情况来确定。

本发明滩涂植物根系生长原位监测方法的优点和积极效果在于：

(1)与传统的滩涂根系取样方法相比，本发明的方法将淤泥质滩涂原有的高粘性底质替换为粗粒径沙子，从而增加了淤泥质滩涂条件下根土分离的可操作性。采用本发明方法可明显减少分析过程中对根系的毁灭性破坏，同时可实现对淤泥质滩涂植物根系生长和分布情况的定量分析与长期监测。

(2)与现有技术方法相比，本发明的方法易于在高粘性底质条件下使用，而且设备成本低。由于填埋替代所用基质具有更适宜于淤泥质滩涂底栖动物栖息等特点，因此对滩涂原有底栖生态系统多样性的影响及破坏较小。同时，由于潮滩特有的物质交换方式，以及沙粒的高孔隙度、表面吸附等特性，填沙区域中的营养物质含量将会在短时期内与外界达到平衡，从而对该区域内植物的正常生长影响较小。

具体实施方式

下面以上海崇明东滩湿地为例，具体说明本发明的淤泥质滩涂植物根系生长原位监测方法的过程。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围。

崇明东滩湿地作为国家级自然保护区，属于典型的淤涨型淤泥质滩涂，沉积物以粘土质粉砂为主，其次是细砂。目前，互花米草在该区域内迅速扩散，已成为继原有优势植物种芦苇与三棱蔗草外，大面积分布的入侵植物。

在潮水侵入等环境因子影响较小的高潮滩区域，选择一个典型的互花米草、芦苇群落生长区域，并在该区域内随机设定4个样方。其中A、B样方均位于互-芦混交斑块，而C、D样方则分别位于纯互花米草与纯芦苇斑块中。鉴于崇明东滩互花米草与芦苇的根系分布特征和试验研究目的，将小样方面积均设定为1.0×1.0m²。

在植物生物季初期(3月底)，根据研究区域的底泥淤积厚度以及植物地下部分的生长特征，确立填沙坑的深度为约60cm。依据上述深度，将样方内的淤泥挖除，并保持样方坑四壁垂直，坑内出现的植物地下部分同时被移除。迅速填加粒径约3mm的河沙至整个样方坑。在整个过程中，尽量避免人为踩踏等行为对填沙区域周边植物的影响。

分别于5月、8月以及11月底，对填沙坑内的植物根系生长情况进行监测。具体操作方法为：(1)按照5cm、10cm、15cm以及大于15cm的深度顺序，用小铁铲和硬毛刷依次将样方内填沙小心移除，同时注意避开植物根系；(2)记录每一深度范围内周边植物根系和根茎扩散进入沙坑的数量，参见表1。同时测量根系、根茎长度，参见表2；(3)以上各项观测结束后，重新将沙子填回。

在填沙样方设立后40天左右，填沙区域内出现了植物幼苗。同上述监测时间，持续记录幼苗出现的数量以及幼苗茎高，参见表3。并依据上述方法，将幼苗地下部分从沙子中分离出来，观测植物无性繁殖方式和茎根扩散趋势。

根据整个生长季中填沙区域出现的植物根系特征，以及幼苗数量和生长情况，分析滩涂植物根系的生长趋势，以及植物根茎无性繁殖扩散过程。在本研究中，4个样方内植物根系、根茎数量均随时间推移而逐渐增加。进一步统计分析表明，不同季节各样方中不同植物种根系间表现出显著差异，同种植物间无明显差异，因此将4个样方中的植物根系生长情况进行综合，分别对填沙区域内互花米草与芦苇植物根系生长扩散与无性繁殖特征进行表述。结果表明，互花米草与芦苇根系、根茎数量表现出显著的季节变化，参见表1，其中植物根系随时间推移迅速增加，至11月时根系数量已显著高于春、夏两季监测结果。

结合不同深度层中的植物根系扩散程度进行分析，参见表2，可以发现，植物根系以及根茎均主要集中于地下10cm深度范围，且该区域内出现的互花米草根系数量显著高于芦苇，表现出典型的须根系浅根型特征。同时，互花米草根系生长迅速，不同季节间的植物根系总长度可增加2.90％～16.16％之间。与之相比，芦苇则更多的表现出其根茎繁殖扩张的特性，填沙区域中出现的根系均为根茎侧根，且数量较少，而其根茎穿透深度可达地下50cm左右。此外，研究还表明，相对于芦苇的根茎扩张，互花米草的根茎繁殖能力更为明显。在3次监测中，填沙区域内出现的幼苗均来自于这些根茎，同时互花米草的根茎萌发为幼苗的数量均高于芦苇。

对填沙区域幼苗出现数量进行监测，参见表3，结果表明，随着时间推移填沙区域内幼苗数量明显增加，其中不同监测时间内互花米草幼苗增加数量均高于芦苇。而对植物地下部分的监测表明，这些幼苗均来自于周边植物的根茎扩张，因此不同植物幼苗的出现数量，也就反映了互花米草与芦苇根茎无性繁殖扩张能力的差异，即互花米草具有显著优于芦苇的根茎无性繁殖能力。

通过以上可以得到，采用淤泥质滩涂植物根系生长的原位监测方法，可以在滩涂高粘性底质条件下，对植物根系的生长扩张情况进行原位监测，而无需破坏植物根系的生长，同时该方法可较好的反映不同淤泥质滩涂植物地下部分无性繁殖趋势及能力，从而对于滩涂湿地入侵植物控制、原有植被生态恢复研究具有重要意义。

表1.填沙区域不同深度出现植物根系与根茎数量

  植物种类  垂直深度  5月  8月  11月  根系  茎根  根系  茎根  根系  茎根  互花米草  0-5  5-10  10-15  52(2.9)  40(2.4)  16(1.0)  4(0.0)  8(0.4)  8(0.6)  92(3.3)  108(4.9)  104(4.9)  8(0.7)  20(0.7)  12(1.2)  280^*(5.5)  184^*(7.8)  164^*(11.1)  8(0.3)  20(0.7)  12(1.2)  芦苇  0-5  5-10  10-15  4(0.0)  4(0.0)  4(0.0)  4(0.0)  4(0.0)  8(0.0)  20(1.5)  20(2.7)  4(0.0)  8(0.0)  12(0.0)  24(0.0)  180^*(5.0)  154^*(4.0)  12(0.6)  8(0.0)  28(0.0)  28(0.0)

注：1)*表示显著差异(p＜0.05)；

2)表中所列数值为：平均值(标准误差)；

3)根系长度、垂直深度单位，cm

表2.填沙区域内植物根系总长度

  植物种  垂直深度  5月  8月  11月  互花米草  0-5  5-10  10-15  127.6(45.0)  118.9(31.0)  32.9^*(7.8)  247.4(55.2)  254.1(50.5)  148.8(59.4)  259.5(29.8)  289.0(82.1)  197.9(43.7)  芦苇  0-5  5-10  10-15  3.0^*(0.47)  96.3^*(35.5)  40.0(10.0)  42.8(20.1)  300.0(10.0)  100.0(15.0)  52.3(38.8)  319.5(29.0)  100.0(27.0)

注：1)*表示显著差异(p＜0.05)；

2)表中所列数值为：平均值(标准误差)；

3)根系长度、垂直深度单位，cm

表3.填沙区域植株生长情况

  植物种类  5月  8月  11月  个数  株高  个数  株高  个数  株高  互花米草  芦苇  11(1.0)  4(0.0)  19.06(0.40)  19.07(0.54)  21(3.0)  4(2.0)  29.50(2.50)  45.00(15.00)  42(2.0)  19(13.5)  40.77(3.64)  62.50(10.50)

注：1)表中所列数值为：平均值(标准误差)；

2)株高单位：cm