摘要
积雪作为冰冻圈中分布最广泛，对气候异常变化最灵敏的地球表面覆盖物，对全球变暖的影响与响应已成为全球变化研究中的热点。尤其在温带荒漠区，春季积雪的融化为植物的生长、发育提供了充足的水源，深刻影响着荒漠生态系统结构和功能。然而不同积雪厚度对荒漠草本植物根系微环境、功能性状以及植物地下地上部分的关联性尚不清楚。因此，本研究选择古尔班通古特沙漠为研究区，以3种不同生活型荒漠草本植物为研究对象，包括一年生短营养期植物尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhinchum)、一年生长营养期植物角果藜(Ceratocarpus arenarius）和多年生短命植物囊果苔草(Carex physodes）。设置4种不同积雪厚度处理，即减雪、自然降雪、1倍雪添加处理和2倍雪添加处理，研究在模拟不同积雪厚度处理下，土壤中的水分和养分的分布特征、草本植物根际微环境的改变以及根系功能性状和地上地下相互关联的变化规律，主要结论如下: (1)积雪增加促进了土壤水分的下渗、导致速效养分向深层养分运移。不同积雪处理显著影响荒漠土壤含水量，随着积雪量的增加土壤含水量显著增加,从减雪处理的0.58％提高至2倍雪添加处理的10.85％。通过相关分析发现改变土壤含水量影响土壤理化性质和养分含量。积雪增加导致的土壤水分增加会对土壤全量碳、氮、磷等营养元素产生累积效应，在2倍雪添加处理下较积雪移除处理下提高了 14.77％、32.29％和7.32％，对土壤化学计量比如碳氮比、氮磷比以及碳磷比没有显著影响。积雪融化后，随着融雪水的下渗，表层土层中的可溶性养分会随着水分的运移发生运移，导致部分可溶性养分从表层向土壤深层移动，造成表层可溶性养分的淋溶。在积雪融化期的3月份，土壤硝态氮含量在随着积雪的增加，30-40 cm 土层中的硝态氮含量由4.1 mg/kg增加至9.1 mg/kg,远远大于0-5 cm 土层中的2.7 mg/kg。 (2)积雪变化对根际土壤水分、养分、根际土壤菌根真菌多样性影响不显著，但显著影响菌根真菌相对丰度。植物根际和非根际微环境中的水分和养分具有较强的稳定性，不受积雪厚度变化的影响。尽管不同生活型草本植物根际土壤中的水分和养分含量略高于非根际土壤，但根际与非根际土壤水分和养分差异不显著。在根际菌根真菌方面，积雪量的变化显著影响了根际土壤和非根际土壤中菌根真菌的相对丰度，如球囊菌门在尖喙牻牛儿苗、角果藜和囊果苔草根际土壤中分别在1倍加雪处理下增加13％、减少10％和增加6％，但其群落多样性并没有随着积雪的变化而变化。 （3）不同生活型植物根系构型和功能性状对年内积雪变化的响应特征因生活型而异，同一生活型植物对不同干湿年份积雪变化的响应特征存在年际间差异。积雪融水是早春荒漠草本植物生长发育的重要水分来源，对个体生长尤其是根系的生长产生重要影响。一年生短营养期植物与一年生长营养期植物根系对积雪变化导致的土壤水分的改变的响应特征不一致。研究发现，当积雪移除时，一年生短营养期植物尖喙牻牛儿苗通过细根占比减少14％,根长增加22.32,比根长减少56.49％,根冠比增加1.62％的方式，说明一年生短营养期植物尖喙栊牛儿苗通过减少细根、伸长主根来增加对下层水分和养分的吸收，从而维持自身的生长;相反，一年生长营养期植物角果藜则通过细根占比增加5.19％，根长增加45.7 cm,比根长增加46.06％,根冠比增加58.83％的方式，即大量产生侧根来增加吸收面积、扩大吸收的范围来获取所需要的养分和水分。就对尖喙牻牛儿苗而言，在自然降雪量较多的年份（2019年），该种通过向地下部分分配更多资源促进根系生长，根系结构呈现出根系较深和侧根较多的特征。而在降雪量较少的年份（2018年），其根系生长十分有限，将大部分的光合产物用于地上部分的生长。 （4）积雪增加能够促进一年生短营养期植物的地上和地下生物量增加，对一年生长营养期植物生物量无影响。积雪增加导致土壤水分的增加，促进植物的生长发育，显著提高荒漠植物生产力。水分是荒漠植物生长的限制性因素，当土壤水分充足时，会对植物个体的生长有着显著性的促进作用。一年生短营养期植物生物量在5月达到最大，其地上生物量和地下生物量均随着积雪的增加呈现增加的趋势，在2018年2倍雪添加处理下的平均值分别为9.76 g/m2和35.17 g/m2,而2019年在2倍雪添加处理下平均值为10.04 g/m2和40 g/m2。地下生物量与土壤水分分布保持同步性，呈现出纺锤形的变化趋势。在8月份，一年生长营养期植物生物量在8月份达到最大值，地上和地下生物量在不同积雪处理下没有显著差异。说明角果藜的生长主要集中在干旱季，而此时积雪的效应早已消除，植株个体没有产生差异性变化。 （5）积雪变化带来的植物根系功能性状变化会对植物的地上部分产生关联性的影响。积雪量的减少使得土壤含水量降低，植物会通过改变其根系功能性状来获取生长所需的水分，如产生大量的细根、增加根冠比以及比根长等，同时降低植物生物量、叶片含水量及减小叶面积、增加体内游离脯氨酸等适应干旱环境;而积雪的增加就会使得植物有充足的水分来维持机体生长，增加了植物体的地上以及地下生物量、地上叶面积，促进了光合作用产物的积累，使得植物体内的可溶性糖等碳水化合物含量增加，从而有利于植物的生长。
NETL