胡杨(Populus euphratica)作为塔里木河流域荒漠河岸林的优势建群种,为其他物种提供重要的栖息地。其幼苗定居和群落自然更新能力与根系是否能接触到潜水埋深和毛管上升区边缘有直接关系,而洪水漫溢区胡杨根系的生长发育过程对水分的响应与适应机制在认知上的薄弱已成为荒漠河岸林生态恢复的瓶颈。这主要是由于植物根系形态结构的复杂性以及其隐藏于地下难于直接观测,使得对根系的研究仅限于其生物量、分布特征以及根的穿透深度等方面的研究,很少涉及到植物根系形态结构与功能及其对环境的响应与适应机制的研究,使干旱地区植物地下部分的研究大大滞后于地上部分。水分和基质是河岸林生态系统中最重要的环境因子。关于潜水埋深或基质单一因素对河岸林树种的影响,前人已做了大量研究,然而综合考虑潜水埋深和基质对河岸林树种影响的研究却很少。因此,本文以胡杨实生幼苗为研究对象,设计了4个水分梯度(洪水、30 cm潜水埋深、50 cm潜水埋深和70 cm潜水埋深)和不同基质(粘土和粘土/沙土),通过人工栽培控制实验,分析了不同潜水埋深和基质类型与胡杨幼苗的生长特征、生物量分配、根系特征之间的关系。主要结论如下:1、胡杨幼苗生长特征在整个生长季节内,不同基质条件下,不同潜水埋深处理下胡杨幼苗株高和基径的生长量积累曲线均呈―S‖型,具有呈―慢-快-慢‖的生长特性。不同基质条件下,胡杨幼苗株高和基径均随潜水埋深增加而增加。潜水埋深对胡杨幼苗的节间距影响不显著。洪水显著降低了胡杨幼苗根系生物量的分配比例,粘土和粘土/沙土基质条件下的根冠比均<0.5,二者的根冠比分别为0.45和0.37。而其他三个潜水埋深处理的根冠比呈30 cm<50 cm<70 cm的趋势,且根冠比均>1。这种根冠比随潜水埋深增大而增加的策略符合植物生长最优分配理论。2、胡杨幼苗根系生长特征不同潜水埋深下,基质对根系特征均无显著性影响。洪水显著降低了根系相对生物量,粘土基质和粘土/沙土基质条件下根系相对生物量分别为31.43%和26.28%。其余潜水埋深处理的根系相对生物量呈30 cm<50 cm<70 cm的趋势,且根系相对生物量均>50%。这种生物量随潜水埋深增大,根系相对生物量增大的分配策略与最优配理论相一致。不同基质下,胡杨幼苗主根长均在各潜水埋深附近,这是一种植物生长过程中的权衡,是对植物生长过程中权衡理论的印证。3、不同潜水埋深和基质条件下胡杨幼苗根系拓扑结构特征相同潜水埋深条件下,胡杨幼苗根系在不同基质间的修正拓扑指数qa和qb存在显著性差异(p<0.05)。潜水埋深处理对胡杨幼苗根系拓扑结构无显著性影响(p<0.05),与所提出的假说一(不同潜水埋深处理下,胡杨幼苗根系拓扑结构存在差异)不一致。基质对胡杨幼苗拓扑结构影响显著(p<0.05)。在粘土基质条件下,生长在洪水和30cm潜水埋深的胡杨幼苗根系的拓扑指数相对较小(ti<0.7),生长在50cm和70cm潜水埋深条件下的胡杨幼苗根系拓扑指数相对较大(ti>0.7)。说明粘土基质下根系随着潜水埋深的增加,逐渐由二叉鲱骨型拓扑结构向鲱骨型拓扑结构转变粘土/沙土基质下,生长在洪水基质条件下的胡杨幼苗根系拓扑指数最大(ti=0.733),其他潜水埋深处理的根系拓扑指数均小于0.7,且随着潜水埋深的增加而减小。说明粘土/沙土基质下根系随着潜水埋深的增加,由鲱骨型拓扑结构逐渐向二叉鲱骨型拓扑结构转化。结果与所提出的假说二(不同基质下,胡杨幼苗根系拓扑结构存在差异)一致。说明,在相似的水分环境中,生长在不同基质上的胡杨幼苗具有不同的根系生长适应策略。4、不同潜水埋深和基质条件下胡杨幼苗根系可塑性特征洪水处理虽然显著降低了胡杨幼苗的生长。但相对于遵循相对固定生长的策略和分配模式而言,幼苗通过产生不定根和压缩根系生物量分配比例(粘土基质:31.43%;粘土/沙土基质:26.28%)等适应机制,增加了胡杨幼苗在洪水生境中的适合度。胡杨幼苗通过增加总根长和提高根系生物量分配比例的方式来响应较深的潜水埋深。粘土基质和粘土/沙土基质下,70cm潜水埋深处理下幼苗总根长分别为29.56m和43.80m,是洪水处理下胡杨幼苗总根长的1.61倍和2.15倍。粘土基质和粘土/沙土基质下,70cm潜水埋深处理下幼苗根系相对生物量分别为55.45%和67.83%,是洪水处理下胡杨幼苗根系相对生物量的1.76倍和2.58倍。这种形态可塑性和生物量分配调整符合最优分配理论。基质对胡杨幼苗根系特征具有显著影响,即使在相同潜水埋深条件下,在不同基质中,胡杨幼苗表现出完全不同的根系特征:幼苗根系在潜水埋深较浅的粘土中具有较多一级根,而在较深粘土/沙土中幼苗具有较长的主根。潜水埋深较深的粘土基质中,幼苗通过增加根系总长来获取水分,而在粘土/沙土基质中,幼苗响应较深潜水埋深是由总根长的增加引起根系表面积增加来实现的,说明在根系并非总是通过增加其根系表面积来获取更多水分。实验结果表明,胡杨幼苗能够通过根系特征和生物量分配的可塑性来适应一定范围水分生境,与所提出的假说三(适应性表型可塑性可能对该生境中木本植物的生长有利)一致。