铀尾矿库茅草植物根系发育的分形特征

　　摘要：研究了非线性科学中的分形几何理论，并将其应用到植物根系发育的结构上，对铀尾矿库上采集的茅草（Lemongrass）植物根系分形特征进行了研究。用FractalFox软件计算了植物根系的分形维数，结果发现：这种植物根系分维数都介于1.3305～1.5214之间，说明这种植物根系分形特征明显。实验中还发现生长在水环境旁的根系分维数明显高于在干燥环境下的根系分维数，说明湿润的环境能促进植物根系发育。

　　关键词：分形结构;植物根系;分维数

　　中图分类号：N93

　　文献标识码：A文章编号：16749944（2014）12004203

　　1引言

　　 我国南方的铀矿品位低，在开采过程中会产生大量的尾矿[1]，这些尾矿都是集中堆置在地表的特定地方，从而形成了尾矿库[2]。而在这种特殊环境下生长出来的植物有异于正常环境下生长的植物，它会富集不少放射性元素，因此可以通过对铀尾矿库上植物的研究，为铀尾矿库的环境治理提供新思路。植物在受到自身的遗传因素以及各种生长环境因素的影响下，它的根系会形成一个天然复杂的不规则几何体系，作为分形的创建人美籍法国科学家曼德布罗特Mandelbrot，他早在20世纪为了研究大自然中此类不规则几何体系就提出了分形几何理论[3]，而用分形理论来研究植物根系的复杂性，可以对植物根系形态有更深一步的了解和认识[4]。

　　2铀尾矿库植物

　　2.1茅草植物简介

　　 主要研究尾矿库中简单的草本植物，尾矿库中常见的草本植物有马唐、茅草、碎米莎草、小蓬草、狗牙根、飞扬草以及狗尾草等[5]。此次实验中选定最具有代表性的茅草草本植物，它具有植株根系简单、体型小、分布广等特点，所以茅草植物便于采集，且适于小型实验的研究。

　　2.2采样

　　 工具：标本夹、滤纸、小铲子、电子秤以及标签纸。

　　 采集：选取采集地点，以离尾矿距离远近划分为：离尾矿最近的周边和尾矿库周围，其中在大面积的尾矿库周围又分为干土上和水池边两类。分别在尾矿周边、尾矿库周围干土以及尾矿库周围水边这三个地方各采集20株大小均等的茅草植物。在采集植物根部时，连同土壤一起挖掘，再用小工具轻轻地将附着的土壤剥离，尽量保存完整的根部。清理干净后的植物用标本夹小心收藏，以免损坏植物幼根，最后在标本夹上标好序号。

　　2.3根系测量

　　 清理干净后的植物立即用电子秤称取植物的湿重。用去离子水清洗整株植物后，将其表面附带的土壤彻底于植物体上清除;再将其置于烘干炉中，在60℃下进行烘干72h，取出后称量一次重量，再次放入烘干炉中继续烘干12h后取出再次称量，如果重量比前一次轻，则放回烘干炉中再次烘干，直到植物的重量不再下降的时候，最后一次称量数据才是植物的最终干重。同时还将植物平铺在白纸上，用卷尺测量植物根的长度及数量，记录主根与侧根的数量关系， 并记录数据。