亚热带6种天然林树种细根呼吸异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区6个优势树种为研究对象,使用Li-6400便携式光合测定仪离体测定6个树种1—5级细根呼吸速率。单因素和双因素方差分析表明:树种、序级及其交互作用对6种树种细根比根呼吸均有极显著影响(P<0.01);6种树种细根比根呼吸均随序级的升高呈极显著下降(P<0.01),这种变化可分别用二次函数,三次函数,指数函数或幂函数来拟合。相关性分析表明比根长和氮浓度可以很好地表征同一树种不同序级细根的比根呼吸,但两者不能有效表征不同树种同一序级的比根呼吸。协方差分析表明:细根比根呼吸与比根长的相关性在不同树种间具有显著差异,但在不同序级间则表现一致;细根比根呼吸与氮浓度的相关性则在不同树种和序级间均表现不一致。结果表明细根内部存在明显的功能异质性,而比根长可反映特定树种细根的这种功能异质性。     

岷江上游4个栽培树种细根功能性状垂直分布的差异性

细根(直径≤2 mm)功能性状及垂直分布格局是反映植物对土壤资源吸收策略和影响森林地下生态过程的关键。本研究以岷江上游4个人工林树种连香树(Cercidiphyllum japonicum)、白桦(Betula platyphylla)、华山松(Pinus armandii)和油松(P.tabuliformis)为对象,调查不同海拔树木细根功能性状及其在不同土层间的垂直分布格局,并分析细根功能性状分布与构型之间的相关关系。结果表明:阔叶树种比针叶树种有更大的根长密度、生物量、比根长和比表面积,而直径反之;4个树种细根集中在0~20 cm土层,根长密度和生物量在较高海拔地段均显著大于较低海拔,且均随土壤深度增加而减少,但比根长、比表面积和直径无显著的海拔差异,随土层加深也无明显的垂直变化规律;针阔树种间的细根构型差异显著,但不受海拔差异的影响,阔叶树的细根分支强度与一级根数量显著大于针叶树种;一级根数和根尖密度与比根长以及分根比与根长密度和生物量均呈显著正相关,而分叉与几个细根功能参数均呈负相关;随着土层深度增加,细根总生长量明显减少,但细根资源利用效率和策略不变;5个细根功能性状的垂直分布格局差异明显,且受树种特性影响显著,细根分支构型对其垂直分布及资源获取策略具有显著影响。     

亚热带不同演替树种米槠和马尾松细根性状对比研究

选择福建省三明市中亚热带演替前期树种马尾松和演替后期树种米槠两种人工林为研究对象,采用土芯法研究两个树种细根(直径2mm)的生物量及其垂直分布、形态以及分支结构等细根性状特征。结果表明:(1)0—80cm土层米槠的细根生物量密度(0.21±0.06)kg/m3、根表面积密度(3.15±1.25)m2/m3和根长密度(2202.84±517.03)m/m3分别为马尾松的1.6、1.2倍和2.2倍,并且3个指标均随土层深度增加而降低,但演替前期树种马尾松细根在土层间分布更均匀,而演替后期树种米槠细根更富集于表层。(2)马尾松细根的直径(0.86±0.04)mm、比表面积(191±32)cm2/g分别是米槠的1.4倍和1.3倍;米槠细根的比根长(10.73±0.46)m/g、组织密度(0.49±0.06)g/cm3分别是马尾松的1.4倍和2.0倍,马尾松细根的较大直径和低组织密度的形态结构能够迅速生长占领土壤空间和适应干旱环境,而米槠细根的较小直径、高比根长和较高的组织密度使其具有较强养分竞争能力和应对取食压力;(3)米槠的比根尖密度(4288±63)个/g、比分叉密度(1164±155)个/g均为马尾松的2.2倍,米槠细根的高分支系统能够迅速利用富养斑块。结论表明处于不同演替阶段的树种细根性状具有明显差异,可能反映了不同的资源获取策略。     

树种多样性对亚热带米槠林细根生物量和形态特征的影响

采用土芯法获取福建省三明市米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林的细根(直径2 mm),研究树种多样性对细根生物量、垂直分布及形态特征的影响.结果表明:米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林0~80 cm土层的细根生物量分别为(182.46±10.81)、(242.73±17.85)和(353.11±16.46)g·m-2,细根生物量随树种多样性的增加呈增加趋势.3种米槠林分0~10 cm土层细根生物量占细根总生物量的35%以上,各林分细根生物量均随土层变化显著.林分类型和土层深度对细根分布没有显著的交互作用,表明树种多样性的增加没有引起米槠林细根空间上的生态位分化.3种米槠林细根的根表面积密度和根长密度均以米槠天然更新林最高,米槠人工林最低.比根长的大小顺序为米槠人促更新林米槠人工林米槠天然更新林,比表面积的大小顺序为米槠天然更新林米槠人工林米槠人促更新林,林分类型和土层的交互作用对二者均无显著影响,表明林分水平的细根形态可塑性对树种多样性响应不显著.     

亚热带六种天然林树种细根养分异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区常绿阔叶林6种优势树种为研究对象,分析其1—5级细根养分特征及其与细根形态特征和叶片养分的关系。结果发现:除沉水樟细根C含量表现为随序级升高而增加外,其余5种树种均没有明显变化规律;6种树种N、P含量基本表现为随序级升高而降低,C/N随序级升高而增加;但N/P随序级升高均没有明显变化规律。单因素方差分析发现:树种对C、N、P含量和C/N、N/P具有极显著影响(P<0.01),序级对6种树种N、P含量和C/N有极显著或显著影响(P<0.01,P<0.05),对C含量和N/P影响并不显著(P>0.05);双因素方差分析发现:树种和序级的交互作用对C、N、P含量和C/N有极显著或显著的影响(P<0.01,P<0.05),对N/P影响不显著(P>0.05)。相关性分析表明:在较高级根中C、N含量之间呈现相关性,在较低级根中N、P含量呈现相关性,同时C/N、N/P的变化均主要由N含量变化决定;6种树种细根比根长和N、P含量、C/N有极显著相关性(P<0.01),而与C含量和N/P相关性并不明显。一级根的N、P含量和N/P相比于整个细根更接近于叶片,但一级根与叶片N、P、N/P之间并没有显著的相关性(P>0.05)。     

施肥对日本落叶松人工林细根直径、根长和比根长的影响

以辽宁东部山区16年生日本落叶松人工林为研究对象，探讨施肥对日本落叶松1～5级根序中细根直径、根长和比根长的影响.结果表明：随着根序等级的增加，日本落叶松细根平均直径和根长显著增加（P<0。05，P<0。01）、比根长则显著下降（P<0。01）.在日本落叶松的5级根序中，1级根的平均直径最细、根长最短、比根长最高，而5级根则相反;随着根序等级的增加，日本落叶松细根平均直径、根长和比根长的变异系数逐渐增大.除1级根外，土层对细根的平均直径、根长和比根长没有显著影响(P>0。05).与对照样地相比，施肥对各级细根平均直径、根长和比根长的影响主要表现在1～2级根上，对3级根序以上的细根影响不显著（P>0.05）.其中，施氮肥显著降低了1～2级根的平均直径（P<0.05），施氮肥以及氮磷肥显著降低了表层土壤（0～10 cm）中1级根的平均根长（P<0.05），表层土壤中细根的比根长在施氮肥的条件下显著增加（P<0.05）.     

亚热带天然常绿阔叶林林下9种灌木细根形态和C、N化学计量特征

林下灌木是亚热带常绿阔叶林重要的构成部分,但林下灌木细根功能性状变异规律及地下生态策略仍不清楚。以福建建瓯万木林自然保护区内9种灌木为研究对象,对细根直径、根长、比根长、组织密度、碳浓度和氮浓度6个细根性状进行研究,采用序级划分法,分析不同树种细根性状序级间的变化特征、常绿和落叶灌木细根性状之间的差异,不同序级细根性状之间的关系以及细根性状变异维度。结果表明:树种和序级对9种灌木细根形态和化学性质有显著影响。直径、根长、根组织密度随着序级的增加而逐渐增加,比根长和氮浓度逐渐减小,碳浓度在序级间的变化趋势不一,未表现出明显的规律。落叶灌木细根直径、根长和氮浓度均显著高于常绿灌木,碳浓度和组织密度显著低于常绿灌木,表明与常绿灌木相比落叶灌木更偏向于资源获取型生态策略,常绿灌木则更偏向于保守型策略。灌木细根在不同序级间的直径与比根长、组织密度,氮浓度与组织密度有较强的相关性,细根其他性状间的关系并不密切或因序级而异。主成分分析结果表明灌木细根性状变异沿一个主成分轴发生变异,该轴表示灌木细根的资源获取和保守的权衡策略。     

细柄阿丁枫和米槠细根寿命影响因素

采用微根管技术对福建建瓯万木林自然保护区细柄阿丁枫(ALG)和米槠(CAC)细根进行了连续2 a的观测。估计细根寿命采用Kaplan-Meier方法,用对数秩检验(log-rank test)比较单一因素(细根直径、序级、出生年份、出生季节、土层以及邻近细根数量)对细根寿命的影响。同时采用Cox比例风险回归分析方法,分析上述因素对细根存活的影响程度。结果表明:细柄阿丁枫细根平均寿命和中值寿命分别为(286±8)d和(184±9)d,而米槠的则分别为(261±10)d和(212±8)d。仅考虑单一因素时,出生季节、径级、序级以及邻近细根数量对细柄阿丁枫和米槠细根寿命皆有极显著影响(P<0.01);出生年份对米槠细根寿命有极显著影响(P<0.01),但对细柄阿丁枫细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05);土层深度对细柄阿丁枫细根寿命有极显著影响(P<0.01),而对米槠细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05)。Cox比例风险回归分析则表明出生年份对二者细根寿命的影响皆无统计学意义(P>0.05),影响因素按照影响程度大小排列均依次是序级、出生季节、细根直径、邻近细根数量,而土层对细柄阿丁枫细根寿命的影响最弱,对米槠细根寿命的影响无统计学意义(P>0.05)。     

罗浮栲和米槠细根形态功能性状对短期氮添加的可塑性响应

氮沉降会影响细根的形态功能性状,进而影响细根对养分的吸收,导致陆地生态系统养分循环发生变化.为了解氮沉降对细根形态功能性状的影响,利用根袋法进行原位试验,研究中亚热带常绿阔叶林外生菌根树种罗浮栲和米槠细根形态对短期氮添加的可塑性响应.结果表明: 低序级根(1~3序级)的比根长和比表面积对氮添加的可塑性响应高于高序级根(4序级),细根组织密度对氮添加的可塑性响应从1序级到4序级逐渐加强,而各序级细根直径对氮添加则无显著的可塑性响应;低序级细根比根长、比表面积的可塑性响应与高序级细根组织密度的可塑性响应之间存在一定的协同变化.罗浮栲和米槠细根的比根长、比表面积、组织密度对氮添加表现出相反方向的可塑性响应,表明施氮后不同外生菌根树种采取了不同的养分觅食策略:施氮后罗浮栲在养分获取上采取的是增加比根长、比表面积和根长增殖速率的资源快速获取策略,而米槠则采取了增大细根组织密度的相对保守的资源获取策略.     

半附生榕树和非附生榕树的细根性状

榕树作为热带雨林生态系统中的一个关键类群,在维持生物多样性方面发挥着重要作用。本研究以中国科学院西双版纳热带植物园内的榕树专类园区的10种榕属树种(5种半附生,5种非附生)为对象,采用根序法对其细根直径、根长、比根长、比表面积、分枝密度、组织密度、氮含量、碳含量和碳氮比等9个细根功能性状进行了研究,分析了半附生榕树和非附生榕树的细根性状差异;同时结合其原始分布生境,从植物的细根形态功能性状角度阐释其生存策略。结果表明:半附生榕的细根根长、细根直径显著高于非附生榕树(P!0.01),而其比根长和分枝密度显著低于非附生榕树,其余性状之间无显著差异(P>0.05);10种榕树的细根形态特征与养分特征呈微弱或无相关关系,细根的直径与分枝密度、比根长和比表面积呈显著的负相关。研究认为,不同生活型榕树的根系结构和性状特征差异是对环境的适应表现,分布于山脊干旱环境的半附生榕树细根具有直径较粗、根系长、分枝密度和比根长低的特性,使其具有较好的水分吸收能力,并可能与菌根真菌有更紧密的互利共生关系,从而能适应相对干旱的山脊环境。     

Fine root architecture, morphology, and biomass of different branch orders of two Chinese temperate tree species

We have limited understanding of architecture and morphology of fine root systems in large woody trees. This study investigated architecture, morphology, and biomass of different fine root branch orders of two temperate tree species from Northeastern China—Larix gmelinii Rupr and Fraxinus mandshurica Rupr —by sampling up to five fine root branch orders three times during the 2003 growing season from two soil depths (i.e., 0–10 and.10–20 cm). Branching ratio (R _b) differed with the level of branching: R _b values from the fifth to the second order of branching were approximately three in both species, but markedly higher for the first two orders of branching, reaching a value of 10.4 for L. gmelinii and 18.6 for F. mandshurica. Fine root diameter, length, SRL and root length density not only had systematic changes with root order, but also varied significantly with season and soil depth. Total biomass per order did not change systematically with branch order. Compared to the second, third and/or fourth order, the first order roots exhibited higher biomass throughout the growing season and soil depths, a pattern related to consistently higher R _b values for the first two orders of branching than the other levels of branching. Moreover, the differences in architecture and morphology across order, season, and soil depth between the two species were consistent with the morphological disparity between gymnosperms and angiosperms reported previously. The results of this study suggest that root architecture and morphology, especially those of the first order roots, should be important for understanding the complexity and multi-functionality of tree fine roots with respect to root nutrient and water uptake, and fine root dynamics in forest ecosystems.     

华北山地6个外生菌根树种的根属性及其与菌根侵染率的关系

该研究以共存于同一暖温带森林的6个外生菌根(ECM)树种为研究对象,测定分析不同根序(1～5级)和功能根系(吸收细根和运输细根)的主要形态和构型属性及ECM侵染率,探究不同外生菌根树种的根属性变异模式及其与菌根真菌侵染程度的关系。结果表明:(1)随着根序的增加,不同树种根直径和单根长度均增加,而比根长和根分支强度均降低;根属性在同一根序下均存在显著的种间差异,尤其是2个裸子植物(落叶松和油松)的根直径较其他4个被子植物大。(2)同一树种的所有根属性在吸收细根和运输细根之间均有显著差异;吸收细根和运输细根的根直径、比根长和根组织密度在树种间均存在显著差异,而其单根长度和根分支强度在树种间无显著差异。(3)ECM侵染率以落叶松最高,千金榆和白桦最低,且与根尖直径呈显著正相关关系,与根尖比根长呈显著负相关关系。研究发现,基于根序或者功能根系,根属性在种间的变异模式不完全一致,单根长度和根分支强度在两个功能根系中均没有表现出显著的种间差异;吸收细根的比根长和根分支强度的变异系数较大,对环境变化有较敏感的响应;古老树种的根直径相对较粗,对菌根真菌的依赖性更高。     

海南岛4个热带阔叶树种前5级细根的形态、解剖结构和组织碳氮含量

细根具有复杂的分支系统, 以根序(root order)为取样单元的细根生理生态学研究正在成为根系生态学研究领域的重要内容。该研究以海南岛尖峰岭4个热带阔叶树种海南蕈树(Altingia obovata)、厚壳桂(Cryptocarya chinensis)、山杜英(Elaeocarpus sylvestris)和黄桐(Endospermum chinense)为研究对象, 测定了1-5级细根的形态、解剖结构和组织碳(C)、氮(N)含量, 旨在探讨这些根系特征之间的联系。研究表明: 4个树种的细根形态差异较大, 但在树种水平上直径、根长和组织密度均随着根序的升高而增加, 比根长则随着根序的升高而降低; 低级根(前2级根或前3级根)具有皮层组织, 是典型的吸收根, 而高级根皮层组织消失, 是典型的运输和储藏根; 影响直径大小最重要的因子是皮层厚度, 它可以解释细根直径变异的97%, 而维管束直径仅能解释细根直径变异的70%; 根组织N和C浓度受维管束-根直径比(维根比)的影响, 随着维根比增加, 组织N浓度显著降低, 组织C浓度显著升高。4个树种细根的C/N比的变异受组织N浓度的影响程度为76%, 而受C浓度的影响程度不足10%。上述结果表明, 细根的形态特征、解剖结构和组织化学含量之间存在着紧密联系, 这为我们理解根系结构与功能变异提供了重要依据。     

杨树人工林细根数量和形态特征的季节动态及代际差异

采集欧美杨107Ⅰ代和Ⅱ代人工林细根样品,分析杨树不同根序细根数量特征(根长度、表面积和生物量)和形态特征(比根长、根长密度、根组织密度)对季节波动的响应及其代际差异.结果表明： 杨树各根序细根数量特征(根长度、表面积和生物量)均呈明显的季节变化,且具有明显的根序差异性.低级根序细根数量特征季节差异显著,细根生物量在生长季显著增加而生长季后显著下降.高级根序细根比根长季节波动显著,而根长密度和根组织密度等形态特征波动较小.连作导致人工林杨树1～2级细根长度、生物量、比根长和根长密度在生长季显著增大.1级细根数量特征与土壤温湿度呈显著正相关,与土壤有机质和速效氮含量呈显著负相关;而2级细根数量特征仅与土壤养分显著相关.杨树人工林细根特征的季节动态及代际差异体现了杨树对细根的碳投入变化,因连作引发的土壤养分匮乏可能引发植株对根系的碳投入增加,这种碳分配格局与人工林地上部分生产力形成密切相关.     

帽儿山天然次生林20个阔叶树种细根形态

 细根在森林生态系统C分配和养分循环过程中发挥着重要作用。细根形态不但影响养分和水分的吸收, 而且与细根寿命和周转有密切关系。因此, 研究森林树种的细根形态对了解根系结构与功能、预测寿命与周转具有重要理论意义。该文根据细根分枝等级划分方法, 研究了东北帽儿山天然次生林20个阔叶树种1～5级根直径、根长和比根长等形态指标。结果表明, 20个树种中, 除5个树种1级根直径略大于2级和比根长略小于2级根外, 其余15个树种均表现为1级根直径和根长最小、比根长最高, 随着根序增加, 直径和根长增加, 而比根长降低。20个阔叶树种前3级根的累积根长均占前5级根总根长的80%以上。9个内生菌根侵染的树种的平均直径、根长和比根长均大于11个外生菌根侵染的树种。     

Specific root length as an indicator of environmental change

Abstract

Specific root length (SRL, m g^?1) is probably the most frequently measured morphological parameter of fine roots. It is believed to characterize economic aspects of the root system and to be indicative of environmental changes. The main objectives of this paper were to review and summarize the published SRL data for different tree species throughout Europe and to assess SRL under varying environmental conditions. Meta-analysis was used to summarize the response of SRL to the following manipulated environmental conditions: fertilization, irrigation, elevated temperature, elevated CO₂, Al-stress, reduced light, heavy metal stress and physical disturbance of soil. SRL was found to be strongly dependent on the fine root classes, i.e. on the ectomycorrhizal short roots (ECM), and on the roots <0.5 mm, <1 mm, <2 mm and 1 – 2 mm in diameter SRL was largest for ECM and decreased with increasing diameter. Changes in soil factors influenced most strongly the SRL of ECM and roots <0.5 mm. The variation in the SRL components, root diameter and root tissue density, and their impact on the SRL value were computed. Meta-analyses showed that SRL decreased significantly under fertilization and Al-stress; it responded negatively to reduced light, elevated temperature and CO_2. We suggest that SRL can be used successfully as an indicator of nutrient availability to trees in experimental conditions.