氮磷配施对刨花楠幼林细根性状的影响

氮磷是陆地生态系统植物生长的主要限制性元素,细根对植物生长具有重要影响.为了解氮磷配施对刨花楠人工幼林细根性状的影响,以3年生刨花楠人工幼林为对象,于2016年和2017年每年4-9月的每月中旬进行氮磷配施(添加比例分别为8∶1、10∶1、12∶1、15∶1),测定比根长、比表面积、平均直径、根组织密度、总碳、总氮含量...     

短期氮-水处理对刨花楠幼苗细根根序形态的影响

以种子来源于江西遂川的1年生刨花楠扦插苗为材料,设置田间持水量的80%、40% 2个水分水平,以及不添加(0 kg N·hm^-2)、低氮(50 kg N·hm^-2)、高氮(100 kg N·hm^-2) 3个氮添加水平共6种处理的氮-水交互受控试验,测定不同处理刨花楠幼苗3个根序细根比根长、比表面积、平均直径和根组织密度,分析短期氮添加、干旱胁迫及两者交互作用对刨花楠幼苗细根的影响.结果表明: 刨花楠幼苗细根平均直径、比根长在不同根序间差异显著.随根序的增加,刨花楠幼苗细根平均直径增加,其中3级根最大,为0.97 mm;而比根长降低,3级根最小,为238.99 cm·g^-1.氮添加对刨花楠细根的比表面积、平均直径、比根长和根组织密度无显著影响,而水分对刨花楠细根平均直径、比根长、根组织密度影响显著.干旱胁迫明显促进幼苗3级细根直径的增加,降低了1、2级细根根组织密度.干旱环境下幼苗3级根的比根长明显低于正常供水环境下幼苗.氮水交互作用对刨花楠细根形态影响不显著.     

施肥对盆栽香樟幼苗不同根序细根养分的影响

以盆栽的1年生香樟实生苗为研究对象,采用指数施肥的方式,测定1~5级细根的C、N、P、K含量,并探讨施肥对香樟幼苗细根养分浓度的影响。结果表明:(1)不同根序细根的全C浓度差异不显著,施肥对细根全C浓度影响不显著(P0.05);(2)在所有根序中,N、P浓度最高的是1级根,但其K浓度却最低;N、P含量最低的是5级根;(3)细根的N、P含量随着根序的增加呈显著的下降趋势(P0.05);(4)施N肥能显著增加1~2级细根的N含量,施P肥能显著增加1级根的P含量,N+P肥较之P肥更能提高1级根对P的吸收;(5)C∶N∶P受根序的影响非常明显,1级根平均为366∶16∶1,5级根则为807∶12∶1,而且C∶N∶P随着根序增加而显著升高,但N∶P无显著影响;(6)虽然施肥对细根C含量无影响,但施N肥或N+P肥对1~2级细根中N的含量有显著性增加。综合分析可知,处理9对香樟苗期养分浓度指标影响最为显著,即施肥量为氮素4g·株-1、磷素4g·株-1、钾素2g·株-1时,对香樟幼苗细根的生长发育有较好地促进作用。研究结果可为香樟的速生丰产及资源的高效利用提供理论依据。     

亚热带6种树种细根序级结构和形态特征

以福建省建瓯市万木林自然保护区内占优势的6种天然林树种(沉水樟Cinnamomum micranthum,CIM;观光木Tsoongiodendron odorum Chun,TOC;浙江桂Cinnamomum chekiangense,CIC;罗浮栲Castanopsis fabri,CAF;细柄阿丁枫Altingiagracilipes,ALG;米槠Castanopsis carlesii,CAC)为研究对象,对其1—5级细根的结构,形态特征及生物量进行了分析。结果表明:沉水樟,细柄阿丁枫和米槠细根分支比表现出在1,2级(4倍以上)明显大于其它序级(3倍左右);其余3种树种则是在3,4级的细根分支比最大,其中浙江桂达到8.65倍,其它序级则大致为3倍左右。6种树种1,2级细根数量占到总数的70%—90%。6种树种细根直径,根长,组织密度随序级升高逐渐增大,比根长减小,生物量未表现出一致的变化规律,6种树种生物量主要集中在高级根部分。方差分析表明,树种对细根分支比例有显著影响(P<0.05),浙江桂和米槠细根分支水平对分支比例有极显著影响(P<0.01),其余4种树种分支水平对分支比例有显著影响(P<0.05),树种和分支水平的交互作用对6种树种细根分支比均有极显著的影响(P<0.01);树种对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对比根长有显著影响(P<0.05),而对组织密度的影响则不显著(P>0.05);树种和序级的交互作用对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对组织密度有显著影响(P<0.05),对比根长影响不显著(P>0.05)。序级对6种树种细根根长,直径,比根长以及生物量的影响并未达到一致,对6种树种细根组织密度有极显著影响(P<0.01)。树种间1—4级根的比根长变异主要由组织密度引起,而5级根的比根长变异则由直径引起,同时在1级根中组织密度与直径呈现出权衡的关系。6种树种细根数量,直径,根长,比根长,组织密度以及生物量与序级之间回归分析发现它们与序级之间具有指数函数,线性函数,二次函数,三次函数或者幂函数关系。     

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.     

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.     

柏木根系分泌物对栾树细根形态及N、P含量的影响

为研究混交过程中柏木根系分泌物对栾树细根生长的影响,以一年生栾树盆栽幼苗为研究对象,通过施加1株、2株、4株、8株4个浓度柏木根系分泌物(分别记为G1、G2、G4、G8)于栾树盆栽中,探讨柏木根系分泌物对栾树幼苗1～5级细根形态及N、P含量的影响。结果表明:(1)栾树细根直径随根序的增加而增大,施加根系分泌物显著减小了1～2级细根的直径(P0.05);细根比根长、比表面积均随根序的增加而减小,施加根系分泌物显著增大了1～2级细根的比根长及比表面积(P0.05);随根系分泌物施加浓度的提高,栾树比根长及比表面积先增大,而直径先减小,然后均趋于平缓波动的态势。(2)栾树细根N、P含量均随根序的增加而减小,而N/P在根序间的变化不显著;施加柏木根系分泌物显著增大了栾树1～2级细根的N、P含量(P0.05),但减小了1～5级细根的N/P;随根系分泌物施加浓度的提高,栾树细根P含量增大,N/P减小,而N含量先增加后呈现平缓变化的趋势。(3)栾树细根N、P含量均与其比根长、比表面积和直径等形态特征之间呈显著的相关关系(P0.05)。研究发现,柏木根系分泌物可改善土壤养分的有效性,从而缓解栾树植株的缺P症状,细根通过调整其形态以提高养分利用效率;柏木根系分泌物主要影响栾树1～2级细根的形态及N、P含量;4株柏木根系分泌物的剂量更有利于栾树根系的生长。     

间伐对黄龙山油松中龄林细根空间分布和形态特征的影响

为探究油松细根生长与抚育间伐的关系,以黄龙山林区4种不同间伐强度(对照,轻度,中度,强度)下的油松人工中龄林为研究对象,采用根钻法,分3层(0—20,20—40,40—60cm)获取细根样品,研究了间伐强度对油松细根生物量和形态特征的影响。结果表明:油松细根生物量主要分布在0—20 cm土层,不同间伐强度下细根生物量差异显著(P0.05),随间伐强度的增大,细根生物量先升高后降低,强度间伐下0—20 cm土层细根生物量显著降低(P0.05),20—40 cm土层和40—60 cm土层细根生物量所占比例随间伐强度的增大而增大。细根根长密度和根表面积密度在不同间伐强度和不同土层间均差异显著(P0.05),且变化规律与生物量基本一致。细根比根长和比表面积随间伐强度的增加而增大,且强度间伐与其他强度呈显著性差异(P0.05)。轻度和中度间伐对小径级细根(0—1.0 mm)有显著影响,对较大径级细根(1.0—2.0 mm)的影响则不显著(P0.05),强度间伐对0—2.0mm的细根均有显著影响(P0.05)。中度间伐(保留郁闭度0.7)条件下,油松林地细根总生物量达到最大1022.43 g/m2,此条件下细根的根长密度和根表面积密度也达到最大,能充分利用林地的立地资源,最有利于保留木的生长。     

模拟氮沉降对杉木幼苗细根的生理生态影响

细根对氮沉降的生理生态响应将显著影响森林生态系统的生产力和碳吸存。为了揭示氮沉降对杉木细根的生理生态影响,对一年生杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗进行了模拟氮沉降试验,并测定施氮1年后杉木幼苗细根生物量、细根形态学特征(比根长、比表面积)、元素化学计量学指标(C、N、P、C/N、C/P、N/P)、细根代谢特征(细根比呼吸速率、非结构性碳水化合物)。结果表明:(1)杉木细根生物量随氮添加水平的升高而显著降低,尤其是0—1 mm细根生物量;细根比根长和比表面积随氮添加水平升高而显著增大。(2)氮添加后杉木细根C含量、C/N、C/P显著降低,高氮添加导致1—2 mm细根N含量和N/P显著升高,而低氮添加导致1—2 mm细根P含量显著升高、N/P显著降低,而0—1 mm细根的N、P含量则保持相对稳定。(3)氮添加后杉木细根比呼吸速率无显著变化,细根可溶性糖含量随氮添加增加而显著增加,而淀粉含量和NSC显著降低。综合以上结果表明:氮添加后用于细根形态构建的碳分配减少,这可能会减少土壤中有机碳的保留,0—1 mm细根的形态更易发生变化,但是其内部N、P养分含量相对更稳定以维持生理活动,细根NSC对氮添加的响应表明施氮可能导致细根受光合产物的限制。     

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）.     

Morphology and response of roots of pasture species to phosphorus and nitrogen nutrition

The root morphology of ten temperate pasture species (four annual grasses, four perennial grasses and two annual dicots) was compared and their responses to P and N deficiency were characterised. Root morphologies differed markedly; some species had relatively fine and extensive root systems (Vulpia spp., Holcus lanatus L. and Lolium rigidum Gaudin), whilst others had relatively thick and small root systems (Trifolium subterraneum L. and Phalaris aquatica L.). Most species increased the proportion of dry matter allocated to the root system at low P and N, compared with that at optimal nutrient supply. Most species also decreased root diameter and increased specific root length in response to P deficiency. Only some of the species responded to N deficiency in this way. Root morphology was important for the acquisition of P, a nutrient for which supply to the plant depends on root exploration of soil and on diffusion to the root surface. Species with fine, extensive root systems had low external P requirements for maximum growth and those with thick, small root systems generally had high external P requirements. These intrinsic root characteristics were more important determinants of P requirement than changes in root morphology in response to P deficiency. Species with different N requirements could not be distinguished clearly by their root morphological attributes or their response to N deficiency, presumably because mass flow is relatively more important for N supply to roots in soil.Section editor: H. Lambers     

遮荫对水曲柳幼苗细根衰老的影响

细根周转对森林生态系统碳地下分配和养分循环具有重要影响,而衰老是细根周转过程中最重要的阶段。根据“源-汇”理论,细根衰老受碳向细根分配的影响。为此,该研究通过控制水曲柳(Fraxinus mandshurica)苗木向根系的碳分配的遮荫处理试验,采用树木生理分析技术,重点研究了在光合产物供应停止情况下水曲柳幼苗根系的生理变化(即根尖、1级根到3级根的细胞活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和膜透性的变化)。目的是从生理水平上证实:1)碳分配对细根衰老产生怎样的影响;2)细根衰老的顺序是否与分支顺序相反。实验结果表明,遮荫处理使细根活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量显著降低和膜透性增大,导致细根出现明显衰老。从根系顶端向基部随着根序增加,细胞活力、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量提高,膜透性降低,从生理水平上表明细根衰老具有逐渐变化的顺序性,并且这种顺序性与根发育的顺序性相反。     

黄土区不同林龄刺槐人工林细根的衰老生理特征

以黄土高原刺槐人工林为研究对象,采用手工挖掘法,配合完整土块法获取根系样品,分析幼龄(11a),中龄(22a),成熟(34a)刺槐人工林细根活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和细胞膜透性等细根衰老生理指标的差异,为深入了解刺槐细根的生长和衰老机制提供参考。结果表明:(1)在生长季节,刺槐细根活力表现为,幼龄林成熟林中龄林,可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随着林龄增大而增加,而细胞膜透性则随林龄的增加而减小。(2)随着根序增加,根活力和可溶性糖含量增加,而可溶性蛋白含量和细胞膜透性则呈波动式降低。这表明,在生长季节幼龄林细根较中龄林和成熟林更容易出现衰老,刺槐不同根序衰老具有顺序性,衰老先从1级根开始,然后是2级根和3级根。     

Linking root morphology, longevity and function to root branch order: a case study in three shrubs

Root branching order supports a powerful approach to understanding complex root systems; however, how the pattern of root morphological characteristics, tissue carbon (C) and nitrogen (N) concentrations, and root lifespan are related to anatomical features of variable root orders for mature shrubs (～19 years old) in sandy habitats is still unclear. In this study, these relationships were investigated for three typical shrubs in Horqin Sand Land, Northeast China. Root diameter, individual root length, tissue carbon concentration, C:N ratio, root lifespan, root cross-sectional area (CSA), stele CSA, proportion of stele in root CSA, mean xylem vessel CSA and the number of xylem vessels all increased with root order for the three shrubs, while specific root length and nitrogen concentration decreased with root order. The combined root biomass of the first two orders accounted for more than 63% of the first–fourth order root biomass for all the three shrubs. Proportion of stele to root CSA and number of xylem vessels of third-order root segments were significantly higher than that of the first two orders, and third-order roots showed secondary development with a continuous cork layer. All first-order and most second-order roots exhibited primary development, had an intact cortex, a lower proportion of stele to root CSA, and a smaller number of vessels. Our research suggests that the first two order roots of shrubs in sandy habitats are responsible mainly for absorption, and that they play a major role in root turnover and C and N flux in the soil organic matter pool due to their high proportion of biomass and N concentration, as well as their short lifespan.     

黄波罗不同根序的解剖结构及其功能异质性

 细根是树木吸收水分养分的主要器官, 其生长与周转对森林生产力及生态系统物质循环具有重要的影响。为了更好地认识细根的结构特征与功能及其在根序中的分布, 采用石蜡切片方法对黄波罗(Phellodendron amurense) 1～5级根解剖结构(直径、皮层组织、通道细胞数目、维管束发育和菌根侵染等)进行了观察统计。研究表明: 细根直径、维管束直径以及维管束在根中所占的比例随根序增加而增加。1~3级根皮层层数、皮层薄壁细胞直径相近, 但总体呈减少趋势, 部分4级根有少量残留的皮层, 而成熟的5级根已经没有表皮及皮层组织。1~3级根具有通道细胞, 菌丝侵染率均较高; 4、5级根无通道细胞, 也无菌丝侵染。1、2级根是初生根, 无木栓层; 4、5级根是次生根, 具有完整的木栓层; 3级根中既有初生根, 也有次生根, 并逐渐形成木栓层。说明随根序升高, 细根吸收能力减弱, 输导能力增加, 抵御环境胁迫的能力增加, 有利于延长寿命。根据解剖结构、直径和根序的关系, 将黄波罗前3级根中直径小于0.8 mm、未形成连续木栓形成层、具有通道细胞的根定义为细根。     

Use of morphometric analysis for characterization of tobacco root growth in relation to infection byPhytophthora parasitica var.nicotianae

Development of tobacco root systems was characterized under controlled environmental conditions by use of morphometric root analysis. According to the classification scheme of this system, roots terminating in apical meristems are defined as first-order roots. Elements of second-order roots begin where two first-order roots merge, and so forth. Growth of root systems was similar for susceptible and resistant tobacco cultivars in nonautoclaved and autoclaved soils. During 15 days of growth subsequent to transplanting of 2-week-old plants, relative multiplication and extension rates of first-order and second-order roots were constant. Apparent unit extension rates of first-order and second-order root elements increased through 15 days of root system growth. Classification of tobacco root systems by the morphometric scheme provided a useful means of partitioning susceptibility of tissues to infection byPhytophthora parasitica var.nicotianae. Zoospores applied at the tips of first-order roots were most successful in causing infections; 73.3% of the roots inoculated with 16 zoospores per root tip became infected. Percentages of infections after inoculation of first-order root tissues 2 cm behind root tips or after inoculation of second-order roots were 10 and 4.3%, respectively.Florida Agricultural Experiment Station, Journal Series Paper 8106.     

高寒草甸植物群落不同根序根系特征对降雨量变化的响应

根系是草原生态系统中最重要的碳库之一,分析高寒草甸植物群落生物量和地下不同径级根系碳分配特征及根系的生长特征对降雨变化的响应,有利于了解全球变化背景下高寒草甸植物根系、土壤碳氮循环及其过程。采用微根管技术原位监测5种降雨处理下(增雨50%:1.5P、自然降雨:1.0P、减雨30%:0.7P、减雨50%:0.5P、减雨90%:0.1P)高寒草甸植物群落和根系属性(现存量、生产量、死亡量、根系寿命和周转速率)的变化特征,结果表明:(1)降雨变化对地上植物群落生物量无显著影响,但0.5P和0.1P显著增加禾本科生物量(P<0.05)。(2)总根系现存量在处理间无显著差异,但随着降雨量减少呈先增加后降低的趋势。土层间不同径级根系现存量差异显著,0-10 cm土层1.5P和0.7P1级根现存量显著增加,2级和3级根现存量显著降低;在10-20 cm土层,1.0P2级根系现存量显著高于其余处理(P<0.05)。(3)总根生产量与死亡量随降雨减少而降低,在0-10 cm土层,1.0P总根生产量和死亡量最高,0.1P显著降低了1级根生产量(P<0.05)。(4)0.1P显著增加10-20 cm土层1级根和总根寿命(P<0.05)。(5)根系周转随降雨量减少呈降低趋势,但无显著差异(P>0.05)。(6)结构方程模型进一步表明:根系现存量和生产量受土层和水分的直接影响,土层和养分对根系周转有负效应。综上所述,降雨量的变化并未显著改变地下总根系生物量,但少量降雨变化(0.7P、1.5P)会降低植物对2、3级根生物量的分配,投入更多资源以促进1级根的生长;而水分下降至轻度水分胁迫(0.1P),植物会减少地下各径级根系生物量的分配,保持低根系生物量消耗和低根系生长来维持其正常的生长状态,完成其正常的生态功能。     

刨花楠不同相对生长速率下林木叶片碳氮磷的适应特征

分别对9年生与13年生刨花楠林木叶片氮磷养分之间关系及林木生物量相对生长速率与叶片碳氮磷化学计量比关系进行分析,探讨不同相对生长速率下的林木叶片N、P养分适应特征,并检验相对生长速率假说理论对刨花楠树种的适应性。结果表明:两种年龄刨花楠林木生物量相对生长速率、叶片C、N、P含量及其计量比值均存在显著差异;同一年龄的林木叶片N、P之间存在显著相关性,二者具有协同相关性;9年生林木叶片P含量及C∶P、N∶P与生物量相对生长速率呈二次曲线相关,而13年生林木叶片N、P含量及C∶N、C∶P、N∶P则与生物量相对生长速率均呈线性相关。研究表明,在能满足植物生长所需养分供给的土壤环境中,叶片N、P含量与林木相对生长速率间呈线性正相关,但当土壤中养分供应满足不了植物高速生长时,植物则会对有限的养分资源进行适应性调整。