树木细根养分内循环

养分内循环是树木减少养分损失,提高养分利用效率的重要途径。树木细根寿命短、周转快．每年大量凋落死亡,因此,近20多年来树木细根养分内循环的研究逐渐受到人们的重视。关于树木细根养分内循环目前的研究结论比较复杂。本文从细根在树木地下部分养分内循环中的重要地位、细根养分内循环对树木减少养分损失的重要性、细根中各养分元素内循环的研究现状以及细根养分内循环研究方法存在的问题等方面综合论述了国内外的进展情况,并对今后的研究趋势进行了展望。     

应用微根管法测定细根指标方法评述

树木细根(直径<2mm)在森林生态系统能量流动和物质循环中起着重要的作用。原有的细根生产周转研究中常采用的土钻法、内生长法、挖掘法、根室法和土柱法等,均不能直接观察到细根的动态变化。微根管法是一种非破坏性、可定点直接观察和研究植物根系的方法,为研究细根的生长、衰老、死亡、分解和再生长的过程提供了有效的工具,尤其适用于细根周转、寿命和分解等方面的研究。但该技术不能直接测定单位面积的细根生物量、细根化学组成及细根周转对土壤碳和养分循环的影响,需要与土钻法结合。本文就运用微根管法对细根生物量、生产、周转和寿命等指标的研究方法进行了评述。     

国外对树木细根的研究动态

森林生态系统的研究已经深入到了生态系统的各个层次,但无论是在哪一层次上的研究,其重点往往是树木的地上部分,而对地下部分——根系的研究相对较为薄弱。主要原因是对根系的生态学作用认识不足以及根系研究的困难。近来,随着对根系特别是细根在养分循环及能流中的重要作用的认识,细根的研究已成为森林生态系统研究的一个热点。根系中粗根(直径>5mm)虽然占总生物量的20%左     

森林生态系统细根周转规律及影响因素

根系周转是陆地生态系统碳循环的关键过程,对研究土壤碳库变化及全球气候变化均具有重要意义。然而由于根系周转率的测量计算方法较多,不同方法得出的结果差异较大,且目前对全球区域尺度上森林生态系统根系周转的研究还不够充分,使得全球森林生态系统根系周转变化规律仍不清楚。该研究通过收集文献数据并统一周转率计算方法,对全球5种森林类型的细根周转空间格局进行整合,同时结合土壤理化性质和气候数据,得出影响森林生态系统细根周转的因子。结果表明,不同森林类型细根周转率存在显著差异,且随着纬度的升高逐渐降低;森林生态系统细根周转率与年平均温度和年平均降水量呈正相关;森林生态系统细根周转率与土壤有机碳含量呈正相关但与土壤pH值呈负相关。该研究为揭示森林生态系统细根周转规律及机制提供了科学依据。     

森林生态系统细根周转规律及影响因素

根系周转是陆地生态系统碳循环的关键过程, 对研究土壤碳库变化及全球气候变化均具有重要意义。然而由于根系周转率的测量计算方法较多, 不同方法得出的结果差异较大, 且目前对全球区域尺度上森林生态系统根系周转的研究还不够充分, 使得全球森林生态系统根系周转变化规律仍不清楚。该研究通过收集文献数据并统一周转率计算方法, 对全球5种森林类型的细根周转空间格局进行整合, 同时结合土壤理化性质和气候数据, 得出影响森林生态系统细根周转的因子。结果表明, 不同森林类型细根周转率存在显著差异, 且随着纬度的升高逐渐降低; 森林生态系统细根周转率与年平均温度和年平均降水量呈正相关; 森林生态系统细根周转率与土壤有机碳含量呈正相关但与土壤pH值呈负相关。该研究为揭示森林生态系统细根周转规律及机制提供了科学依据。     

四种不同生活型树种细根寿命及影响因素

以4种不同生活型树种(常绿阔叶和针叶树种、落叶阔叶和针叶树种)为研究对象,通过微根管法现地观测细根的生长动态,比较不同生活型树种细根寿命在种内和种间的差异,探讨影响细根寿命的主要因子,研究结果对理解和预测森林生态系统碳及养分循环过程具有重要的理论意义。结果表明:(1)细根形态特征(分枝结构和直径)显著影响种内细根寿命,分枝等级越低、直径越小,细根的寿命越短;(2)4个树种的细根寿命表现出明显的土层效应和季节效应,即随土壤深度增加,细根的累积存活率逐渐增加,寿命延长;而不同季节出生的细根其寿命长短模式在树种间不一致,春季或夏季出生的细根寿命要长于秋冬季;(3)常绿树种(柳杉、石栎)的细根寿命要长于落叶树种(池杉、麻栎),同时,针叶树种(池杉、柳杉)的细根寿命要长于阔叶树种(麻栎、石栎)。在同一树种内,细根寿命受细根直径、根系分枝结构、土壤环境因子(土层)等因素显著影响,但在不同树种间,细根寿命可能更依赖于树木生长速率、碳分配模式等树木整体的功能性状差异。     

氮添加对树木根系特性的影响

大气氮沉降对植物个体及整个生态系统都具有复杂的影响.本文共搜集39篇(16篇英文、23篇中文)已发表期刊论文的数据,通过整合分析方法分析了氮添加对树木根系特性的影响,并对比了发表在中、英文期刊上的结果差异.结果表明: 氮添加显著增加了细根直径(+6.7%)、细根氮含量(+8.9%)和细根呼吸速率(+17.5%),对细根生物量、细根长度、比根长、细根碳含量以及细根碳氮比的影响并不显著.不同的气候带类型和肥料类型对试验结果也具有不同的影响.另外,发表于英文期刊的试验结果的显著性普通高于发表在中文期刊上的结果.本文总结了氮添加对树木根系特性影响的普适性规律,以此分析了氮添加对森林生态系统碳循环影响的主要机理.     

鼎湖山9种常见树木细根组织N浓度的季节变化

根系在植物养分吸收、生理代谢和生态系统过程中发挥着重要作用, 然而我们对根系结构与功能的了解十分有限。以往对根系的研究往往用直径大小定义细根, 忽略了细根系统内部结构和功能的异质性。近年来的研究表明, 细根系统中的根级(root order)与根的功能有较好的相关性, 低级根个体多属于短命的吸收根。温带森林的研究表明, 非木质化的吸收根在氮(N)浓度上呈现显著的季节变化, 而与木质化的结构性根缺少N浓度的季节变化形成鲜明对比。该研究通过研究亚热带树木不同根级N浓度的季节变化, 试图验证假说: 木本植物中, 非木质化的根中N浓度具有明显的季节变化是一个普遍现象。通过对鼎湖山常见的9种木本植物不同根级的研究, 证实了在1年内的6个采样时段, 各根级的N浓度之间都存在显著差异; 与温带树种不同, 各树种不同根级的N浓度变化呈现不同的季节格局, 这与假说不符。因此认为温带与亚热带森林生态系统之间的环境差异以及树种之间的差异是导致亚热带树种低级根的N浓度季节变化不显著, 而三、四级根变化相对显著的主要原因。这些发现对于认识树木根系统内及个体水平的N分配与利用格局具有重要的意义。     

Season dynamics of carbon use efficiency and its influencing factors in the old-growth Abies fabri forest in Gongga Mountain,western Sichuan,China

碳利用效率(CUE)是植被生态系统的一个重要功能参数, 反映了植被生态系统的固碳能力, 适用于分析不同时间段内器官、个体和群落等不同层次的碳收支趋势, 因而有助于对陆地生态系统碳功能的确定与预测, 引起了广泛关注。该研究采用生物计量法, 测定和计算了川西贡嘎山东坡峨眉冷杉(Abies fabri)成熟林树木不同器官的呼吸与净生产力动态, 分析了乔木层及其各器官CUE动态及主要影响因子, 并估算了乔木层不同径级树木CUE。主要结果: (1)乔木层各器官月呼吸速率与温度呈正相关关系, 以细根月呼吸速率为最大; 不同径级树木年呼吸量无显著差异, 以小径级树木树干的年呼吸量为最小。(2)乔木层细根和树干月净初级生产力(NPP)均随温度增加而增加, 以细根月NPP为最大。小径级树木年NPP最大, 其针叶年NPP也显著高于中径级和大径级树木。(3)林分乔木层及其各器官CUE大多集中在0.30-0.60之间, 其中细根、树干CUE具有相似的月变化动态, 均随温度的升高而上升。不同径级树木CUE及树干和针叶CUE均随树木个体的增大而明显下降。(4)气温和土壤温度与乔木层树干和细根CUE呈正相关关系, 而降水量与针叶CUE呈负相关关系。细根CUE与树干CUE呈正相关关系,与针叶CUE呈负相关关系。峨眉冷杉成熟林乔木层CUE主要取决于树干和细根CUE。该研究证实了川西亚高山暗针叶成熟林仍具有较强的碳汇功能, 在区域碳储存和森林生态系统碳循环中发挥着极其重要的作用。     

贡嘎山峨眉冷杉成熟林碳利用效率季节动态及其影响因子

碳利用效率(CUE)是植被生态系统的一个重要功能参数, 反映了植被生态系统的固碳能力, 适用于分析不同时间段内器官、个体和群落等不同层次的碳收支趋势, 因而有助于对陆地生态系统碳功能的确定与预测, 引起了广泛关注。该研究采用生物计量法, 测定和计算了川西贡嘎山东坡峨眉冷杉(Abies fabri)成熟林树木不同器官的呼吸与净生产力动态, 分析了乔木层及其各器官CUE动态及主要影响因子, 并估算了乔木层不同径级树木CUE。主要结果: (1)乔木层各器官月呼吸速率与温度呈正相关关系, 以细根月呼吸速率为最大; 不同径级树木年呼吸量无显著差异, 以小径级树木树干的年呼吸量为最小。(2)乔木层细根和树干月净初级生产力(NPP)均随温度增加而增加, 以细根月NPP为最大。小径级树木年NPP最大, 其针叶年NPP也显著高于中径级和大径级树木。(3)林分乔木层及其各器官CUE大多集中在0.30-0.60之间, 其中细根、树干CUE具有相似的月变化动态, 均随温度的升高而上升。不同径级树木CUE及树干和针叶CUE均随树木个体的增大而明显下降。(4)气温和土壤温度与乔木层树干和细根CUE呈正相关关系, 而降水量与针叶CUE呈负相关关系。细根CUE与树干CUE呈正相关关系,与针叶CUE呈负相关关系。峨眉冷杉成熟林乔木层CUE主要取决于树干和细根CUE。该研究证实了川西亚高山暗针叶成熟林仍具有较强的碳汇功能, 在区域碳储存和森林生态系统碳循环中发挥着极其重要的作用。     

Evaluating minirhizotron estimates of fine root longevity and production in the forest floor of a temperate broadleaf forest

The minirhizotron technique (MR) for in situ measurement of fine root dynamics offers the opportunity to obtain accurate and unbiased estimates of root production in perennial vegetation only if MR tubes do not affect the longevity of fine roots. Assuming fine root biomass is near steady-state, fine root production (g m^–2 yr^–1) can be estimated as the ratio of fine root biomass (g m^–2) to median fine root longevity (yr). This study evaluates the critical question of whether MR access tubes affect the longevity of fine roots, by comparing fine root survivorship obtained using MR with those from a non-intrusive in situ screen method in the forest floor horizons of a northern hardwood forest in New Hampshire, USA. Fine root survivorship was measured in 380 root screens during 1993–1997 and in six horizontal minirhizotron tubes during 1996–1997. No statistically significant difference was found between estimates of survivorship of fine roots (<1 mm dia.) at this site from MR versus from in situ screens, suggesting that MR tubes do not substantially affect fine root longevity in the forest floor of this northern hardwood forest and providing greater confidence in measurements of fine root production using the MR technique. Furthermore, the methodology for estimating fine root production from MR longevity data was evaluated by comparison of fine root longevity and production estimates made using single vs. multiple root cohorts, and using root-number, root-length, and root-mass weighted methods. Our results indicate that fine root-length longevity estimates based on multiple root cohorts throughout the year can be used to approximate fine root biomass production. Using this method, we estimated fine root longevity and production in the forest floor at this site to be 314 days (or 0.86 yr) and 303 g m^–2 yr^–1, respectively. Fine root production in this northern hardwood forest is approximately equivalent to standing biomass and was previously underestimated by root in-growth cores. We conclude that the use of MR to estimate fine root longevity and production as outlined here may result in improved estimates of fine root production in perennial vegetation.     

氮沉降对森林生态系统碳吸存的影响

工业化带来的大气氮沉降增加是影响森林生态系统碳吸存的重要因素。将森林碳库分为地上和地下两部分,从3个方面综述了国内外氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的研究现状。(1)地上部分:氮限制的温带森林,氮沉降增加了地上部分碳吸存。氮丰富的热带森林,氮沉降对地上部分碳吸存没有影响。过量的氮输入会造成森林死亡率的上升,从而降低地上部分碳吸存。(2)地下部分:相比地上部分研究得少,表现为增加、降低和没有影响3种效果。(3)目前的结论趋向于认为氮沉降促进森林生态系统碳吸存,然而氮沉降所带来的森林生态系统碳吸存能力到底有多大依然无法确定,这也将成为未来氮碳循环研究的重点问题。分析了氮沉降影响森林生态系统碳吸存的机理,介绍了氮沉降对森林生态系统碳吸存影响的4种研究方法。探讨了该领域研究的不足及未来的研究方向。     

毛竹种群向常绿阔叶林扩张的细根策略

为了探讨毛竹(Phyllostachys pubescens)种群向常绿阔叶林扩张的根系策略, 该文采用根钻法和内生长法, 在江西大岗山选取毛竹林与阔叶林的交错区——竹阔界面(bamboo-broad-leaved forest interface), 并垂直于界面连续设置毛竹林、毛竹与阔叶树的混交林(以下简称为竹阔混交林)、常绿阔叶林3种样地, 比较分析其细根的空间分布格局、比根长、根长密度、生长速率和周转率等指标。结果表明: 毛竹林细根生物量(1201.60 g·m^-2) >竹阔混交林(601.18 g·m ^-2) >常绿阔叶林(204.88 g·m ^-2); 在毛竹与阔叶树竞争的混交林中, 毛竹细根分布趋向于上层土壤(与毛竹林细根相比), 且其比根长也显著增加, 平均增幅高达123.42%, 总根长密度比阔叶树大2.1倍; 同时, 毛竹细根生长速率和周转率均高于阔叶树。这些结果说明毛竹可通过广布、精准、灵活、快速等细根竞争策略, 提高资源获取能力, 实现种群扩张。     

杉木叶片、细根功能性状对毛竹扩张及伐除的响应

功能性状能够反映植物对不同环境的适应策略。毛竹扩张与外来植物入侵相似，常引起原有植物生存环境的改变，而原有植物功能性状对毛竹扩张及伐除的响应机制尚不清楚。选取毛竹-杉木混交林和去竹杉木林为研究对象，以杉木纯林为对照，比较分析杉木比叶面积、叶干物质含量、叶组织密度等叶功能性状以及比根长、细根生物量、细根根长密度等细根功能性状的变化以及其间的相关关系。结果表明：(1)与杉木纯林相比，混交林中杉木的叶相对含水量以及叶干物质含量分别减少了5.07%、0.032 g/g,叶组织密度以及比叶面积分别增加了0.005 g/cm³、10.33 cm²/g;而去竹杉木林中，杉木比叶面积、叶相对含水量减少，叶干物质含量和叶组织密度则呈上升趋势。(2)与杉木纯林相比，混交林中杉木细根生物量、细根体积密度以及细根根长密度都不断下降，而杉木细根比根长在0—20 cm土深处显著增加(P<0.05);而去竹杉木林中杉木细根比根长、细根根长密度和细根生物量则显著降低(P<0.05),细根体积密度在20—30 cm土深处有所增加。(3)杉木纯林中杉木细根功能性状间...     

米槠次生林和天然林细根养分及化学计量特征

探讨人为干扰对森林养分利用和生物地球化学循环特征的影响,对亚热带米槠(Castanopsis carlesii)次生林和天然林细根化学计量特征及其随土壤深度(0～80cm)的变化趋势进行了研究。结果表明,混合线性模型表明林分和土层深度对细根化学计量特征影响的主效应显著,但是交互作用不显著;米槠次生林细根N和P含量均显著低于天然林,而细根C浓度、C:N、C:P显著高于天然林,天然林1～2mm细根C浓度显著低于次生林;天然林和次生林细根N、P含量均随土层深度增加而呈显著下降趋势,C:N、C:P、N:P均随土层深度增加而呈显著上升趋势,且两林分下降趋势无显著差异;天然林和次生林细根N、P含量及N:P分别与土壤全N、全P含量和N:P存在线性关系,而细根N、P含量和N:P随土层深度变化均与直径显著相关,与细根比根长(SRL)无关。天然林经过人为干扰后,细根化学计量特征随土层深度变化规律虽未发生改变,但细根N和P浓度显著降低。     

Fine‐root exploitation strategies differ in tropical old growth and logged‐over forests in Ghana

Understanding the changes in root exploitation strategies during post‐logging recovery is important for predicting forest productivity and carbon dynamics in tropical forests. We sampled fine (diameter < 2 mm) roots using the soil core method to quantify fine‐root biomass and architectural and morphological traits to determine root exploitation strategies in an old growth forest and in a 54‐yr‐old logged‐over forest influenced by similar parent material and climate. Seven root traits were considered: four associated with resource exploitation potential or an ‘extensive’ strategy (fine‐root biomass, length, surface area, and volume), and three traits which reflect exploitation efficiency or an ‘intensive’ strategy (specific root area, specific root length, and root tissue density). We found that total fine‐root biomass, length, surface area, volume, and fine‐root tissue density were higher in the logged‐over forest, whereas the old growth forest had higher total specific root length and specific root surface area than the logged‐over forest. The results suggest different root exploitation strategies between the forests. Plants in the old growth forest invest root biomass more efficiently to maximize soil volume explored, whereas plants in the logged‐over forest increase the spatial distribution of roots resulting in the expansion of the rhizosphere.     

宁夏大罗山4种主要植被类型的细根生物量

采用根钻法,分析了宁夏大罗山4种主要植被类型(青海云杉纯林、油松纯林、落叶灌木和荒漠草原)0～40 cm土层的细根生物量、土壤含水量和土壤容重,并对50 a、70 a和100 a 3种树龄的青海云杉纯林细根生物量进行了研究.结果表明: 4种植被类型的细根生物量集中分布在0～20 cm土层,大小顺序为油松纯林>青海云杉纯林>落叶灌木>荒漠草原,其中油松纯林显著高于其他3种植被类型;不同树龄青海云杉纯林细根生物量表现为70 a > 100 a > 50 a,且其活细根和死细根生物量分配比例无显著性差异;4种植被类型下0～40 cm土壤含水量的大小表现为:青海云杉纯林>油松纯林>落叶灌木>荒漠草原;土壤容重则呈相反的规律,并与细根生物量呈极显著负相关.