Effects of nitrogen addition on root dynamics in an alpine meadow,Northwestern Sichuan

该文以川西北高寒草甸为研究对象, 采用微根管法研究了不同施氮(N)水平下高寒草甸植物群落根系现存量、生产量、死亡量和周转率的变化及其与土壤理化性质的相互关系。结果表明: N添加显著增加了土壤速效氮(AN)含量, 降低了土壤pH值, 但是对土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量无显著影响。在0-10 cm土层, 平均根系现存量和累积根系生产量无显著变化, 累积根系死亡量在N10处理下显著降低了206.1 g·m ^-2, 根系周转率在N30处理下显著提高了17%; 在10-20 cm土层, N添加处理的平均根系现存量和累积根系生产量分别显著降低了195.3和142.3 g·m ^-2 (N10)、235.8和212.1 g·m ^-2 (N20)、198.0和204.4 g·m ^-2 (N30), 累积根系死亡量和周转率无显著变化。此外, 累积根系生产量、死亡量和周转率与AN含量相关性较大, 而平均根系现存量与SOM、AN和TN含量相关性较大。综上所述, N添加对高寒草甸的影响主要通过改变土壤可利用N含量, 进而影响根系的动态特征、空间分布格局和周转以及碳分配特征。     

氮肥添加对川西北高寒草甸植物群落根系动态的影响

该文以川西北高寒草甸为研究对象, 采用微根管法研究了不同施氮(N)水平下高寒草甸植物群落根系现存量、生产量、死亡量和周转率的变化及其与土壤理化性质的相互关系。结果表明: N添加显著增加了土壤速效氮(AN)含量, 降低了土壤pH值, 但是对土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量无显著影响。在0-10 cm土层, 平均根系现存量和累积根系生产量无显著变化, 累积根系死亡量在N10处理下显著降低了206.1 g·m ^-2, 根系周转率在N30处理下显著提高了17%; 在10-20 cm土层, N添加处理的平均根系现存量和累积根系生产量分别显著降低了195.3和142.3 g·m ^-2 (N10)、235.8和212.1 g·m ^-2 (N20)、198.0和204.4 g·m ^-2 (N30), 累积根系死亡量和周转率无显著变化。此外, 累积根系生产量、死亡量和周转率与AN含量相关性较大, 而平均根系现存量与SOM、AN和TN含量相关性较大。综上所述, N添加对高寒草甸的影响主要通过改变土壤可利用N含量, 进而影响根系的动态特征、空间分布格局和周转以及碳分配特征。     

模拟氮沉降对中亚热带杉木幼树根系生物量的影响

植物根系是全球陆地生态系统碳储量的重要组成部分,在全球生态系统碳循环中起着重要作用,日益加剧的氮沉降会影响根系生物量在空间和不同径级的分配,进而影响森林生态系统的生产力和土壤养分循环。以杉木幼树为研究对象,通过野外氮沉降模拟实验,研究氮沉降四年后对不同土层、不同径级根系生物量的影响。结果发现：（1）低氮和高氮处理总细根生物量较对照均无显著差异（P > 0.05）,高氮处理粗根生物量及总根系生物量较对照分别增加45%和40%（P < 0.05）;（2）与对照相比,施氮处理显著增加20-40 cm与40-60 cm土层细根和粗根生物量,且在低氮处理下,20-40 cm土层细根、粗根在总土层细根与粗根生物量的占比显著提高。（3）与对照相比,高氮处理显著增加了2-5 mm、5-10 mm及10-20 mm径级的根系生物量,低氮处理显著增加2-5 mm、5-10 mm径级根系生物量,且显著降低20-50 mm径级根系生物量。综上所述表明：氮沉降后杉木幼树通过增加较粗径级根系来增加对养分及水分的输送,同时通过增加深层根系生物量及其比例的策略来维持杉木幼树的快速生长;而根系生物量的增加,在一定程度上会增加根系碳源的输入,影响土壤碳循环过程。     

短期增温对西藏念青唐古拉山典型植物群落结构和稳定性的影响

青藏高原气候变暖幅度显著高于全球其他区域,深刻影响着该地区植物群落的结构和稳定性。选择西藏念青唐古拉山的三种典型植物群落(高寒草原、高寒草甸和流石滩)作为研究对象,采用开顶式增温箱(OTC)模拟增温,研究了短期增温对植物群落结构和稳定性的影响。结果表明:(1)增温改变了群落的优势物种,影响其结构组成,而对物种多样性无显著影响;(2)增温显著降低了高寒草甸的地上生物量(P < 0.05),增加地下生物量(P < 0.01),从而导致了群落地下地上生物量分配策略的改变;(3)增温降低群落中部分物种的生态位宽度,进而影响群落稳定性,其中高寒草甸变化最大,达到-66.8%。研究结果可为青藏高原高寒草地生态系统应对和适应未来气候变化提供一定科学依据。     

三江源区高寒坡地退化植物群落多样性和地上生物量沿海拔梯度的变化特征

山地生态系统退化对生物多样性和地上生物量,以及相互关系在海拔高度梯度上的格局影响,是认识全球变化和人类干扰引起自然生态系统变化的重要内容。以青藏高原三江源区高寒坡地退化草甸和灌丛为研究对象,探讨退化草甸、灌丛群落物种多样性与地上生物量关系及其沿海拔梯度的变化规律。结果表明:(1)坡地退化的上坡位植被盖度显著大于下坡位(P＜0.05)。坡地退化高寒草甸和高寒灌丛,植物物种多样性沿海拔梯度变化规律一致,均呈现"单峰"分布格局。坡地退化高寒草甸Shannon-wiener指数和Simpson指数二次回归方程解释度达到80%和70%以上(P＜0.05)。(2)坡地退化高寒草甸和高寒灌丛的地上生物量与海拔梯度的变化规律一致,即随海拔升高高寒坡地地上生物量呈先增加后降低的变化趋势。海拔梯度对退化高寒山地地上生物量的解释度达到85%以上(P＜0.05)。(3)物种多样性和地上生物量的关系在两个坡地上表现出一致的规律,呈线性增加的变化趋势。高寒草甸坡地回归方程解释度达到70%,高寒灌丛坡地达到60%(P＜0.05)。坡地退化高寒灌丛植物群落多样性和地上生物量高于高寒草甸植物群落。高寒坡地退化草甸和灌丛植物群落物种多样性以及其与地上生物量之间的关系沿海拔梯度的变化规律一致,海拔梯度造成的环境差异对植物群落物种多样性和地上生物量影响仍较大。该研究对认识三江源区退化山地形成生态学机制,及提出有效的生态恢复措施具有重要参考价值。     

不同修复措施对黄河源退化高寒草甸植物群落与土壤养分的影响

为了揭示退化高寒草甸逆向转变的驱动因子，通过野外调查和室内分析相结合的方法探究了黄河源不同修复措施（施有机肥F、免耕补播N、施有机肥+免耕补播FN）处理高寒草甸植物群落特征、土壤理化性质和两者相关性的变化规律，阐明不同修复措施对黄河源退化高寒草甸植物群落与土壤养分的影响。结果表明：免耕补播显著增加草甸物种丰富度指数（P<0.05）；施有机肥+免耕补播显著增加草甸植物盖度、总生物量、Shannon Wiener多样性指数和Pielous均匀度指数（P<0.05）。不同人工修复后草甸植物功能群地上、地下生物量变化趋势基本一致（除豆科）。和对照相比，莎草科，杂类草地上和地下生物量含量在N、FN处理分别降低83.04%、73.86%、30.43%、92.37%和96.51%、84.09%、85.68%、95.36%；禾本科地上和地下生物量含量在F、N和FN处理分别增加7.29%、23.45%、17.93%和6.04%、4.03%、10.52%；豆科地上生物量含量基本保持不变，地下生物量含量在F、N和FN处理分别降低24.43%、82.19%和42.61%。F显著增加土壤有机碳含量（P=0.033）；N显著降低土壤NO₃^--N含量（P=0.009）；FN显著降低土壤pH和增加土壤速效磷含量（P=0.024）；F和FN显著增加土壤含水量（P=0.000），N则显著降低土壤含水量（P=0.000）；F显著降低土壤容重（P=0.018）。相关性分析表明植物Shannon Wiener多样性和Pielous均匀度与土壤速效磷含量呈显著正相关（P=0.037；P=0.033），土壤有机碳和含水量与总生物量呈显著正相关（P=0.027；P=0.032），pH与盖度呈显著负相关（P=0.049）。冗余度分析结果表明土壤有机碳含量和含水量显著影响了植物群落结构特征，解释率分别为30.3%和19.7%。研究结果表明，因地制宜进行退化高寒草甸施有机肥+免耕补播修复措施，能够明显提高草地生产力，改善草甸植物群落及其土壤养分和水分环境。     

基于地理编码和突变分析的高寒草甸植物群落退化阈值识别

明确植物群落退化阈值，进而划分草甸退化程度对指导高寒草甸退化修复有重要意义。为建立识别植物群落退化阈值的方法，并基于阈值划分草甸退化程度，于2018年在云南省香格里拉市选取受人类活动干扰严重的典型高寒草甸开展植物群落调查，然后在地理编码的基础上用Mann-Kendall突变检验识别植物群落的结构指标（物种丰富度，R；优良牧草综合优势度，P_SDR）和功能指标（地上生物量，AGB）的突变点，这些突变点即植物群落结构指标和功能指标的变化阈值。据此划分高寒草甸植物群落的退化程度。结果表明：1）研究区内草甸植物群落R的变化阈值为10种、13种和17种；P_SDR的变化阈值为0.25、0.30和0.39；植物群落AGB的变化阈值为31.98 g/m²和91.68 g/m²；2）研究区内高寒草甸植物群落退化等级可划分为"基本退化类型"和"过渡退化类型"两大类。其中，"基本退化类型"包括三类：I级退化，即13种≤ R<17种、0.30 ≤ P_SDR<0.39、31.98 g/m² ≤ AGB<91.68 g/m²；II级退化，即10种≤ R<13种、0.25 ≤ P_SDR<0.30、31.98 g/m² ≤ AGB<91.68 g/m²；III级退化，即R<10种、P_SDR<0.25、AGB<31.98 g/m²；"过渡退化类型"为介于3个基本退化类型之间的类型，包括四类：1）I级正向过渡，即I级退化向健康草甸过渡阶段；2）I级反向过渡阶段，即I级退化向II级退化过渡阶段；3）II级反向过渡阶段，即II级退化向III级退化过渡阶段；4）III级正向过渡阶段，即III级退化向II级退化过渡阶段。本研究表明，可基于地理编码和突变分析识别高寒草甸植物群落结构和功能指标的退化阈值，进而客观、完整地划分高寒草甸植物群落的退化阶段，为其生态修复提供支撑。     

高寒草甸地下根系生长动态对积雪变化的响应

2013年11月至2014年8月在青藏高原东缘红原县高寒草甸通过人工堆积的方法,进行了积雪量野外控制试验。以自然降雪的积雪量为对照(CK),设置了S1、S2和S3(积雪量分别为自然对照的2倍、3倍和4倍)3个处理,运用微根窗法追踪研究了积雪量改变后高寒草甸植被根系生长动态,并测定了积雪变化对土壤温度的影响。结果表明:高寒草甸植被根系生长存在明显的季节性变化,随着时间的推移,根系表面积、根尖数量及现存量逐渐增加并在8—9月达到最大值;当冬季积雪量达到143.4mm(S1),对根系生长最为有利(根系表面积、根尖数量、现存量及生产量最大),根系生长旺盛期(净生产速率较高)有所提前和延长,但随着积雪量进一步增加,积雪对根系生长的正效应逐渐降低,根系生长旺盛期逐渐推迟甚至消失;研究还发现,随着积雪量增加,0—10 cm土层土壤温度逐渐降低,相似的变化规律也出现在10—20 cm土层,但在时间上有所延迟;相关性分析表明,在不同土层中,根系生长与土壤温度均呈正相关。因此,积雪变化通过改变土壤温度影响高寒草甸植物根系的生长发育,最终可能会影响高寒草甸生态系统的碳分配与碳循环过程。     

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨根系分布特征及其与根系吸水的关系

采用剖面法对宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨(triploid Populus tomentosa)的根系分布特征进行了研究;采用管式TDR系统对土壤剖面含水率变化动态进行了连续观测,并据此计算林木根系吸水速率,以探讨土壤含水率、根系分布和根系吸水分布之间的相关关系。研究结果表明:毛白杨的总平均根长密度在林带两侧和不同径向距离处非常接近(P>0.05);但在不同土层间变化很大(P<0.01),其中0-20和60-150 cm土层为根系主要分布区域,其根系所占比例共达86%;不同径阶间的根长密度差异显著(P<0.01),且其比例关系会随空间位置的改变而发生变化。不同栽植方位下,林带东侧毛白杨根系分布的浅层化程度高于西侧,且在径向240-280 cm内其0-0.5 mm的极细根显著多于西侧(P<0.05)。因此,宽窄行栽植模式下,深度和径阶是毛白杨根系分布的主要影响因子,而栽植方位会对其形态构型产生影响。毛白杨根系吸水模式受细根分布的影响,但会随土壤剖面水分有效性分布的变化而变化:当表土层水分有效性增加时,根系吸水主要集中在表土层;当表土层水分有效性降低时,深层土壤根系的吸水贡献率会逐渐增加;当土壤剖面水分条件异质性较高时,根系吸水主要集中在根系密度与水分有效性均较高的区域;当土壤剖面水分分布均匀且不存在水分胁迫时,根系吸水分布与细根分布最为一致。     

甘南高寒草甸坡向梯度对植物群落功能多样性的影响

植物群落功能多样性对于维持生态系统功能具有十分重要的意义。该研究以青藏高原高寒草甸植物群落为研究对象,运用R软件程序包(FD、Vegan)与单因素方差分析法,分析高寒草甸不同坡向植物群落功能多样性的变化及其与环境因子的关系,以揭示微生境梯度上植物对环境的适应策略以及群落种间功能特征及生态系统内部结构和功能的变化机制。结果显示：(1)青藏高原高寒草甸的北坡和西北坡的物种丰富度、植物株高、比叶面积、叶片有机碳、叶片氮以及叶片磷显著高于其他坡向,且坡向间差异显著(P<0.05)。(2)在北坡到南坡的变化中,功能丰富度差异比较明显(P<0.05),株高、比叶面积、叶片有机碳、叶片氮及叶片磷等功能丰富度均呈递减趋势。(3)北坡的株高功能均匀度、西北坡比叶面积、叶片有机碳、叶片氮及叶片磷等功能均匀度均显著高于南坡,且多元性状功能均匀度在坡向间差异显著(P<0.05)。(4)北坡的比叶面积、叶片氮功能离散度及西北坡的株高、叶片有机碳、叶片磷等功能离散度均高于南坡,且坡向间差异显著(P<0.05)。(5)植物群落功能多样性与土壤含水量、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷呈显著正相关关系(P<0.05),与坡度、土壤pH、土温、照度呈显著负相关关系(P<0.05)。     

Fine root turnover of irrigated hedgerow intercropping in Northern Kenya

Fine root turnover (<2 mm) was determined from repeated measurements of root distribution up to 120 cm soil depth by core sampling in four month intervals. Sole cropped Sorghum bicolor and Acacia saligna were compared with the agroforestry combination in an alley cropping system in semiarid Northern Kenya. Three methods for the calculation of root production were used: the max-min, balancing-transfer and compartment-flow method. The highest root biomass was found in the topsoil for all cropping systems, though trees had a deeper root system. Trees and crops had a similar amount of below-ground biomass during the vegetation period (0.3 and 0.4 Mg DM ha^-1 120 cm^-1), but in the agroforestry combination root biomass was more than the sum of the sole cropped systems (1.1 Mg DM ha^-1 120 cm^-1). The tree system showed a very static root development with little fluctuation between seasons, whereas root biomasses were very dynamic in the crop and tree + crop systems. Root production was highest in the tree + crop combination with 2.1 Mg DM ha^-1 a^-1, with about 50% less in sole cropped trees and crops. Root N input to soil decreased in the order tree + crop>tree>crop system with 13.5, 11.0 and 3.2 kg N ha^-1 a^-1, and cannot be estimated from total below-ground biomass or carbon turnover, as N is accumulated in senescing roots. Such low N input to soil stresses the need for investigating other processes of nutrient input from roots to soil. Areas of highest N input were identified in the topsoil under the tree row in the tree system. Resource utilisation and C and N input to soil were highest with a combination of annual and perennial crops.     

短期氮磷配施对刨花楠细根形态及其土壤微生物的影响

以1年生刨花楠幼苗为研究对象,通过不同的氮磷配施实验,采用扫描根系法和磷脂脂肪酸法,研究不同氮磷配施处理对刨花楠幼苗1—4级细根根序形态特征及其土壤微生物的影响。结果表明:(1)4种氮磷配施处理均显著增加了刨花楠1—2级根的比根长和比根面积(P0.05),降低了3—4级根的比根面积(P0.05);(2)通过不同梯度的氮磷配施,1—2级细根的根组织密度呈下降态势,而3—4级根的组织密度则显著增加(P0.05),体现低级根与高级根之间的权衡;(3)4种氮磷配施处理都显著降低刨花楠1—4级细根的平均直径(P0.05);(4)随着氮磷比的增加,微生物总量及细菌、真菌与放线菌数量等均呈现先增加后降低的趋势,并均在N∶P为10∶1时达到最大;(5)氮磷配施条件下,细菌、真菌等与1—2级细根的比根长和比根面积呈显著正相关,而与4级根的比根长和比根面积则呈显著负相关,革兰氏阳性菌、真菌等与3—4级根的组织密度存在显著正相关,而与1—2级根的组织密度无显著相关性。各级根序的平均直径均与土壤微生物无显著相关性。研究结果表明,短期氮磷配施以N∶P为10∶1的效果最好,其最有利于提高刨花楠苗木细根的养分吸收能力与养分吸收效率,苗木通过调整细根形态来适应氮沉降,其地下生物群落如土壤微生物及其与细根的关系也发生变化,进而影响地下生态系统碳氮循环和养分流动。     

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。     

Production, turnover and mycorrhizal colonization of root systems of three Populus species grown under elevated CO2 (POPFACE)

A fast growing high density Populus plantation located in central Italy was exposed to elevated carbon dioxide for a period of three years. An elevated CO₂ treatment (550 ppm), of 200 ppm over ambient (350 ppm) was provided using a FACE technique. Standing root biomass, fine root turnover and mycorrhizal colonization of the following Populus species was examined: Populus alba L., Populus nigra L., Populus x euramericana Dode (Guinier). Elevated CO₂ increased belowground allocation of biomass in all three species examined, standing root biomass increased by 47–76% as a result of FACE treatment. Similarly, fine root biomass present in the soil increased by 35–84%. The FACE treatment resulted in 55% faster fine root turnover in P. alba and a 27% increase in turnover of roots of P. nigra and P. x euramericana. P. alba and P. nigra invested more root biomass into deeper soil horizon under elevated CO₂. Response of the mycorrhizal community to elevated CO₂ was more varied, the rate of infection increased only in P. alba for both ectomycorrhizal (EM) and arbuscular mycorrhizas (AM). The roots of P. nigra showed greater infection only by AM and the colonization of the root system of P. x euramericana was not affected by FACE treatment. The results suggest that elevated atmospheric CO₂ conditions induce greater belowground biomass investment, which could lead to accumulation of assimilated C in the soil profile. This may have implications for C sequestration and must be taken into account when considering long‐term C storage in the soil.     

Significance of temperature and precipitation for maize root distribution in the field

Measurements of maize (Zea mays L.) root distribution with depth in the soil for nine years in a 11-year period revealed significantly different distribution patterns. Weather variations were expected to be related to the amount of roots found in each of the five 15-cm soil layers. The objective of this study was to attempt to explain root distribution in the field on the basis of precipitation and temperature data for the nine growing seasons. Growing degree days (GDD), accumulated in daily increments from planting to silking, were used to describe temperature effects. Correlations were calculated for weekly time increments of GDD versus root length densities at silking in all soil layers. Root length density below 30 cm was correlated (P=0.05) with GDD for two weeks following planting, whereas no relation was found between GDD and root length density in the topsoil. Amount of precipitation was accumulated in weekly increments from silking to planting and correlated with root length density in the soil layers at silking. This procedure evaluated the relation between precipitation and root growth during the vegetative growth period. Root length density in the 0 to 15 cm layer was found to be related significantly (P=0.05) to precipitation. The period 3 weeks prior silking gave the highest correlation coefficient (r=0.79). Journal Paper no. 10,629. Purdue Univ. Agric. Exp. Stn., W. Lafayette, IN 47907. Contribution from the Dep. of Agronomy. The research was supported in part by BARD, United States-Israel Binational Agricultural Research and Development Fund, and Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

帽儿山温带落叶阔叶林细根生物量、生产力和周转率

细根在森林生态系统能量流动与物质循环中占有重要地位,但其生物量、生产和周转测定尚存在很大的不确定性,而且局域尺度空间变异机制尚不清楚。本研究分析了帽儿山温带天然次生林活细根生物量和死细根生物量在0～100 cm剖面的垂直分布与0～20 cm细根的季节动态、生产力和周转率,对比了采用连续根钻法(包括决策矩阵法和极差法)和内生长袋(直径3和5 cm)估测细根生产力和细根周转率,并探讨了可能影响细根的林分因子。结果表明: 76.8%的活细根生物量和62.9%的死细根生物量均集中在0～20 cm土层,随着深度增加,二者均呈指数形式减少。活细根生物量和死细根生物量的季节变化不显著,可能与冬季几乎无降雪而夏季降雨异常多有关。2种直径内生长袋估计的细根生产力无显著差异;对数转换后决策矩阵、极差法和内生长法估计的细根生产力和细根周转率差异显著。随着土壤养分增加,活细根生物量和死细根生物量比值显著增加,死细根生物量显著减少,但活细根生物量、细根生产力和细根周转率均无显著变化;细根周转率与前一年地上木质生物量增长量呈显著正相关,但与当年地上木质生物量增长量无显著相关关系。     

Root dynamics in plant and ratoon crops of sugar cane

The root system of a sugar cane crop on an Ultisol in northeastern Brazil was examined throughout the plant and first ratoon crop cycles, using both coring and minirhizotron methods. Total root masses (living plus dead, 0.9–1.1 kg m^-2) and live root lengths (14.0–17.5 km m^-2) were greater during the ratoon cycle than at the end of the plant cane cycle (0.75 kg m^-2 and 13.8 km m^-2, respectively). Root die-back during the two weeks following ratoon harvest was estimated to be 0.15 kg m^-2, about 17% of the total root mass. Root die-back after the plant cane harvest was lower because fire was not used at this harvest and soil humidity was higher under the accumulated litter. A small amount of fine roots proliferated in the litter layer, amounting to 1% of the total mass and 3% of the total length. Root turnover could not be accurately assessed from minirhizotron observations due to variation in the relationship between coring data and the minirhizotron data with both time and soil depth.     

Increased temperature and precipitation interact to affect root production,mortality, and turnover in a temperate steppe: implications for ecosystem C cycling

Fine root production and turnover play important roles in regulating carbon (C) cycling in terrestrial ecosystems. In order to examine effects of climate change on root production and turnover, a field experiment with increased temperature and precipitation had been conducted in a semiarid temperate steppe in northern China since April 2005. Experimental warming decreased annual root production, mortality, and mean standing crop by 10.3%, 12.1%, 7.0%, respectively, while root turnover was not affected in 2006 and 2007 by the warming. Annual root production and turnover was 5.9% and 10.3% greater in the elevated than ambient precipitation plots. Changes in root production and mortality in response to increased temperature and precipitation could be largely attributed to the changes in gross ecosystem productivity (GEP) and belowground/aboveground C allocation. There were significant interactive effects of warming and increased precipitation on root productivity, mortality, and standing crop. Experimental warming had positive and negative effects on the three root variables (root production, mortality, standing crop) under ambient and increased precipitation, respectively. Increased precipitation stimulated and suppressed the three root variables in the unwarmed and warmed subplots, respectively. The positive dependence of soil respiration and ecosystem respiration upon root productivity and mortality highlights the important role of root dynamics in ecosystem C cycling. The nonadditive effects of increased temperature and precipitation on root productivity, mortality, and standing crop observed in this study are critical for model projections of climate–ecosystem feedbacks. These findings indicate that carbon allocation is a focal point for future research and that results from single factor experiments should be treated with caution because of factor interactions.     

青藏高原高寒草原根系动态对氮添加的响应及其调控因素

本研究于2015—2016年进行野外控制试验,分析了不同施氮(N)水平(0、1、2、4、8、16 g N·m^-2·a^-1)对青藏高原高寒草原根系生产、周转速率和现存量的影响及其调控因素。结果表明: 随着施N量的增加,根系生产量和现存量呈线性或指数下降的趋势。与对照相比,16 g N·m^-2·a^-1处理根系生产量和现存量2年平均下降43.0%和45.7%。根系周转速率呈先上升后下降的趋势,2015年和2016年分别在2和4 g N·m^-2·a^-1处理达到峰值。线性混合模型结果显示,根系淀粉含量是调控根系生产量和周转速率的主要因素,分别解释二者变异的21.7%和25.4%;而根系现存量则受根系蛋白含量的影响,其解释率为20.8%。N富集对根系生产和现存量表现出抑制作用,低N促进而高N抑制根系周转速率,根系碳氮代谢指标是调控根系动态对N添加响应的主要因素。     

青海省森林细根生物量及其影响因子

细根是植物吸收水分和养分的主要器官。全球变暖背景下,研究森林细根生物量及其环境因子的变化对生态系统碳平衡、碳收支及其贡献率具有重要意义。采用土钻法和室内分析法对青海省森林6个海拔梯度上5种林分类型的细根生物量和土壤理化性质进行测定,并分析了与环境因子之间的相互关系。结果表明:(1)青海省森林0—40 cm土层总细根生物量平均为8.50 t/hm~2,随着海拔梯度的增加先降低后升高,不同海拔梯度细根生物量差异显著(P0.05),最大值出现在2100—2400 m处。(2)5种林分0—40 cm土层总细根生物量为:白桦白杨云杉圆柏山杨,不同林分间细根生物量差异不显著。(3)细根垂直分布随土层深度增加而减少,且70%的细根集中在表层(0—20 cm)。(4)土壤容重深层(20—40 cm)显著大于表层(P0.05),并随海拔梯度逐步增加,且林分间差异较大。(5)全碳(Total carbon, TC)、全氮(Total nitrogen, TN)、全磷(Total phosphorus, TP)含量表层显著高于深层。TC、TN随海拔升高先增后降低,TP则随海拔逐步降低。不同林分间土壤养分差异较明显。(6)结构方程模型分析得到海拔、土层、容重直接影响细根生物量,细根生物量直接影响土壤养分。林分类型通过土壤容重间接影响细根生物量。因此,林分和海拔通过影响土壤微环境而影响到细根生物量及其空间分布格局。