降雨格局变化对红砂幼苗根系生长和生物量分配的影响

以自然生长的典型红砂(Reaumuria songarica(Pall.)Maxim.)群落中的幼苗为研究对象,以自然降雨为对照,设定降雨量减少30%(W~-)、不变(W)和增加30%(W~+)3个降雨量水平,2个降雨时间间隔即自然降雨时间(T)、延长降雨间隔时间至1.5倍(T~+)),研究降雨格局变化对红砂幼苗根系生长和生物量分配的影响。结果表明:(1)同一降雨量条件下,降雨间隔延长促进了红砂幼苗主根的伸长生长、增加了根表面积,增大了根冠比,有利于红砂幼苗根系生长。(2)降雨量较少的条件下(W~-、W),延长降雨间隔促使红砂幼苗地下、地上及总生物量累积;而降雨量较多(W~+)条件下,延长降雨间隔使各部分生物量有所降低,但差异不显著。(3)在自然降雨间隔条件下,降雨量的增加使红砂幼苗的总生物量和主根长呈增加的变化趋势,对其生长起到促进作用。研究认为,降雨格局的变化会明显影响自然生长的红砂群落中幼苗的生长和生物量分配。     

红砂幼苗根系形态特征和水分利用效率对土壤水分变化的响应

为探讨干旱与半干旱区受损红砂种群幼苗适宜生长的土壤水分条件,采用盆栽方法,研究了红砂幼苗在充分灌溉(FI)、适度灌溉(MI)、干旱处理(DT)3个水分处理下根系形态和水分利用效率的变化特征。结果表明:(1)红砂幼苗根系形态因水分条件和根序的不同而各异;随灌溉量的减少红砂幼苗根系直径和根体积均表现为FIMIDT,但干旱处理促进了根系的伸长生长和比表面积和比根长增加,根系形态的可塑性是红砂幼苗获取水分适应干旱环境的重要策略之一。(2)随根序的升高,各处理水平下红砂幼苗根长、比根长均显著减少,而其根直径和体积却显著增加,表明红砂幼苗根系内部具有高度的形态异质性。(3)与FI处理相比,MI和DT处理下红砂幼苗根系总生物量分别增加了50.00%、19.23%,但MI和DT处理却显著降低了红砂幼苗地上生物量,特别是叶片生物量下降幅度最大,分别降低了62.15%、83.28%,导致根冠比随灌溉量的减少而逐渐增加。(4)干旱处理显著提高了红砂幼苗的水分利用效率。研究认为,在灌溉量减少的情况下,红砂幼苗可通过根长、根系表面积和体积、直径等形态变化来优化其空间分布构型,以调节植株对水分的利用,提高水分利用效率。     

模拟增雨对荒漠植物幼苗生长和根系形态的影响

降雨是荒漠生态系统过程和功能的最重要限制因子,荒漠植物幼苗对生长季降雨的变化极端敏感。为探讨荒漠植物对未来降雨格局变化的响应,选取乌兰布和沙漠两种典型荒漠植物幼苗(白刺和油蒿)为研究对象,根据生长季内(6—9月)每次降雨量,进行不同梯度的人工模拟增雨试验(CK:自然降雨、A:增雨25%、B:增雨50%、C:增雨75%、D:增雨100%),研究两种植物幼苗生长和根系形态特征对降雨量变化的响应。结果表明:(1)不同增雨处理对白刺和油蒿幼苗的地上部生长有显著影响(P0.05),增雨处理的白刺和油蒿幼苗的株高、平均冠幅和基径显著高于CK,并随着增雨量的增大而增大(白刺基径除外);(2)增雨处理之间、白刺和油蒿之间在总根长、总表面积、平均直径、总体积、根尖数和分叉数均有显著差异(P0.05)。对白刺幼苗而言,B处理和C处理的根系参数均显著大于CK、A和D处理,且B和C处理之间没有显著差异(平均直径除外);对油蒿幼苗而言,随着增雨量的增加,油蒿总根长、总表面积、总体积、根尖数和分叉数呈现逐渐增加的趋势,而平均直径呈现先增加后降低的趋势,且在B处理下达到最大值。(3)增雨处理显著降低了白刺幼苗的根冠比,而对油蒿幼苗的根冠比没有显著影响,并且白刺幼苗根冠比显著大于油蒿幼苗。(4)白刺和油蒿幼苗的根系主要分布在0—0.5 mm和0.5—1 mm内,2 mm的细根比例分别在B和D处理下达到最大值。这表明白刺和油蒿幼苗能够通过调整地上部生长和根系形态来适应降雨的变化。     

降水格局变化对红砂幼苗生长的影响

以西北荒漠生态系统典型植物红砂(Reaumuria soongorica)一年生幼苗为研究对象,利用人工遮雨装置,设置3个降水量梯度(W-、W、W+)和2个降水间隔时间梯度(T、T+)进行模拟试验,研究了不同降水格局下红砂幼苗生长、生物量积累和分配的变化特征。结果表明:(1)降水量增加30%,幼苗株高和基径分别平均增加22.0%和28.0%,延长降水间隔时间其作用更显著,分别平均增加24.57%和32.98%(P0.05);(2)在延长降水间隔时间的同时增加降水量,幼苗地上、地下和总生物量分别显著增加了241.57%、223.95%和236.72%(P0.05),幼苗地上部分的生长优于地下部分;(3)与对照相比,降水量减少30%,幼苗根长平均增加21.0%,根冠比平均显著增加53.73%(P0.05),而各部分生物量差异不显著。     

空气断根对侧柏实生苗生物量分配和根系生长的影响

为探求林木幼苗生物量分配和根系生长对空气断根的响应,以侧柏(Platycladus Orientalis)实生苗为材料,设置空气断根(T)和不断根(CK)处理,研究了空气断根10、30 d和50 d后对侧柏生物量、根系形态特征及吸收面积的影响。结果表明:(1)T处理的侧柏幼苗地上生物量、根生物量、总生物量、根长、根表面积、根体积及根尖数在断根10、30 d和50 d后均大于CK,且显著扩大了根系总吸收面积和活跃吸收面积。(2)空气断根显著影响了侧柏实生苗的生物量分配格局,其根冠比在整个试验阶段呈先增大后减小的趋势,而CK逐渐减小。(3)两种处理的侧柏幼苗根系直径集中在0-0.5 mm。与CK相比,T处理侧柏随空气断根时间延长,单株根系直径在0-0.5 mm的根数量急剧增多,占总根尖数的79%,根平均长度、根表面积、根体积和根尖数显著增大。(4)生物量参数和根形态参数之间关系密切。根生物量与地上生物量及总生物量呈显著正相关(P0.05)。除根系平均直径外,根生物量、地上生物量和总生物量分别与根长、根表面积、根体积、根尖数呈显著正相关,根冠比与地上生物量呈负相关。因此,空气断根有效改善了侧柏幼苗的根系形态特征,提高了吸收面积,显著促进侧柏实生苗在生长早期快速发育。     

不同育苗方式对移栽后侧柏和白榆幼苗根系生长的影响

不同类型苗木,具有不同的根系结构特征,其根系结构也将影响林木的生长和恢复生态系统的稳定性。以侧柏和白榆为研究对象,对移栽18个月后的种基盘苗与营养钵苗根系的生长进行了调查。结果表明:侧柏种基盘苗的总根长和平均直径比营养钵苗分别增加了316.20 cm和0.05mm,白榆苗则分别增加了651.54 cm和0.88mm。侧柏和白榆种基盘苗的根系表面积比营养钵苗分别增加了40.05%和73.04%。侧柏种基盘苗的根系总体积与营养钵苗的差异不显著,而白榆种基盘苗的根系总体积则比营养钵苗增加了54.70%。侧柏和白榆营养钵苗的一级侧根数量大于种基盘苗,增幅分别为42.31%和30.65%。对于侧柏来说,营养钵苗的根尖总数比种基盘苗的增加324个,但白榆苗差异不显著。各种处理的幼苗总根长与根系表面积都有显著相关性,但与根体积不具有显著相关性。营养钵苗的根系平均直径和根尖数量具有相对独立性,而种基盘的根系平均直径与总根长以及根体积均表现为显著相关。种基盘苗能提高侧柏、白榆幼苗的根冠比,促进幼苗株高、地径和主根的生长。采用种基盘苗进行植被恢复,由于其具有较大的根表面积和根长度,林木便具有了较大的吸收水分和营养的能力,以及较高的固结表层土壤能力。     

降雨格局变化对内蒙古典型草原优势种大针茅幼苗的影响

大针茅(Stipa grandis)是内蒙古草原的优势物种, 研究其幼苗在不同降雨格局下的响应特征, 可以为进一步研究降雨格局变化下内蒙古典型草原的响应特征提供科学依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室进行控制试验模拟降雨格局变化, 研究了大针茅幼苗对总降雨量和降雨间隔时间变化的响应。结果表明: 1)总降雨量增加50%使大针茅幼苗生长季末的地上生物量平均增加23% (p < 0.05), 而降雨间隔时间由5天增长为15天使地上生物量平均增加48.8% (p < 0.001)。2)总降雨量对大针茅幼苗的地下生物量没有显著影响; 而在低降雨量条件下, 降雨间隔时间增长使地下生物量增加56.2% (p < 0.001), 在高降雨量条件下作用不显著。3)总降雨量和降雨间隔时间对根冠比的效应都依赖于对方水平的高低, 总降雨量增大只在较长降雨间隔条件下使根冠比发生改变(-28.4%, p < 0.05), 降雨间隔时间增长只在高降雨量条件下使根冠比发生改变(-28.8%, p < 0.05)。4)处理期间, 在处理时间分别为30天和45天时, 大针茅幼苗地上生物量、地下生物量和总生物量的差异都主要取决于总降雨量; 而在处理时间为75天时, 其差异则都主要取决于降雨间隔时间。该研究得到以下主要结论: 1)降雨间隔时间与总降雨量一样, 是影响大针茅幼苗生长的关键因素之一。2)总降雨量对大针茅幼苗生长的效应与降雨间隔时间的长短紧密相关。3)降雨格局对大针茅幼苗生长的影响机制随着幼苗的生长期不同而改变。     

指数施肥对楸树无性系生物量分配和根系形态的影响

为探求楸树不同无性系生物量分配和根系形态的差异,2011年3-8月在甘肃省天水市小陇山林科所,以2年生楸树无性系1-4、7080和015-1组培苗为试验材料,设置了CK、6、10、14 g尿素/株4个处理,研究指数施肥对楸树无性系生物量分配和根系形态的影响.结果表明:(1)同一无性系中,10 g尿素/株的根、茎、叶生物量及总生物量、根长、根表面积、根体积和根平均直径均高于其它处理.无性系015-1的生物量和根系形态参数整体上高于无性系1-4和7080.无性系015-1在10 g尿素/株的根、茎、叶生物量及总生物量分别为89.44 g、61.30 g、79.97 g、230.71 g,是CK的1.48、1.52、2.09、1.66倍;根长、根表面积和根体积为22667 cm、6260 cm2、578.14 cm3,是CK的1.94、1.54、2.43倍.(2)指数施肥和无性系的遗传差异明显影响楸树不同无性系生物量的分配格局.适量施氮明显促进3个楸树无性系生物量的积累,而氮素缺乏或过量均不利于生物量的积累.8月同一无性系的根冠比均随施氮量的增加而降低;同一处理下无性系7080的根冠比高于无性系1-4和015-l.无性系1-4和7080的生物量主要向叶和茎分配,而无性系015-1主要向叶分配.(3)指数施肥在6月和7月主要促进细根根长和根表面积的增加;指数施肥在8月主要促进细根、中等根和粗根体积的急剧增加,分别比7月高达36.88％、124.96％、154.79％.这利于根系在中后期吸收更多养分,从而引起生物量分配格局的变化.(4)生物量参数和根系形态参数关系密切.根生物量、地上生物量、总生物量分别和根长、根表面积、根体积、根平均直径极显著正相关;根冠比和根长、根表面积、根体积、根平均直径极显著负相关;比根长和地上生物量、总生物量显著正相关,和根冠比极显著负相关.     

施氮对干旱胁迫下毛竹幼苗生物量和根系形态的影响

为探讨氮素添加对水分胁迫下毛竹幼苗地上生物量及地下根系形态的调控作用,选取1年生毛竹实生苗为材料,采用水分和施氮双因素完全随机区组设计,以田间持水量的80%～85%作为水分对照(CK)、50%～55%为中度干旱(MD)、30%～35%为重度干旱(HD)设置3个水分水平,氮处理分未施氮(N0,0 mg N·kg^-1)和施氮(N1,100 mg N·kg^-1)2个水平,通过盆栽试验,测定毛竹实生苗根系形态特征及各器官生物量。结果显示：施氮显著增加了同一水分下毛竹幼苗叶、根及整株生物量,其中,N1MD和N1HD分别较N0MD和N0HD地上生物量增加15.6%、11.9%,总生物量分别增加36.7%、25.0%(P<0.05);施氮降低了相同水分处理下毛竹的比根长、茎叶比,显著促进了中度和重度干旱下根冠比的增加(P<0.05);水分胁迫下,除根生物量比显著增加外,茎、叶生物量比均随氮素添加呈减小的趋势;施氮对毛竹幼苗根系形态特征(根长、根表面积、根体积)具有不同程度的促进作用;施氮对中度干旱下毛竹幼苗干物质积累的缓解作用比重度干旱大,但在...     

桢楠种源幼苗细根形态和生物量研究

为了解桢楠(Phoebe zhennan)不同种源细根形态和生物量分配的差异,采用全根调查的方法,对桢楠自然分布区13个种源2.5年生幼苗的细根形态和生物量进行了研究。结果表明,桢楠种源间各级细根的平均直径、总根长和表面积差异显著,在种源内细根的平均直径随根序的增加而增加,但根序间总根长和表面积差异规律不明显。根序生物量分配随根序增加而增加,1~4级根生物量分配分别为6.33%、14.47%、25.03%和54.17%。通过综合评价,以HT、LF、ES和WC种源的根系最优,具有较高的生长潜力。     

隔离降水对杉木幼苗细根生物量和功能特征的影响

在福建三明陈大国有采育场杉木幼苗小区,采用土钻法和内生长环法,以非隔离降水为对照,对隔离降水50%处理一年的杉木幼苗细根生物量和形态、化学计量学、比根呼吸、非结构性碳水化合物等功能特征进行研究.结果表明: 与对照相比,隔离降水处理0～1 mm细根生物量显著降低,1～2 mm细根生物量差异不显著;隔离降水导致细根在形态上发生了适应性变化,0～1 mm和1～2 mm细根比根长分别增加21.1%和30.5%,0～1 mm细根组织密度显著降低,而比表面积显著增加.隔离降水导致细根氮的富集,但限制了对磷的吸收,氮磷比升高,导致营养失衡;隔离降水没有显著改变细根比根呼吸和非结构性碳水化合物含量,但导致1～2 mm细根可溶性糖、糖淀比显著降低,淀粉含量增加33.3%,表明其通过增加非结构性碳水化合物贮存比例以应对降水减少.     

双色蜡蘑对黑松幼苗生长量及其根系形态的影响

为研究双色蜡蘑(Laccaria bicolor)对黑松(Pinus thunbergii)幼苗生长及其根系形态的影响,在营养杯培育条件下,用双色蜡蘑液体菌剂对黑松幼苗进行接种处理,接种第15、30、60、90、120天时取样,比较接种和未接种黑松幼苗的生物量、根系形态及根系分形维数的差异。结果表明:双色蜡蘑在黑松幼苗地上植株、地下根系的生长及其生物量的积累方面都表现出明显的促进作用。接种双色蜡蘑也显著改善了根系总长度、分支数、表面积、体积等参数和根系分形维数,并对地下根系生长的促进作用时间早于地上部分,且效应显著高于地上部分。接种双色蜡蘑第15~30天时对地上部分基本无影响,但对根系促进作用明显,而地上部分在第60天时开始表现出显著的生长效应。研究发现,双色蜡蘑能够成功定殖于黑松根部,促进黑松幼苗生长及其生物量的积累,同时显著促进根系总长度、分支数、表面积和体积增加,并使根系分形维数增大,表现出明显的促生作用,且对根系发育的显著促进作用早于地上部分。     

武夷山不同海拔黄山松细根性状季节变化

细根作为植物吸收养分和水分的主要器官,其功能性状对森林生态系统功能具有重要影响。以武夷山黄山松为研究对象,通过对不同季节(春季、夏季、秋季和冬季)和不同海拔(1200、1400、1600、1800 m和2000 m)的黄山松细根的功能性状的测定,分析其细根性状特征随海拔和季节变化的规律。结果表明:(1)黄山松细根比根长(SRL),比根面积(SRA)均随海拔先升高后降低,其均值分别为(9.32±0.35) cm/g与(276.41±68.10) cm~2/g;根组织密度(RTD)随海拔先降低后升高,均值为(0.16±0.05) g/cm~3。根平均直径(AvgDiam)随海拔增加变化不显著,均值为(0.097±0.004) mm。SRL和SRA在海拔1600 m处达到最大,而RTD和AvgDiam的最大值出现在海拔1800 m或2000 m处。(2)SRL和SRA在夏季或秋季达到最大,RTD和AvgDiam最大值则出现在冬季或春季。季节和海拔对各细根性状都有显著影响(P0.01),但季节与海拔对根性状并没有产生显著的交互作用(P0.05)。(3)SRL与SRA间的异速生长指数是1.25,显著大于1.0(P0.01);SRL与RTD存在负等速生长关系,而与AvgDiam存在显著负异速生长关系(P0.01);SRA与RTD,以及RTD与AvgDiam间均存在显著负异速生长关系(P0.01),但SRA与AvgDiam之间不存在异速生长关系。黄山松的细根性状在1600 m处倾向于增加比根长和比根面积,而在海拔1800 m或2000 m处则倾向于增加组织密度与根直径,这与黄山松细根性状从夏秋到冬春的季节变化规律相类似。同时,相对于比根面积来说,黄山松的细根在海拔1600 m处和夏秋季节更倾向于投资比根长来增加养分的吸收。     

不同施肥方法对马来沉香和土沉香苗期根系生长的影响

以珍贵树种马来沉香、土沉香1年生播种苗木为材料进行试验,研究指数施肥、平均施肥对2种沉香苗期根系生长动态及对N的响应特征。结果表明,经氮素处理的马来沉香、土沉香的根系生物量、根系长度、根系表面积、根系平均直径、根体积等指标均显著高于对照处理(P<0.05)。经指数施肥处理的苗木根系生长及各形态指标均高于平均施肥处理。同一时期在相同施肥处理方式下,马来沉香苗根系生长及根系形态指标值均高于土沉香。洛伦兹模型对不同施肥方法处理下马来沉香、土沉香苗木生长指标与根系生物量进行拟合,具有较高的R²(0.95-0.99)和较低的RSMD(0.538-2.352);抛物面模型对不同施肥方法处理下马来沉香、土沉香苗木生长指标与比根长进行拟合,具有较高的R²(0.92-0.99)和较低的RSMD(3.218-6.692)。     

垂直方向磷素竞争对杉木根系生长及生物量分配的影响

针对自然环境中有效磷养分主要分布于土壤表层而容易导致植物根系激烈竞争的问题,选择同一杉木(Cunninghamia lanceolata)无性系幼苗为研究对象,采用水平方向空间狭小而垂直方向空间大的室内盆栽模拟装置,以单株种植为对照,构建双株种植的竞争处理,通过设置3个供磷水平:不供磷处理(0 mg/kg KH_2PO_4)、低磷处理(6 mg/kg KH_2PO_4)和正常供磷处理(12 mg/kg KH_2PO_4),采用破坏性试验方式收获,分别在试验的前期(50 d)、中期(100 d)和后期(150 d)测定不同处理条件下杉木幼苗根系生物量与根系形态的变化,研究邻株杉木根系在垂直方向上对有限磷素资源的竞争策略。结果表明:竞争处理和供磷水平对杉木幼苗根系长度、平均直径等形态指标的影响存在交互作用(P0.05),对杉木幼苗生物量分配、比根长等指标的影响均不存在明显的交互作用(P0.05)。竞争处理中杉木根系形态增量均明显高于非竞争处理的单株幼苗,且随着胁迫时间的增加,根系形态增量均呈现显著的上升趋势,其中在胁迫中期和后期的增量明显高于前期,且邻株竞争处理明显提高了杉木的比根长,提升了根系觅磷的能力;随着供磷水平的提高,根表面积和根体积增量大体上呈现先上升后下降的趋势。与非竞争处理相比,竞争条件下杉木地上部生物积累量差异不明显,而根系生物量、根冠比均低于非竞争处理的单株幼苗。     

辽东栎幼苗根系形态特征对环境梯度的响应

以辽东栎(Quercus liaotungensis)在陕西不同分布区:秦岭北坡(太白)、黄土高原南部(黄龙)和黄土高原中部(延安)为研究地点并设置样地,对1—5年生辽东栎幼苗的根系形态指标进行测定,分析辽东栎幼苗根系形态特征及其与环境因子的关系。结果表明:由秦岭北坡到黄土高原中部,黄龙地区辽东栎幼苗根系在发育前期(1—2年)低于太白和延安,总体上黄龙地区幼苗根系总长度、表面积、总体积、根尖数、平均直径、组织密度和单株生物量高于太白和延安地区。在太白地区,辽东栎幼苗根系表面积、总体积和平均直径较小,根系分岔数较大,幼苗根系主要通过提高分岔数来拓展自己的营养空间以适应环境;在黄龙和延安地区,幼苗根系表面积、总体积和平均直径较大,根系分岔数较小,幼苗根系主要是通过根系的伸长生长适应胁迫环境。3个地区辽东栎幼苗根系总长度、表面积、总体积、根尖数和分岔数随年龄的增长呈线性函数变化格局,均可用线性函数方程y=ax+b(a0,P0.05)进行描述。冗余分析表明幼苗根系分岔数、总长度、比根长和根尖数与土壤速效磷、硝态氮、速效钾、降雨量、石砾含量和速效氮呈正相关;与较高的土壤pH值、年均温和夏季气温呈负相关。未来辽东栎林抚育经营中,含石砾的湿润土壤生境更有利于辽东栎幼苗根系生长。     

樟树(Cinnamomum camphora)幼苗细根形态对氮磷添加和幼苗密度的响应

全球氮沉降对森林生态系统结构和功能的影响已成为现代生态学研究热点之一,我国华南地区氮沉降的增长引起了土壤酸化和磷限制加剧等一系列生态问题。密度制约着植物个体对环境资源的吸收利用,是自然界中十分重要的选择压力之一。因此研究樟树(Cinnamomum camphora)幼苗的细根形态对氮磷添加和密度的响应,有利于了解亚热带树木根系对氮沉降和磷添加与林分密度的响应过程和机制,并为全球变化背景下樟树林生态系统的管理提供依据。本研究以1年生樟树幼苗为试验材料,选择氯化铵(NH_4Cl)作为氮肥以模拟大气氮沉降,并且以二水合磷酸二氢钠(NaH_2PO_4·2H_2O)模拟磷添加,氮磷处理设置4个水平,即对照、施N、施P和施N+P;种植密度设置10、20、40和80株/m~2 4个水平。测定各处理樟树幼苗细根的根长、表面积、体积和根尖数,分析氮磷添加、密度和两者交互作用对樟树幼苗细根的影响。研究结果表明,与对照处理相比,N、P和N+P处理促进了幼苗细根长度、表面积、体积以及根尖数的增加。低密度条件下的N添加对幼苗根系形态的促进效果强于P添加。N+P处理对10、20、40株/m~2幼苗根系形态的促进效果最佳,而各处理对80株/m~2幼苗根系形态的促进效果均无显著性差异。随着种植密度的增大,幼苗细根长度、表面积、体积和根尖数均减少。樟树幼苗的细根长度、表面积、体积和根尖数在各密度间和不同氮磷添加处理间均有显著性差异,密度和氮磷处理间的交互作用对根系形态各指标均无显著影响。