基于土芯法的亚热带常绿阔叶林细根空间变异与取样数量估计

树木细根具有高度空间异质性,确定合理的细根取样策略是林木细根研究的前提。通过在福建省三明米槠天然常绿阔叶林内随机钻取96个土芯,分析细根生物量和形态特征的空间变异特征,并估计各指标所需的取样数量。结果表明:(1)随着径级增加,细根各指标变异系数增大,相应的取样数量增加;(2)随着土壤深度增加,单位面积细根生物量变异程度和相应的取样数量均增加。在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0-1 mm和1-2 mm的细根,分别采集16和42个样品可以满足测定单位面积细根生物量,采集17和31个样品可以满足测定单位面积细根长度,采集25和33个样品可以满足测定单位面积细根表面积。Shapiro-Wilk检验表明,除表层土壤0-1 mm细根单位面积生物量符合正态分布外,其余细根生物量和形态指标数据均不符合正态分布。研究结果为亚热带常绿阔叶林细根的合理取样提供了科学依据。     

关帝山华北落叶松人工林细根生物量空间分布及季节变化

利用根钻法研究了山西关帝山华北落叶松（Larix principis—rupprechtii Mayr）人工林细根生物量的空间分布和季节变化特征。结果表明,华北落叶松不同径级细根生物量随土层深度的增加而逐渐减少,土壤表层（0—10cm）中各径级细根的生物量最高,Ⅰ级细根（根直径0～1mm）的生物量在不同土层深度间差异显著（P〈0．05）;距树干不同水平距离处各径级的细根生物量差异均未达到显著水平（P〉0．05）。在0～10cm土层中,各径级细根生物量的季节变化差异显著（P〈0．05）,均表现为单峰型,峰值出现在9月份;在10～20cm和20-30cm土层中,Ⅰ级和Ⅱ级（根直径1～2mm）细根生物量季节变化差异显著,Ⅲ级细根（根直径2～5mm）和Ⅰ级死根（根直径0～2mm）生物量季节变化差异不显著。     

武夷山不同海拔高度植被细根生物量及形态特征

以福建武夷山不同海拔高度4种植物群落为对象,采用挖掘法获取土壤细根样品,用WinRHIZO根系分析仪分析细根形态,分别测定了不同海拔高度不同土层(0-10、10-25 cm)土壤细根现存生物量及各形态指标的变化特征.结果表明:0～10 cm土壤活细根生物量、活细根根长密度、活细根表面积密度、活细根体积密度均是常绿阔叶林<矮林<针叶林<高山草甸,各群落间呈现极显著差异(P<0.01);不同海拔高度植被,活细根和死细根的生物量、根长密度、细根表面积密度、细根体积密度均指标均是0～10>10～25 cm;4种植被在0～10、10～25 cm土层中≤2.0 mm径级的活细根、死细根对细根总长度、总表面积的贡献最大;土壤细根生物量及细根的主要形态指标总体趋势是高海拔显著大于低海拔;同时表明了土壤含水率是影响活细根各指标垂直变化的主要因子.     

采伐干扰对华北落叶松细根生物量空间异质性的影响

以华北落叶松天然林为研究对象,选择采伐干扰林分(样地A)和未采伐干扰林分(样地B),利用根钻法分3层(0—10cm,10—20cm,20—30cm)获取各径级细根(≤1mm、1—2mm、2—5mm3级活细根,≤2mm死亡细根)生物量数据。采用地统计学变异函数和经典统计相结合的数据分析方法对采伐干扰造成的细根生物量空间异质性的变化进行定量研究。主要研究结果如下:采伐干扰林分样地A各经级细根生物量均值减少;同一土层相同径级细根生物量样地A与样地B相比差异显著(P<0.05);不同土层的细根生物量异质性具有显著差别(P<0.05)。0—10cm土层,未采伐干扰林分≤1mm细根生物量呈现较明显的空间自相关变异,采伐干扰林分则表现为随机性变异特征,采伐干扰导致≤1mm细根生物量空间分布特征更加复杂(分维数D=1.978);10—20cm土层,采伐干扰林分各径级细根生物量异质性程度明显降低,只有未采伐干扰林分的5.4%—88.9%。20—30cm土层,未采伐干扰林分≤1mm细根生物量在较小尺度范围(<2.9m)表现出明显的空间自相关变异(结构方差比86.1%),受采伐干扰林分各径级细根生物量异质性程度只有未采伐干扰林分的8.9%—45.9%,且呈现随机性变异。各径级细根生物量空间异质性的垂直分异均表现为随土层深度的增加异质性强度明显降低。     

大气增温对杉木幼树根系生物量的影响

为揭示亚热带杉木人工林地下生物量对全球变暖的响应,本研究以杉木幼树为研究对象,在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站利用开顶式(OTC)大气增温模拟气候变暖,研究增温对杉木幼树根系生物量的空间分布和不同径级分配的影响。结果表明：增温处理后总根系生物量、总细根生物量及总粗根生物量较对照均无显著差异;与对照相比,增温处理显著降低20～50 cm土层的细根生物量占比与0～10 cm土层的粗根生物量占比,但显著提高20～50 cm土层的粗根生物量占比;其余土层细根生物量和粗根生物量较对照均无显著差异;与对照相比,增温处理后0～2、2～5、5～10、10～20和>20 mm径级根系生物量均无显著变化。因此,增温处理下杉木幼树通过降低表层粗根生物量的占比,提高深层粗根生物量的占比以固定和支撑杉木生长,同时通过降低深层细根生物量的占比来维持表层细根生物量以保证水分和养分的吸收;大气增温影响根系生物量的垂直分布和不同径级的分配,在一定程度上影响地下碳分配,可能导致碳循环过程发生改变。     

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。     

增温下土壤资源异质分布对杉木幼苗生长的影响

在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展大气温度控制、土壤温度控制和土壤资源分布3因子试验,探讨土壤资源异质分布和增温对杉木幼苗地下和地上生长的影响,以及增温是否能改变杉木幼苗细根对土壤资源异质分布的识别度,以明确杉木人工林在全球变暖背景下对土壤资源异质分布的响应.结果表明:杉木对土壤资源异质分布的识别度主要体现在吸收根(0~1 mm径级)上,而1~2 mm径级细根则不具有识别度.除了单独大气增温处理对杉木1~2 mm径级细根的避贫系数具有显著影响外,不同增温处理均未对杉木幼树细根的贫富比、趋富系数和避贫系数产生显著影响.与土壤资源均质分布相比,土壤资源异质分布增加了0~1 mm径级细根生物量,降低了树高.与无大气增温相比,大气增温降低了0~1和0~2 mm径级细根生物量,增加了树高.与无土壤增温相比,土壤增温降低了1~2 mm径级细根生物量,但增加了树高和侧枝长度.大气增温控制、土壤增温控制和土壤资源异质分布对杉木地下、地上生长都无显著交互作用.杉木幼苗吸收根本身对土壤资源异质分布具有识别度,但增温并不会改变杉木幼苗细根对土壤资源异质分布的识别度.     

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。     

树木位置和胸径对人工林细根水平分布的影响

通过研究福建三明莘口林场33年生格氏栲和杉木人工林细根生物量与树木位置和胸径大小的关系,探讨人工林细根水平分布特点。用土芯法(土钻内径6 .8cm,深10 0 cm)测定细根生物量,格氏栲和杉木人工林分别随机取土芯4 1个和4 0个,同时记录离取样点最近的第1棵、第2棵和第3棵树的距离和胸径。格氏栲和杉木人工林细根生物量平均值分别为3.2 6 6 t/ hm2和2 .0 4 8t/ hm2 ,变异系数分别达37.3%和4 2 .8% ,细根生物量均遵从正态分布(p<0 .0 5 )。格氏栲和杉木人工林细根生物量均与离取样点最近第1棵、第2棵树的距离有显著的负相关,且以与最近第1棵树距离的相关系数最大。格氏栲人工林细根生物量与最近第1棵树的胸径呈显著的正相关(p<0 .0 1) ,而与最近第2、第3棵树的胸径无关(p>0 .0 5 ) ;而杉木人工林细根生物量则与最近第1、第2和第3棵树的胸径均无显著相关(p>0 .0 5 )。逐步多元线性回归分析表明,离取样点最近第1棵树距离和胸径可解释格氏栲人工林细根生物量水平变异的4 1.0 % ,而离取样点最近第1、2棵树距离则可解释杉木人工林细根生物量水平变异的4 0 .6 %。由于人工林细根水平分布呈现特定模式,规则取样估计细根生物量将产生系统误差。     

黄土高原4种植被类型的细根生物量和年生产量

细根(≤2 mm)在陆地生态系统净初级生产力的分配中占有重要地位,在碳循环和水土保持方面具有重要意义. 本文采用土钻法和内生长法,以黄土高原刺槐人工林、落叶灌木、退耕草地和沙蒿群落4种主要植被类型为对象,研究0～40 cm土层细根生物量、垂直分布和细根年生产量. 结果表明： 细根生物量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根生物量的大小顺序为落叶灌木(220 g·m^-2)>刺槐人工林(163 g·m^-2)≈退耕草地(162 g·m^-2)>沙蒿群落(79 g·m^-2). 退耕草地直径≤1 mm细根生物量占直径≤2 mm总细根生物量的74.1%,在4种植被类型中最高;4种植被类型细根生物量随着土层深度的增加而减少,最大值均出现在0～10 cm土层. 退耕草地0～10 cm土层细根生物量占0～40 cm土层总细根生物量的44.1%,显著高于其他3种植被类型;细根年生产量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根年生产量大小顺序为退耕草地(315 g·m^-2·a^-1)>落叶灌木(249 g·m^-2·a^-1)>刺槐人工林(219 g·m^-2·a^-1)>沙蒿群落(115 g·m^-2·a^-1),其中退耕草地显著高于其他3种植被类型. 退耕草地0～10 cm土层细根生产量占0～40 cm土层总细根生产量的40.4%,在4种植被类型中最高. 退耕草地细根周转时间为0.51 a,低于其他3种植被类型.     

三峡库区马尾松根系生物量的空间分布

以三峡库区主要植被马尾松人工林为研究对象,用内径为10 cm的根钻,分别在马尾松中龄林、近熟林和成熟林内,据树干0.5、1.0、1.5 m和2.0 m处设置取样点,各样点按0-10、10-20、20-30、30-40、40-60 cm将土壤分为5个垂直层次,对马尾松根系的空间分布格局进行调查。结果表明:(1)三峡库区马尾松总根系生物量(0-10 mm)为中龄林(4.72 t/hm²)显著高于成熟林(2.94 t/hm²)和近熟林(2.40 t/hm²)(P<0.05)。细根(0-2 mm)生物量随年龄增加而递减,差异不显著(P>0.05);(2)马尾松3个林龄中根系生物量表现出一定的水平分布特征,但具体趋势表现各异,细根生物量最大值均出现在距离样木1.0 m处;(3)细根主要分布在土壤上层,其中47.53%-71.73%的活细根集中在0-20 cm土壤深度内,且随土层的加深,其生物量明显减少。粗根(2-10 mm)则主要分布于20-60 cm土层范围内;(4)根系直径越小,受环境变化越明显。马尾松细根生物量分布主要受土壤深度的影响,树龄和不同水平距离对细根分布格局影响不显著(P>0.05),各因素对粗根生物量的影响均未达到显著水平(P>0.05)。     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段细根生物量、形态特征及其影响因素

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段的草丛、灌丛、次生林和原生林为研究对象,采用土芯法,分0~10、10~20、20~30 cm等3层获取群落活细根(直径≤2 mm),分析其生物量、形态特征及其与土壤性状的关系.结果表明:各恢复阶段细根生物量为194.63~255.19g·m^-2,集中分布在0~10 cm表层土壤中,占0~30 cm土层总生物量60%以上,不同恢复阶段群落生物量的差异不显著;细根比根长和比表面积在不同恢复阶段差异显著,随着植被由草丛向原生林正向恢复而逐渐降低;超过66%的根长和64%的根面积分布在0~10 cm表层土壤中,多数细根根长和根面积均在0~0.5 mm和0.5~1 mm径级,这两级根长和根面积占其总量的87%和72%以上.冗余分析表明,喀斯特峰丛洼地植物群落细根特征与土壤性状之间存在着不同的相关性,其中土壤有机碳、速效钾和全氮对细根特征影响较大.这是植物长期适应生境条件形成的有效策略.     

Biomass and distribution of fine and coarse roots from blue oak (Quercus douglasii) trees in the northern Sierra Nevada foothills of California

This research adds to the limited data on coarse and fine root biomass for blue oak (Quercus douglasii Hook and Arn.), a California deciduous oak species found extensively throughout the interior foothills surrounding the Central Valley. Root systems of six blue oak trees were analyzed using three methods — backhoe excavation, quantitative pits, and soil cores. Coarse root biomass ranged from 7 to 177 kg per tree. Rooting depth for the main root system ranged from 0.5 to 1.5 m, with an average of 70% of excavated root biomass located above 0.5 m. Of the total biomass in excavated central root systems, primary roots (including burls) accounted for 56% and large lateral roots (> 20 mm diameter) accounted for 36%. Data from cores indicated that most biomass outside of the root crown was located in fine roots and that fine root biomass decreased with depth. At surface depths (0–20 cm), small-fine (< 0.5 mm diameter) roots accounted for 71%, large-fine (0.5–2.0 mm) for 25%, and coarse (> 2 mm) for 4% of total root biomass collected with cores. Mean fine root biomass density in the top 50 cm was 0.43 kg m⁻³. Fine root biomass did not change with increasing distance from the trees (up to approximately 5 m). Thus, fine roots were not concentrated under the tree canopies. Our results emphasize the importance of the smallest size class of roots (<0.5 mm), which had both higher N concentration and, in the area outside the central root system, greater biomass than large fine (0.5–2.0 mm) or coarse (> 2.0 mm) roots. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Fine-root biomass and soil properties in a semideciduous and a lower montane rain forest in Panama

The distribution of root biomass and physical and chemical properties of the soils were studied in a semideciduous and in a lower montane rain forest in Panama. Roots and soil samples were taken by means of soil cores (25 cm deep) and divided into five, 5-cm deep sections. Soils were wet-sieved to retrieve the roots that were classified in four diameter classes: very fine roots (<1 mm), fine roots (1–2 mm), medium roots (2–5 mm) and coarse roots (5–50 mm). Soil samples were analyzed for organic carbon, total nitrogen, available phosphorus, exchangeable bases, cation exchange capacity, pH, aluminium and exchangeable acidity. Total root biomass measured with the soil corer (roots <50 mm in diameter) was not different between the forests (9.45 t ha^-1), while biomass of very fine roots was larger in the mountains (2.00 t ha^-1) than in the lowlands (1.44 t ha^-1). The soils in the semideciduous forest were low in available phosphorus, while in the mountains, soils had low pH, high exchangeable aluminium and exchangeable acidity, and low concentration of exchangeable bases. Phosphorus was in high concentration only in the first 5 cm of the soil. In both forests, there was an exponential reduction of root biomass with increasing depth, and most of the variation in the vertical distribution of roots less than 2 mm in diameter was explained by the concentration of nitrogen in the soils. The results of this study support the hypothesis that a large root biomass in montane forests is related to nutrients in low concentration and diluted in organic soils with high CEC and low bulk density, and that fine root biomass in tropical forests in inversely related to calcium availability but not a phosphorus as has been suggested for other forests.     

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。     

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。