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。     

不同林龄红锥人工林细根垂直分布和衰老生理特征

以广西桂东和桂南地区3种林龄(7、14和25 a)红锥人工林细根为对象,在红锥生长旺季,采用根钻法,分表层(0～20 cm)和亚表层土壤(20～40 cm)获取细根,研究不同林龄红锥人工林细根在不同土层的形态、生物量以及衰老生理生化指标变化特征,以期深入认识红锥生长发育机制及林分生产力,为红锥人工林可持续经营提供依据。结果表明:在相同土层中,随林龄增加,红锥细根根长密度、根表面积密度、生物量、比表面积、细根活力、可溶性糖和可溶性蛋白含量均显著增加,而比根长、游离脯氨酸和丙二醛(MDA)含量显著减少;在相同林龄下,随土壤深度增加,红椎细根比根长、比表面积、细根活力、各渗透调节物质含量均显著增加,而根长密度、表面积密度、生物量、MDA含量显著减少;林龄和土层的交互作用对细根生物量、可溶性糖、可溶性蛋白和MDA含量有显著影响。细根根长密度、根表面积密度和生物量与各土壤因子间呈显著正相关;细根游离脯氨酸含量与各土壤因子间呈显著负相关;细根活力、可溶性糖和可溶性蛋白仅与土壤含水率、速效氮呈显著正相关。因此,7 a红锥细根易衰老,更新快,14 a林次之,25 a林细根更新慢;表层土(0～20cm)的红锥细根代谢旺盛,周转速率快,寿命较短。     

干旱胁迫下水曲柳苗木细根线粒体的形态及活性变化

根系依赖根细胞内线粒体呼吸代谢产生的能量, 不断从土壤中获取养分。在胁迫条件下, 线粒体的结构和功能会发生一定的变化, 从而影响根系的功能。土壤干旱是最容易引起苗木细根衰老死亡的非生物胁迫因子之一。为了更好地认识干旱胁迫下细根线粒体的结构和功能变化, 对土壤干旱胁迫下水曲柳(Fraxinus mandshurica)不同颜色细根皮层薄壁细胞内线粒体的超微结构(线粒体数量、形态)、线粒体的呼吸功能、线粒体膜脂质氧化(膜透性变化、过氧化氢含量等)情况进行了研究。结果表明: (1)干旱胁迫下, 水曲柳白色及黄色根皮层薄壁细胞内线粒体形状、结构及分布数量与对照相似, 无显著差异。干旱胁迫下产生的褐色根皮层薄壁细胞线粒体数量减少, 分布密度也变小。线粒体内、外膜先后发生不同程度的解体, 最后消失。(2)干旱胁迫显著干扰了线粒体膜的正常呼吸耦联作用, 细根线粒体呼吸控制率(RCR)与磷氧比(无机磷酸/分子氧, P/O)均显著低于对照(p < 0.05)。随着细根颜色加深, 线粒体RCR和P/O值逐渐下降, 白色根﹥黄色根﹥褐色根。褐色根线粒体RCR值最低, 接近极值1。说明褐色根线粒体结构完整性最差, 能量转化效率最低。(3)干旱胁迫下, 不同颜色细根线粒体内的H₂O₂含量、线粒体膜透性、膜脂氧化产物丙二醛(MDA)含量均显著高于对照(p < 0.05)。且随着细根颜色加深, 各个值增加明显。分析可能是由于干旱胁迫导致线粒体内H₂O₂含量升高, 线粒体膜脂质过氧化(MDA含量升高), 膜结构受到破坏(膜透性增加) (电镜下可见部分线粒体内膜电子密度下降及外膜解体)。线粒体膜结构完整性的破坏, 直接影响了线粒体呼吸代谢反应, 使线粒体呼吸功能下降。     

低温胁迫对麻竹叶片和根系抗性生理指标的影响

采用室内人工低温处理,研究了麻竹(Dendrocalamus latiflorus)叶片及根部质膜透性、丙二醛、可溶性蛋白、可溶性糖含量,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性和膜脂脂肪酸组成的变化,寻找与竹类植物耐寒性关系最密切的抗性生理指标。结果表明:低温预处理(8℃)15d后,麻竹叶片中可溶性糖、可溶性蛋白含量、POD活性显著提高,根部可溶性糖含量、POD活性显著升高;低温胁迫处理(-2℃)72h后,经低温预处理的麻竹叶片可溶性糖、可溶性蛋白质含量、SOD、POD活性显著高于未经低温预处理,而质膜透性显著低于未经低温预处理,但膜脂过氧化程度显著高于-2℃处理前;经低温预处理的麻竹根部SOD、POD活性及膜脂不饱和脂肪酸相对含量显著高于未经低温预处理,而质膜透性、膜脂过氧化程度较-2℃处理前无显著差异。说明剧烈降温对麻竹生理特征造成严重影响,叶片通过提高可溶性蛋白、可溶性糖含量,维持较高的POD活性以减轻低温伤害;根系则通过维持较高的SOD、POD活性以减轻低温下膜脂过氧化水平,并通过提高膜脂不饱和脂肪酸比例降低质膜透性来抵御低温对膜的伤害。     

大气CO2浓度升高对红桦幼苗根系的影响

应用封闭式生长室系统,研究了CO2浓度升高对红桦(Betula albosinensis)幼苗的根/冠、粗根和细根的干质量、非结构性碳水化合物类含量、碳含量和碳/氮、氮和磷的含量及氮磷吸收量的影响。结果表明:CO2浓度升高使红桦幼苗粗根和细根的干质量增加,同时根/冠值显著升高,表明CO2浓度升高使红桦幼苗生物量向根系的分配增加;与对照相比,粗根的还原糖、蔗糖和总可溶性糖含量显著增加,而在细根中没有显著变化;粗根、细根的淀粉和总的非结构性碳水化合物含量显著增加;CO2浓度升高下粗根和细根的碳含量有升高的趋势但未达到显著水平,同时氮含量降低,碳/氮值升高;氮的吸收量在粗根和细根中均无显著变化。上述结果表明,CO2浓度升高下红桦幼苗根系氮含量下降是由非结构性碳水化合物(主要是淀粉)含量升高和(或)根系生物量增加产生的稀释效应引起的。     

冬小麦幼苗根系适应土壤干旱的生理学变化

采用盆栽试验对冬小麦幼苗根系适应土壤干旱的生理学变化进行了初步研究。结果表明，随干旱胁迫的加剧，洛麦9133和济麦21幼苗根水势、根相对含水率和根系活力均降低，饱和亏、可溶性糖含量、脯氨酸含量、质膜透性以及SOD、POD活性均呈增加趋势。这说明，在干旱胁迫下，冬小麦幼苗根系通过降低水势、相对含水率和根系活力，增加渗透调节物质可溶性糖、脯氨酸含量和增强SOD、POD活性等生理上的变化以提高抗旱性，从而使冬小麦幼苗适应干旱逆境。     

不同有机肥影响菠萝生长的生理生化机制

以菠萝品种'澳大利亚卡因'为材料,研究了施用不同有机肥对菠萝长叶期和抽蕾期植株生长量、生理生化指标以及土壤酶活性、微生物等的影响,以探讨不同有机肥对菠萝生长的影响机理.结果显示:(1)在花生麸处理中菠萝株高、青叶数、地上部和根鲜重较对照(施用化肥)提高,而在鸡粪和水肥处理中株高、青叶数、地上部鲜重较对照降低.(2)花生麸处理的菠萝叶片细胞膜透性较对照降低,而叶绿素含量、根系活力以及叶片和根系的可溶性糖、可溶性蛋白含量、SOD活性均较对照提高;鸡粪和水肥处理的叶片细胞膜透性和根系SOD酶活性较对照提高,而叶绿素含量、根系活力、长叶期叶片和根系的可溶性糖含量、长叶期和抽蕾期叶片的可溶性蛋白含量、叶片SOD酶活性均比对照降低.(3)花生麸能提高土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶的活性及土壤微生物数量;鸡粪和水肥能降低土壤脲酶、蛋白酶活性,却能增强土壤转化酶、过氧化氢酶活性,鸡粪使土壤微生物数量增加,水肥使长叶期土壤微生物数量增加,但使抽蕾期的减少.研究表明,施用花生麸能提高菠萝叶绿素含量、根系活力以及叶片和根系的可溶性糖、可溶性蛋白含量,并增强根和叶的SOD活性,同时增加了土壤相关酶活性和微生物数量,从而有效促进菠萝植株生长.     

柴胡幼苗越冬抗寒性及其相关生理指标筛选

以北柴胡、地产柴胡、三岛柴胡的根为试验材料,以早春植株成活率为越冬抗寒性指标,测定越冬期不同柴胡品种根系生理生化特征,进行柴胡抗寒性综合评价,并对主要抗寒生理指标进行通径分析和相关性分析,以探讨冬季自然低温条件下柴胡生理特性与抗寒性的关系,筛选适合柴胡越冬抗寒性鉴定的生理指标。结果表明:(1)北柴胡、地产柴胡、三岛柴胡返青期的返青率依次为80%、50%、10%,且各品种间差异显著。(2)3个品种柴胡越冬期根系可溶性糖含量、游离脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、根系活力与返青率大小顺序一致,其中北柴胡根系游离脯氨酸平均含量分别为地产柴胡和三岛柴胡的2.44倍和4.49倍,且可溶性蛋白含量显著高于地产柴胡、三岛柴胡,但3个品种柴胡的相对电导率、丙二醛含量水平与返青率大小顺序相反。(3)自然越冬过程中,各柴胡品种的根系活力均呈下降趋势,且以三岛柴胡根系活力下降幅度最大,达80%,而北柴胡根系活力下降幅度最小为52.04%。(4)越冬期3个柴胡品种的越冬抗寒性综合排序为:北柴胡地产柴胡三岛柴胡;柴胡根中脯氨酸含量、可溶性蛋白含量与综合评价值呈极显著正相关关系,相对电导率与综合评价值呈显著负相关关系;生理指标决策系数的大小顺序依次为脯氨酸含量可溶性蛋白含量电导率。研究表明,越冬期柴胡根系游离脯氨酸含量是影响其抗寒性的主要影响因素,其含量可作为评价柴胡抗寒性的指标。     

去叶对水曲柳苗木根系非结构性碳水化合物分配的影响

全球气候变化有促进食叶害虫爆发的趋势.叶片被食会导致光合产物的生产降低,进一步影响非结构性碳水化合物(NSC)在树木体内的储存和分配.本研究以水曲柳2年生苗木根系为研究对象,通过40%去叶处理,于6-10月对根系取样,研究地上碳(C)供应不足条件下主根、粗根和1～5级细根NSC及其组分的分配格局.结果表明: 对照和去叶处理根系NSC浓度及其组分浓度均具有明显的季节动态;与对照相比,去叶处理苗木主根和粗根NSC浓度分别降低3.8%和30.7%,而1～5级细根NSC浓度增加1.2%～23.5%,这主要受淀粉浓度变化的影响;去叶处理苗木主根和粗根可溶性糖浓度增加7.1%和62.3%,而1～5级根可溶性糖浓度显著降低2.7%～42.8%;去叶对苗木根系可溶性糖和淀粉浓度的不同影响,导致二者的比值在主根和粗根中增加,而在1～5级细根中降低.去叶引起光合产物的生产减少,导致水曲柳苗木主根和粗根中淀粉活化后流向细根并以淀粉的形式储存,这可能有利于提高细根对冬季低温胁迫的抵抗力.     

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。     

水曲柳和落叶松不同根序之间细根直径的变异研究

细根直径大小和根序高低对细根寿命和周转估计具有重要的影响,研究不同根序之间的直径变异对认识细根直径与根序的关系具有重要意义。该文根据Pregitzer等(2002)提供的方法,研究了位于东北林业大学帽儿山实验林场尖砬沟森林培育实验站17年生水曲柳(Fraxinus mandshurica)和落叶松(Larix gmelinii)人工林细根1~5级根序的平均直径的变化、直径的最小值和最大值范围、直径的变异系数。结果表明,水曲柳和落叶松细根直径<2 mm时,包含5个根序,随着根序由小到大的增加,细根直径也在增大。各根序平均直径之间,存在较大的差异。在同一根序内,细根直径范围很大,水曲柳和落叶松一级根最小直径均<0.20 mm,最大直径分别<0.50 mm(水曲柳)和<0.70 mm(落叶松)左右。2~3级根序直径最小值在0.20~0.30 mm之间,最大值≤1.0 mm。5级根直径最小值<1.0 mm,最大值超过2.0 mm。随着根序等级增加,直径变异系数增大。一级根序的直径平均变异系数<10%,2~3级根序直径平均变异系数在10%~15%左右,4~5级根序直径的平均变异系数在20%~30%之间。因此,在细根寿命与周转研究过程中,必须同时考虑直径和根序对细根的寿命估计的影响。     

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。     

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。     

林木细根寿命及其影响因子研究进展

 细根周转要消耗大量的C,它影响森林生态系统C分配格局与过程和养分循环,对生态系统生产力具有重要意义。细根的周转取决于细根的寿命,细根寿命越短,周转越快,根系对C的消耗也越多。大量研究表明,细根的寿命与地上部分C向根系供应的多少有密切关系,同时也与细根直径大小、土壤中N和水分的有效性、土壤温度以及根际周围的土壤动物和微生物的活动有关。本文综述了国外近年来在该领域里的研究进展,特别是对控制细根寿命的机理和主要影响因子进行了评述,目的是引起国内研究者的关注,促进我国根系生态学的研究与发展。     

落叶松人工林细根动态与土壤资源有效性关系研究

树木细根在森林生态系统C和养分循环中具有重要的作用。由于温带土壤资源有效性具有明显的季节变化, 导致细根生物量、根长密度 (Rootlengthdensity, RLD) 和比根长 (Specificrootlength, SRL) 的季节性变化。以 17年生落叶松 (Larixgmelini) 人工林为研究对象, 采用根钻法从 5月到 10月连续取样, 研究了不同土层细根 (直径≤ 2mm) 生物量、RLD和SRL的季节动态, 以及这些根系指标动态与土壤水分、温度和N有效性的关系。结果表明 :1) 落叶松细根年平均生物量 (活根 +死根 ) 为 189.1g·m-2 ·a-1, 其中 5 0 %分布在表层 (0~ 10cm), 33%分布在亚表层 (11~ 2 0cm), 17%分布在底层 (2 1~ 30cm) 。活根和死根生物量在 5~ 7月以及 9月较高, 8月和 10月较低。从春季 (5月 ) 到秋季 (10月 ), 随着活细根生物量的减少, 死细根生物量增加 ;2 ) 土壤表层 (0~ 10cm) 具有较高的RLD和SRL, 而底层 (2 1~ 30cm) 最低。春季 (5月 ) 总RLD和SRL最高, 分别为 10 6 2 1.4 5m·m-3 和 14.83m·g-1, 到秋季 (9月 ) 树木生长结束后达到最低值, 分别为 2 198.2 0m·m-3 和 3.77m·g-1;3) 细根生物量、RLD和SRL与土壤水分、温度和有效N存在不同程度的相关性。从单因子分析来看, 土壤水分和有效N对细根的影响明显大于温度, 对活根的影响大于死根。由于土壤资源有效性的季节变化, 使得C的地下分配格局发生改变。各土层细根与有效性资源之间的相关性反映了细根功能季节性差异。细根 (生物量、RLD和SRL) 的季节动态 (5 8%~ 73%的变异 ) 主要由土壤资源有效性的季节变化引起。     

Allocation of carbon to fine root compounds and their residence times in a boreal forest depend on root size class and season

Fine roots play a key role in the forest carbon balance, but their carbon dynamics remain largely unknown. We pulse labelled 50 m(2) patches of young boreal forest by exposure to (13)CO(2) in early and late summer. Labelled photosynthates were traced into carbon compounds of < 1 and 1-3 mm diameter roots (fine roots), and into bulk tissue of these and first-order roots (root tips). Root tips were the most strongly labelled size class. Carbon allocation to all size classes was higher in late than in early summer; mean residence times (MRTs) in starch increased from 4 to 11 months. In structural compounds, MRTs were 0.8 yr in tips and 1.8 yr in fine roots. The MRT of carbon in sugars was in the range of days. Functional differences within the fine root population were indicated by carbon allocation patterns and residence times. Pronounced allocation of recent carbon and higher turnover rates in tips are associated with their role in nutrient and water acquisition. In fine roots, longer MRTs but high allocation to sugars and starch reflect their role in structural support and storage. Accounting for heterogeneity in carbon residence times will improve and most probably reduce the estimates of fine root production.     

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.     

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。     

伪潜育土季节性滞水条件下大冷杉毫根动态的研究(Abies grandis Lindl.)

本文对一个25年生大冷杉林在伪潜育土至45cm矿质土壤里,从1987年晚秋滞水期至1988年生长旺盛期的毫根量动态及化学组成变化进行了研究。 滞水期土壤中死根量(5558kg DS/ha)显著高于活根量(3594kg DS/ha)。生长旺盛期初,活根量增加约50％,死根量降低约27％。经过夏季至生长旺盛期末,活根量仍略有增加,死根量继续降低。毫根化学组成分析显示,滞水期活根中K、Mg及Zn离子含量显著低于生长旺盛期,Mn离子含量则明显高于生长旺盛期。这一结果表明,除了与季节性相关的生长节奏因素外,大冷杉毫根生物量的变化主要是由滞水状况所致。