胡杨幼苗根系生长与构型对土壤水分的响应

胡杨实生幼苗成活率低是制约其更新与人工育苗保存的关键问题,而幼苗根系生长与构型是影响其存活的重要因素。该试验以1年生胡杨幼苗为材料,通过2种给水方式(断续给水和连续给水)下各6个土壤水分梯度处理的控制试验,探究胡杨幼苗根系生长与构型对荒漠地区关键因子水分的响应特征。结果表明:(1)2种给水方式下干旱胁迫均使根冠比增加,且断续给水处理下幼苗根冠比显著大于连续给水。(2)一定程度的干旱处理还可以促进幼苗根系形态发育特征的发展和根系生物量的积累,但过度干旱胁迫或土壤水分含量过多都会抑制根系生长,并以连续给水、土壤含水量15%处理下幼苗根系最为发达。(3)幼苗深扎根能力强,其根宽深比在2种给水方式下均小于1,且断续给水处理显著小于连续给水处理;2种给水方式下根宽深比都与土壤水分含量呈显著正相关。(4)根系拓扑指数在2种给水方式下无显著差异且均接近1,但都与土壤水分含量呈显著负相关。即幼苗根系趋向鱼尾状分支结构,次级分支少,这种根系延伸策略有利于胡杨幼苗在干旱贫瘠的土壤环境中生存。(5)根系构型参数的主成分分析显示,总根长、总根表面积、根宽深比和拓扑指数在2种给水方式下都能很好地表示胡杨幼苗根系构型特征。可见,胡杨幼苗根系通过构筑鱼尾状分支结构、增加垂直根纵向延伸能力和增大根冠比适应干旱环境;水分对于胡杨幼苗根系生长与构型作用显著,根系对水分因子的响应对于胡杨幼苗适应水分异质性环境具有重要意义。     

盐碱胁迫对海岛棉幼苗生物量分配和根系形态的影响

为探求海岛棉幼苗生物量分配和根系生长对混合盐碱胁迫的响应,探索海岛棉幼苗对混合盐碱胁迫的适应特点,以新疆阿克苏地区主栽海岛棉品种新海31号(XH31)、新海35号(XH35)、新海43号(XH43)及新海48号(XH48)为试材,采用NaCl、Na_2SO_4和NaCl、NaHCO_3以物质的量1∶1混合分别模拟中性盐混合盐(中性盐)和碱性盐混合盐(碱性盐)2种盐类型,总盐浓度(Na~+)0(CK)、120、180、240、300、360 mmol/L,对2种盐胁迫下不同浓度海岛棉幼苗生物量、根系长度、根系体积以及根系表面积等海岛棉幼苗根系形态特征指标变化差异以及不同茎级的根系形态特征进行了分析。结果表明,中性盐下,盐浓度在0—180 mmol/L时,对海岛棉幼苗的根系总长度、总表面积、总体积、总根尖数有显著的促进的作用或不显著的抑制作用,尤其盐浓度为120 mmol/L对海岛棉幼苗细根(0d0.5 mm)的长度有显著的促进作用;大于180 mmol/L后,随着盐浓度的增加各项根系参数均显著减小;碱性盐下,除新海31号的总根尖数、细根及中根根尖数在120 mmol/L的盐浓度下比CK增加,其余处理均随着盐浓度的增加再减小;地上部生物量、根系生物量及根冠比在两种盐下随着盐浓度的增加逐渐减小,减小程度也由小变大。低盐(120 mmol/L)环境能促进细根的伸长,使海岛棉幼苗可以更加多的吸收养分和水分,这是根系接触低盐环境时做出的响应,高盐环境对海岛棉幼苗造成较大的损伤。     

林窗对岷江冷杉更新幼苗根系生物量积累与分配的影响

林窗对更新幼苗生物量积累和分配的影响在种群恢复中具有重要作用,尤其是暗针叶林更为突出。以川西亚高山岷江冷杉原始林林窗、林下的岷江冷杉更新幼苗为对象,研究其粗根和细根生物量的积累与分配过程及其异速生长关系。结果表明：随着岷江冷杉幼苗的生长,粗根、细根生物量均不断积累,但根系生物量中分配到粗根的比例逐渐增加、分配到细根的比例逐渐减少,粗根-细根间生物量的异速生长指数由等速生长转变为异速生长。林窗幼苗的细根生物量、粗根生物量和总根生物量中位数均小于林下幼苗,细根生物量分配比例大于林下幼苗;林窗还显著影响细根、粗根生物量随基径增粗的积累与分配过程,细根生物量分配比例随基径增粗的降幅大于林下幼苗;但林窗对粗根-细根生物量间的异速生长指数影响不显著。说明林窗干扰改变了岷江冷杉更新幼苗地下资源的分配方式,优化了资源配置。     

根际通气状况对盐胁迫下棉花幼苗生长的影响

以溶液培养的棉花(Gossypium hirsutum)幼苗为材料,测定了不同盐胁迫程度和不同通气状况下棉花幼苗株高、根系体积、根系和茎叶生物量以及灰分含量的变化,以探索根际通气状况对盐胁迫下棉花生长的影响。结果表明,盐胁迫抑制棉花植株生长,表现为植株变矮、叶面积减小和干物质积累下降;根际环境通气不良也会导致棉花幼苗生长受抑制、干物质积累下降和矿质元素吸收减少等。进一步比较盐胁迫和根际通气状况及两者组合作用对棉苗生长的影响,发现盐胁迫对株高和总生物量的影响较大,而根际通气状况对根系体积、根系生物量、根冠比和矿质元素吸收的影响较大。总体表现为:盐胁迫对茎叶生长的不利影响较大,而根际通气状况对根系生长的不利影响较大。同时,在根际环境通气良好的条件下,不同程度盐胁迫导致的棉花幼苗株高、根系体积、叶面积、根系生物量和总生物量的变化程度远小于根际环境通气不良条件下的变化程度。实验结果表明,根际环境通气良好可以减弱盐胁迫对棉花生长发育的抑制作用,而根际环境通气不良则会加重盐胁迫的不利影响。     

实验增温对陆地生态系统根系生物量的影响

根系是植物吸收土壤水分和养分的重要器官, 驱动着多个生态系统过程, 该研究揭示了实验增温对根系生物量的影响及机制, 可为气候变暖背景下土壤碳动态和生态系统过程的变化提供理论依据。该研究从已发表的151篇国内外研究论文中收集到611组数据, 通过整合分析(meta-analysis)方法研究了实验增温对根系生物量(根系总生物量、粗根生物量、细根生物量、根冠比)的影响, 并探讨了增温幅度、增温年限、增温方式的影响, 以及根系生物量对增温的响应与本底环境条件(生态系统类型、年平均气温、年降水量、干旱指数)的关系。结果表明: (1)模拟增温使细根生物量显著增加8.87%, 而对根系总生物量、粗根生物量、根冠比没有显著影响; (2)中等强度增温(1-2 ℃)使得细根生物量和根冠比分别提高14.57%和23.63%; 中短期增温实验(<5年)对细根生物量具有促进影响, 而长期增温实验(≥5年)使细根生物量有降低的趋势; 开顶箱增温和红外辐射增温分别使细根生物量显著提高了17.50%和12.16%, 而电缆加热增温使细根生物量和粗根生物量显著降低了23.44%和43.23%; (3)不同生态系统类型对于增温响应不一致, 模拟增温使苔原生态系统细根生物量显著提高了21.03%, 细根生物量对增温的响应与本底年平均气温、年降水量、干旱指数均呈显著负相关关系。     

土壤水肥因子对胡杨幼苗生长权衡和木质化的影响

以当年生胡杨幼苗为材料,通过不同水平的水分和养分单因素控制盆栽试验,探讨土壤水肥因子对当年生胡杨幼苗生长权衡和木质化的影响,以明确胡杨生长过程中以及种子更新困难的原因和机理。结果表明:(1)当年生胡杨幼苗生长权衡主要体现在生物量的分配策略上,而主根长/高度没有显著差异。(2)在连续给水处理下,干旱胁迫使幼苗根冠比显著增加,土壤含水量15%处理的根冠比较含水量20%和30%处理分别显著增加了75%和93%;但干旱胁迫抑制了生物量的积累,含水量10%处理下生物量比15%、20%和30%处理分别显著减小53.4%、89.2%、78.6%;在断续给水处理下,随着干旱程度的增加幼苗根冠比显著增加,土壤含水量15%处理的根冠比较含水量20%和30%处理分别显著增加34%和38%;连续给水和断续给水两类干旱胁迫均能明显增加幼苗根系木质化程度。(3)土壤施加氮磷均显著增加幼苗根冠比和木质化,但过量的氮肥抑制根系生物量的积累。可见,胡杨幼苗对于水肥条件胁迫敏感性与生长权衡能力是胡杨林种子更新与种群维持的关键环节,调整立地土壤水肥环境对当年生胡杨幼苗的生长定居有重要的作用。     

不同灌溉量对绿洲-荒漠过渡带多枝柽柳幼苗根系生长和分布的影响

为了探讨绿洲-荒漠过渡带上受损柽柳群落幼苗适宜生长的土壤水分条件,在塔南策勒绿洲外围设置A（不灌溉）、B（适度灌溉）、C（充分灌溉）3个处理的田间试验,于7～10月份考察了各处理柽柳幼苗粗根（>2 mm）和细根（<2 mm）生物量积累、空间分布等变化特征。结果显示:（1）随着灌溉量的增加,柽柳根系生物量积累不断增加,且在生长季末（10月份）增速最大,同时细根占总根重的比例从20.5%上升到29.8%,显著提高了幼苗吸收养分和水分的能力。（2）干旱胁迫（处理A）下柽柳幼苗根系的下扎深度大,但水平根幅的扩展却有限;适度灌溉（处理B）的生物量较处理A大,但小于处理C;根系扎根深度表现为处理A>处理B>处理C,各指标均处于中间状态;水分条件最好（处理C）时虽然垂直扎根深度小,但水平根幅最大,可以更有效利用浅层土壤资源。（3）柽柳幼苗大量根系集中在0～40 cm的土壤表层,而且水分条件越好,这种集中趋势越明显;根系生物量随土壤深度的增加呈递减变化,细根的根长密度也有相似变化,但细根的比根长变化规律不明显,这可能与各层土壤微观环境的变化有关。研究表明,灌溉对柽柳幼苗根系的生长和分布有显著影响,充分灌溉下柽柳幼苗根系生物量积累最多且空间分布最大,该灌溉量有利于柽柳幼苗根系的正常生长和合理分布。     

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.     

甘蔗幼苗对难溶性磷的吸收及其根系对低磷胁迫的响应

为明确甘蔗适应低磷胁迫的生理生化机制,挖掘甘蔗对磷素的利用潜力,揭示甘蔗对低磷胁迫适应的可能机制,该研究以ROC22和ROC10两个甘蔗品种为材料,采用水培和土培的方法研究了甘蔗幼苗对难溶性磷的吸收及其在低磷胁迫下根构型和根系的生理反应。结果表明:(1)培养在以难溶性磷(Ca-P和Al-P)为磷源的培养液中的甘蔗的叶片数、地上部干重、生物量较缺磷(-P)处理显著增加,与对照(+P)的相当,甘蔗总磷积累量也显著提高,达到对照(+P)处理磷积累量的30%～77%。(2)在低磷条件下,甘蔗幼苗的根系有向土壤深层分布的趋势,根的总体积增大、最长根长变长、浅根系分布增多。(3)甘蔗幼苗在低磷环境下,根际环境明显酸化,且根系分泌物能溶解难溶性的铝磷,植株体内酸性磷酸酶的活性也明显增强。以上表明甘蔗幼苗有较强的吸收利用难溶性磷的能力,而低磷条件下根系数量增加、主根的向地性、浅根系分布增多、根际酸化以及植株体内酸性磷酸酶活性的增强可能是甘蔗幼苗适应缺磷环境的重要机制。     

异质低磷胁迫下马尾松家系根构型和磷效率的遗传变异

以7个马尾松(Pinus massoniana)一代种子园自由授粉家系为材料, 设置同质低磷(P)胁迫和异质低P胁迫模拟的盆栽试验, 系统研究马尾松家系对不同类型低P胁迫的适应机制和P效率变异规律。结果表明, 参试马尾松家系的苗高、地径和生物量等P效率指标均表现出显著的家系变异, 主要P效率指标的家系遗传力均较高, 干物质积累量的广义遗传力大于0.80, 揭示了马尾松P营养效率的较大遗传改良潜力。马尾松对不同类型低P胁迫的适应机制有所差异。在同质低P胁迫下, ‘3201’、‘1217’等高P效率家系的根系主要参数均高于低P效率家系, 表明整体根系参数的适应性变化是P效率和生物量形成的决定因素。在异质低P胁迫下, 高P效率马尾松家系在表层富P介质的根系分布量、分布比例均显著增加, 表层根系参数与马尾松家系P效率呈显著正相关, 揭示根系空间构型的适应性变化是决定马尾松高P效率的重要生物学基础。表层根系生物量、表层根相对比例的家系遗传力达0.88和0.72, 证实了以马尾松根构型的适应变化为突破口, 选育具有理想根构型和较高P效率的马尾松家系。     

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。     

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。     

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。     

单叶蔷薇幼苗根系对不同潜水埋深的适应机制

地下水是影响西北地区植被分布、生长和群落演替的重要因子,通过人工装置模拟30 cm(D30)、40 cm(D40)、50 cm(D50)、60 cm(D60)、70 cm(D70)5个潜水梯度,从生长发育、根系形态、拓扑结构与分形维数以及表型可塑性四个方面来分析不同潜水埋深对单叶蔷薇幼苗的影响,力求揭示单叶蔷薇幼苗对不同水分环境的适应性策略,这将对今后开展单叶蔷薇植被恢复和保育工作具有重要价值。研究结果表明:(1)单叶蔷薇幼苗可通过增加扎根深度、总根长、根表面积、根体积、根尖数量、分支数量、地上干物质和根系干物质来应对不同潜水埋深带来的干旱胁迫,D50、D60、D70和CK处理下的幼苗还可以通过提高根冠比来适应更长久的干旱环境。(2)不同潜水埋深处理下,单叶蔷薇幼苗根系的拓扑指数基本保持在0.8-0.9之间,说明该根系属于典型的人字形分支模式,受环境影响较小。其中,短而细的密集细根(0-2 mm)构成了单叶蔷薇幼苗根系的主体。从资源分配的角度来看,该种拓扑结构相对简单、内部竞争较小、碳消耗少,有利于根系扩大土壤资源获取效率,从而保障植株生长发育的物质供需平衡,这是单叶蔷薇对环境胁迫的适应性策略。(3)适度的干旱,如50-70 cm的潜水埋深,可以促进单叶蔷薇幼苗扎根深度;而在较浅的潜水埋深(30-40 cm)环境中,单叶蔷薇幼苗能快速解除干旱,转向地上器官的生长发育,同时它通过降低垂直根系长度、增加分支和根尖数量来获取更多氧气和适应水分充足的新环境,到第75天时生长旺盛,在株高、总根长、根表面积、根体积、根尖数量、分支数量、地上干物质、根系干物质、根组织密度和分形维数10个指标上与CK组具有显著差异,说明单叶蔷薇幼苗对水分充足和严重干旱的极端环境均有较好的适应能力,表型可塑性强。     

Drought effects on fine-root and ectomycorrhizal-root biomass in managed Pinus oaxacana Mirov stands in Oaxaca, Mexico

The effects of a severe drought on fine-root and ectomycorrhizal biomass were investigated in a forest ecosystem dominated by Pinus oaxacana located in Oaxaca, Mexico. Root cores were collected during both the wet and dry seasons of 1998 and 1999 from three sites subjected to different forest management treatments in 1990 and assessed for total fine-root biomass and ectomycorrhizal-root biomass. Additionally, a bioassay experiment with P. oaxacana seedlings was conducted to assess the ectomycorrhizal inoculum potential of the soil for each of the three stands. Results indicated that biomasses of both fine roots and ectomycorrhizal roots were reduced by almost 60% in the drought year compared to the nondrought year. There were no significant differences in ectomycorrhizal and fine-root biomass between the wet and dry seasons. Further, the proportion of total root biomass consisting of ectomycorrhizal roots did not vary between years or seasons. These results suggest that both total fine-root biomass and ectomycorrhizal-root biomass are strongly affected by severe drought in these high-elevation tropical pine forests, and that these responses outweigh seasonal effects. Forest management practices in these tropical pine forests should consider the effects of drought on the capacity of P. oaxacana to maintain sufficient levels of ectomycorrhizae especially when there is a potential for synergistic interactions between multiple disturbances that may lead to more severe stress in the host plant and subsequent reductions in ectomycorrhizal colonization.     

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。     

Effects of elevated soil solution Al concentrations on fine roots in a middle-aged Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) stand

Aluminium (Al), mobilized by acidic deposition, has been claimed to be a major threat to forest vitality. Fine root mortality, decreased root growth and reduced nutrient uptake have been observed in controlled laboratory experiments where roots of tree seedlings were exposed to elevated concentrations of Al. Yet, evidence for Al-induced root damage from forest stands is scarcely reported. Nevertheless, Al dissolved in soil water has received a key role in the critical load concept for forests. Here, we present effects of artificially elevated concentrations of Al in the soil solution on fine roots in a middle-aged stand of Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.). Although the inorganic Al concentrations about 200 µM and Ca:Al ratio about 0.7 that were established in the soil solution within this experiment have been associated with reduction of root growth and root mortality for spruce seedlings in hydroponic studies, no acute damage on fine roots was observed. Three years of treatment did not cause visual root damage, nor were effects on fine root necromass observed. Fine root necromass made up about 10% of fine root biomass for all treatments. However, significantly lower molar Ca:Al and Mg:Al ratios in living and dead fine roots were found in the plots where Al concentrations were highest and ratios of Ca to Al in the soil solution were lowest. The lack of response on fine root biomass suggests that forest stands tolerate higher Al levels than results from laboratory experiments indicate. We conclude that effect studies in the laboratory have limited value for field conditions. The key role of Al toxicity, expressed as the Ca/Al ratio, in critical load calculations for forests may have to be reconsidered.     

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。     

Humid tropical leguminous tree and pasture grass responsiveness to vesicular-arbuscular mycorrhizal infection

Phosphorus is the major nutrient limiting plant growth in a Costa Rican silvopastoral system located on an acid, high P-retaining, volcanic soil. We investigated plant responsiveness to vesicular-arbuscular mycorrhizal (VAM) inoculation using the leguminous tree species Erythrina berteroana Urban, and the two dominant grass species Paspalum conjugatum Berg and Homolepsis aturensis Chase of this silvopastoral system. We grew grass seedlings in the greenhouse for 15 weeks in a methyl bromide-sterilized study soil to which either mixed-species VAM inoculum (Theobroma cacao feeder roots) or autoclave-sterilized cacao roots (non-inoculated control) were added. E. berteroana was grown from both seedlings and vegetative stakes (40 cm long) for 30 and 19 weeks, respectively. Upon harvest, we measured above and below ground biomass, N and P content, rootshoot ratio, legume nodulation, and VAM infection levels. The total above-ground and root biomass of mycorrhizae-inoculated P. conjugatum seedlings were 2.5 and 2.8 times greater than those of noninoculated seedlings. In contrast, VAM-inoculated seedlings of H. aturensis produced 8.4 and 5.9 times more total above-ground and root mass than noninoculated seedlings. Mycorrhizae-inoculated E. berteroana seedlings produced 10.6 times greater shoot biomass for inoculated versus noninoculated seedlings, while E. berteroana vegetative stakes exhibited a negative growth response to VAM inoculation (an approximately 16% decrease in shoot biomass for VAM-inoculated cuttings). The difference in responsiveness between Erythrina growth forms is hypothesized to reflect the cost-benefit relationship between plant host and fungal symbiont for energy and nutrient reserves.