华北落叶松林细根生物量对土壤水分、氮营养空间异质性改变的响应

在华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林选取采伐干扰样地和未采伐干扰样地进行对比研究, 分析采伐干扰造成林下土壤水分和氮营养空间异质性的改变对细根生物量空间变异的影响。采用空间格局分析的小支撑、多样点的设计原则, 对每个样点的土壤分3层取样(0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm)。进行细根(≤1 mm和1-2 mm)生物量与土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤pH的偏相关分析, 以及细根生物量变异函数值和土壤各因子变异函数值的线性回归分析。研究结果表明, 在不同样地, 细根生物量与土壤各因子均表现为正相关关系, 不同土层相关性强弱表现各异, 其中土壤含水量与细根生物量的相关性显著。受采伐干扰后, 细根生物量与土壤含水量、全氮、土壤硝态氮空间变异的关联性更趋于明显。多元线性回归分析结果表明, 采伐干扰样地细根生物量的空间变异更多地受到土壤多因子的综合影响, 而未采伐干扰样地的细根生物量受土壤水分、全氮和硝态氮单独效应的影响更大。     

采伐干扰对林下草本根系生物量与土壤环境异质性关系的影响

结合统计学和地统计学的理论,探讨了采伐干扰对华北落叶松林下草本根系生物量空间异质性及与林下土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮、pH及华北落叶松细根生物量空间异质性的关联性。结果表明,采伐干扰样地草本根系生物量为 31.17 g/m²,明显小于未干扰样地(72.01 g/m²);采伐干扰导致草本根系生物量更多地向表层积聚。0~10 cm土层,采伐干扰样地草本根系生物量的空间异质性(C₀+C=31330.0)和空间自相关性(C/C₀+C=92.5%)明显增强,表现出较强的空间依赖性。采伐干扰后,土壤水分、全氮、硝态氮和铵态氮对草本根系生物量的相关性增强;未采伐干扰样地华北落叶松细根生物量与草本根系生物量的相关性较强。     

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。     

中亚热带杉木人工林细根生物量空间变异与取样数量估算

林木细根生物量具有一定的空间异质性,因此采用合理的细根取样策略对精确估算细根生物量十分重要。通过在福建省三明杉木人工林林内采用土钻法随机选取100个取样点,分析不同细根类型(杉木、林下植被、总细根)生物量的空间变异特征,并对细根生物量所需的取样数量进行估计。结果表明:不同细根类型单位面积生物量随径级(0—1、1—2 mm)及土层深度的增加变异增大,所需的取样数量也相应增加。Shapiro-Wilk检验表明,仅0—2 mm杉木细根和总细根单位面积生物量符合正态分布,其余各个细根类型不同径级不同土层单位面积生物量均不符合正态分布,均呈明显的右偏分布。蒙特卡罗统计模拟分析表明:在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0—1 mm、1—2 mm和0—2 mm的细根,杉木采集95、96、32个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,林下植被分别采集98、98、63个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,而总细根分别采集93、93、18个样品可以满足测定单位面积生物量的需要。     

不同林龄杨树细根生物量分配及其对氮沉降的响应

氮沉降已经成为全球变化背景下的热点问题,并呈现逐渐加重趋势,了解森林生态系统对这种持续氮增长和快速氮循环的响应模式及反馈机制,对于维护森林生态系统健康具有重要的理论意义。本研究选择不同林龄杨树人工林作为试验样地,设置N0(0 g N·m-2·a-1)、N1(5 g N·m-2·a-1)、N2(10 g N·m-2·a-1)、N3(15 g N·m-2·a-1)、N4(30 g N·m-2·a-1)5个不同浓度,进行氮沉降野外模拟实验,探讨不同林龄杨树人工林细根生物量的垂直分布及对模拟氮沉降的响应。结果表明:(1)70%~80%细根生物量分配在0~20 cm土层,呈现表层富集特征;外源氮增加后,幼龄林(4年生)中,0~10 cm土层细根生物量所占比例有所增加,而中龄林(8年生)和成熟林(15年生)则不同程度的减少;(2)细根生物量主要分布在0~0.5和0.5~1.0 mm径级,其中0~0.5 mm径级细根约占总细根(2.0 mm)生物量的50%,外源氮输入增加极小径级(0~0.5 mm)的根系生物量,特别是幼龄林;(3)30~40 cm土层中,成熟林0~0.5 mm细根生物量分配量远大于幼龄林和中龄林,表明随着林龄的增加,小直径细根有向下分配趋势;(4)林龄、土层、径级以及施氮浓度4个因素的综合效应能够解释细根生物量66.3%的变异,其中林龄、土层、径级3个因素各自对细根生物量的影响极显著(P0.01),分别能解释细根生物量17.6%、16.1%、10.4%的变异,而增氮处理仅能解释细根生物量0.24%的变异,影响效应不显著(P0.05)。     

长白山阔叶红松林表层土壤木本植物细根生物量及其空间分布

2008年在长白山北坡原始阔叶红松林内选择3块50 m×50 m样地,采用地统计学方法对表层土壤中木本植物细根生物量及其分布特征进行了定量研究.结果表明：3块样地0～20 cm土层中木本植物活细根生物量分别为3.195、1.930和2.058 t·hm^-2,死细根生物量分别为0.971、0.581和0.790 t·hm^-2,0～10 cm土层中,死、活细根生物量之间无显著相关关系,而10～20 cm土层中,二者呈显著正相关关系(r=0.352,P<0.05）,死、活细根生物量的实际变异函数大多符合球状理论模型.空间自相关引起的空间异质性占总空间异质性的百分比平均大于70%,各样地活、死细根生物量变程分别为5.2、14.6、9.8 m和4.3、20.4、20.1 m.采用贝叶斯统计方法对3块样地活细根生物量空间自相关范围进行估计的结果与地统计学方法的统计结果一致.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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)。     

距树干不同距离处华北落叶松人工林细根生物量分布特征及季节变化

 该文研究了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林细根生物量水平分布和季节变化特征。采用钻土芯法(土钻内径7.0 cm), 在距树干20、50和100 cm处设取样点, 每个样点处分3层(0~10、11~20和21~30 cm)钻取土芯, 取样时间为5、7、9和10月。华北落叶松人工林细根(≤2 mm)生物量全年平均值为224.89 g&#8226;m^–2, 在水平分布上表现为100 cm处细根生物量最大(244.20 g&#8226;m^–2), 其次为20 cm处(221.03 g&#8226;m^–2), 50 cm处最少(209.45 g&#8226;m^–2)。在0~30 cm土层, 总细根(包括活跟和死根)生物量季节变化范围在169.67~263.09 g&#8226;m^–2之间, 9月细根生物量最大, 5月细根生物量最少。0~10 cm土层细根生物量季节变化差异显著(p＜0.05), 11~20和21~30 cm差异不显著(p＞0.05)。距树干100和20 cm处(0~10 cm土层), 细根生物量的季节变化差异明显(p＜0.05), 9月总细根生物量最大(172.82和185.68 g&#8226;m^–2), 5月总细根生物量最少(69.28和73.47 g&#8226;m^–2); 50 cm处季节变化差异不明显(p＞0.05)。细根生物量分布和季节变化不仅受土壤垂直格局影响同时也与距树干不同水平距离有很大的关系。     

Positive tree diversity effect on fine root biomass: via density dependence rather than spatial root partitioning

The importance of species richness to ecosystem functioning and services is a central tenet of biological conservation. However, most of our theory and mechanistic understanding is based on diversity found aboveground. Our study sought to better understand the relationship between diversity and belowground function by studying root biomass across a plant diversity gradient. We collected soil cores from 91 plots with between 1 and 12 aboveground tree species in three natural secondary forests to measure fine root (≤ 2 mm in diameter) biomass. Molecular methods were used to identify the tree species of fine roots and to estimate fine root biomass for each species. This study tested whether the spatial root partitioning (species differ by belowground territory) and symmetric growth (the capacity to colonize nutrient-rich hotspots) underpin the relationship between aboveground species richness and fine root biomass. All species preferred to grow in nutrient-rich areas and symmetric growth could explain the positive relationship between aboveground species richness and fine root biomass. However, symmetric growth only appeared in the nutrient-rich upper soil layer (0–10 cm). Structural equation modelling indicated that aboveground species richness and stand density significantly affected fine root biomass. Specifically, fine root biomass depended on the interaction between aboveground species richness and stand density, with fine root biomass increasing with species richness at lower stand density, but not at higher stand density. Overall, evidence for spatial (i.e. vertical) root partitioning was inconsistent; assumingly any roots growing into deeper unexplored soil layers were not sufficient contributors to the positive diversity–function relationship. Alternatively, density-dependent biotic interactions affecting tree recruitment are an important driver affecting productivity in diverse subtropical forests but the usual root distribution patterns in line with the spatial root partitioning hypothesis are unrealistic in contexts where soil nutrients are heterogeneously distributed.     

Clean rain promotes fine root growth and soil respiration in a Norway spruce forest

Soil acidification and N saturation are considered to affect the decomposition of soil organic matter as well as growth and mortality of fine roots in many forest soils. Here we report from a field experiment where ‘clean rain’ has been applied to the soil for about 10 years under a roofed plot of a 71‐year‐old Norway spruce plantation at Solling, Central Germany. Reduced amounts of protons (?78%), sulphate (?53%), ammonium (?86%), and nitrate (?49%) were sprayed on the soil surface of the clean rain plot between 1992 and 2001. In an adjacent roofed control plot, throughfall was collected and immediately re‐sprinkled below the roof construction without any chemical manipulation. One year before the clean rain treatment started, live and dead fine root masses (≤2 mm) were determined from undisturbed soil cores down to 40 cm mineral soil depth. Total live fine root mass was significantly lower in the clean rain plot than in the control plot. After the first sampling, the soil holes were refilled with quartz sand and repeatedly sampled in June 1992, June 1996, and October 2001. There were no differences in live and dead fine root masses between the plots in 1992 and 1996. In 2001, both live and dead fine root masses of the clean rain plot were about twice as high as in the control plot, indicating that fine root growth recovered in the mineral soil following 10 years of clean rain treatment. Moreover, the clean rain treatment significantly reduced the total N concentrations of live fine roots and 1‐year‐old needles. Our results suggest that the reduced N input promoted fine root growth to compensate N deficiency. Reduced Al concentration in soil solution may have contributed to the recovery of fine root growth, however, the toxicity of Al species is largely unknown. Mean annual soil respiration rate was 24% higher in the period from 2000 to 2001, indicating that the clean rain treatment increased respiration of roots and heterotrophic microorganisms within the rhizosphere. Laboratory incubation of samples from the organic horizon and the top mineral soil revealed no differences between the plots in the decay rate of soil organic matter. Our results suggest that strong reductions in atmospheric N deposition from about 30 to 10 kg N ha^?1 yr^?1 and decreasing acid stress can have beneficial effects on growth of fine roots in the mineral soil within a decade. We conclude that biological recovery under reduced atmospheric loads can affect the nutrient and carbon budget of spruce soils in the long run.     

用地统计学方法对落叶松人工纯林表层细根生物量的估计

 采用地统计学的变异函数分析方法定量研究了落叶松（Larix olgensis）纯林表层（0～10 cm）细根的空 间异质性特征,利用地统计学的克里格内插法结合定积分,对落叶松纯林表层细根（<2 mm）的生物量进 行了估测。结果表明：1）6种林龄（14～40 年）的落叶松人工纯林表层细根的变异函数曲线理论模型均 为球状模型,空间变异主要是由结构性因素引起,且空间自相关程度均属中等以上（空间结构比>25%）。 14、19、22、26、32、40年生的落叶松纯林表层细根的空间变异尺度分别为1.76、3.40、1.02、4.12、 3.37和5.58 m。在所研究的林龄范围内,随林龄的增长,落叶松纯林表层细根的空间变异尺度近似呈直线 增长（p =0.074 4）。2）非参数统计的成对样本符号检验结果表明,变异函数分析结果基础上的克里格 内插法适用于落叶松纯林表层细根生物量的估计。利用此估计值,拟合其与位置坐标值之间的多元回归关 系均为二元十次余弦级数多项式。利用此多项式,通过定积分的方法（积分区间为整块样地的大小）,估 计出14、19、22、26、32、40年生的落叶松纯林表层细根生物量分别为1.097 3、1.434 0、1.185 4、 0.974 3、1.682 6、1.255 6 Mg• hm-2。3）在本次调查的林龄范围内（14～40年）,落叶松纯林表层细 根的现存量近似相等（α=0.037 3）,土壤表层单株细根生物量与林龄之间呈极显著的指数增长关系（α =0.002）。4）采用地统计学的克里格空间插值,结合多元回归和定积分的方法,可以实现落叶松人工林 表层细根生物量的准确估计。     

Fine root dynamics and soil carbon accretion under thinned and un-thinned Cupressus lusitanica stands in, Southern Ethiopia

Background and aims

Forest management activities influences stand nutrient budgets, belowground carbon allocation and storage in the soil. A field experiment was carried out in Southern Ethiopia to investigate the effect of thinning on fine root dynamics and associated soil carbon accretion of 6-year old C. lusitanica stands.

Methods

Fine roots (≤2 mm in diameter) were sampled seasonally to a depth of 40 cm using sequential root coring method. Fine root biomass and necromass, vertical distribution, seasonal dynamics, annual turnover and soil carbon accretion were quantified.

Results

Fine root biomass and necromass showed vertical and temporal variations. More than 70 % of the fine root mass was concentrated in the top 20 cm soil depth. Fine root biomass showed significant seasonal variation with peaks at the end of the major rainy season and short rainy season. Thinning significantly increased fine root necromass, annual fine root production and turnover. Mean annual soil carbon accretion, through fine root necromass, in the thinned stand was 63 % higher than that in the un-thinned stand.

Conclusions

The temporal dynamics in fine roots is driven by the seasonality in precipitation. Thinning of C. lusitanica plantation would increase soil C accretion considerably through increased fine root necromass and turnover.     

鼎湖山南亚热带森林细根生产力与周转

 报道了鼎湖山季风常绿阔叶林和针阔叶混交林群落0～40cm土层中细根(≤2mm和2～5mm)的现存量、死亡量、生产力和周转率,并比较了用“连续钻取土芯法”和“埋无根土柱法”来估算表层土(0～20cm)细根生产力的差异。结果表明：在0～40cm土层中,季风常绿阔叶林≤2mm和2～5mm细根现存量分别为6.59t·hm-2和4.81t·hm-2,死根比率各为29.9％和22.9％;针阔叶混交林≤2mm和2～5mm细根现存量分别为5.35t·hm-2和4.24t·hm-2,死根比率各为34.4％和24.0％。细根现存量的季节性变化不显著。季风常绿阔叶林细根年分解量、年死亡量和年净生产力分别为0.90,1.59,2.65t·hm-2·a-1 (≤2mm)和0.41,0.63,1.25t·hm-2·a-1(2～5mm),针阔叶混交林的相应数值各为0.80,1.4l,2.42t·hm-2·a-1(≤2mm)和0.37,0.62,1.21t·hm-2·a-1(2～5mm)。季风常绿阔叶林细根年周转率为0.57 (≤2mm)和0.34次·a-1(2～5mm),针阔叶混交林分别为0.69(≤2mm)和0.38次·a-1(2～5mm)。