色季拉山急尖长苞冷杉叶片及细根性状随海拔的变异特征

叶片和细根是植物对环境变化响应的主要功能器官,在气候变化趋势下,研究其随环境梯度的变化,对理解植物对环境的适应策略具有重要意义。本文是在色季拉山急尖长苞冷杉分布区,按海拔梯度(3800、3900、4000、4100、4200、4300、4400m)选择7个典型样地,在样地内对其叶片基本特征、叶绿素含量、比叶重和细根特征(0—60cm)等参数进行了测量。结果表明:(1)随海拔梯度升高,急尖长苞冷杉叶片叶面积减小、叶片厚度增加、叶绿素含量逐渐降低、比叶重显著增大。3900m处急尖长苞冷杉的叶片形态特征表现最好,叶片长度、宽度和面积均显著优于其他海拔,海拔4200m叶片厚度达到最大值,叶片面积、叶绿素含量随海拔升高呈下降趋势,但在4200m处出现第二峰值。(2)随海拔梯度增加,细根各性状与海拔表现出非线性关系,其中细根生物量和细根体积在3900m和4200m处出现两次峰值,3900m处细根生物量达到最大值,4200m处细根体积达到最大值,4400m处细根生物量和细根体积均显著少于其他海拔。细根根长密度在海拔3900、4200、4300m较高,三者之间差异不显著,但显著高于其余海拔,4400m海拔细根根长密度最小。细根表面积在3900m海拔处达到最大值,显著高于其他海拔,4200和4300m次之,3800、4000和4400m海拔下细根表面积相对较小。4400m处细根比根长达到最大值。各海拔上细根均主要分布在0—20cm土层。随土层厚度增加,各海拔细根生物量和根系体积在0—60cm土层范围内均逐渐减小;细根根长密度、表面积在20—40cm和40—60cm显著提高;同一海拔细根比根长随土层深度增加呈明显的增加趋势。各海拔40—60cm土层细根比根长显著高于20—40和0—20cm土层。(3)综合叶片及细根特征,海拔3900m为急尖长苞冷杉的最适宜生长区域;随海拔升高,环境因子逐渐恶劣,环境胁迫加剧,急尖长苞冷杉最终形成在4400m处为其分布上限的海拔梯度格局。     

岷江上游4个栽培树种细根功能性状垂直分布的差异性

细根(直径≤2 mm)功能性状及垂直分布格局是反映植物对土壤资源吸收策略和影响森林地下生态过程的关键。本研究以岷江上游4个人工林树种连香树(Cercidiphyllum japonicum)、白桦(Betula platyphylla)、华山松(Pinus armandii)和油松(P.tabuliformis)为对象,调查不同海拔树木细根功能性状及其在不同土层间的垂直分布格局,并分析细根功能性状分布与构型之间的相关关系。结果表明:阔叶树种比针叶树种有更大的根长密度、生物量、比根长和比表面积,而直径反之;4个树种细根集中在0~20 cm土层,根长密度和生物量在较高海拔地段均显著大于较低海拔,且均随土壤深度增加而减少,但比根长、比表面积和直径无显著的海拔差异,随土层加深也无明显的垂直变化规律;针阔树种间的细根构型差异显著,但不受海拔差异的影响,阔叶树的细根分支强度与一级根数量显著大于针叶树种;一级根数和根尖密度与比根长以及分根比与根长密度和生物量均呈显著正相关,而分叉与几个细根功能参数均呈负相关;随着土层深度增加,细根总生长量明显减少,但细根资源利用效率和策略不变;5个细根功能性状的垂直分布格局差异明显,且受树种特性影响显著,细根分支构型对其垂直分布及资源获取策略具有显著影响。     

瓦屋山常绿阔叶次生林建群种扁刺栲的细根分布及其碳氮特征

四川瓦屋山国家森林公园是我国西部的中亚热带湿性常绿阔叶林的典型代表,具有四川现存的较为完好的扁刺栲(Castanopsis platyacantha)-华木荷(Schima sinensis)群系,该研究利用土钻法探讨了该群系内主要建群种扁刺栲标准木的细根分布及其碳氮特征。结果表明:(1)扁刺栲细根总生物量为173.62 g·m~(-2),其中活根生物量为135.29 g·m~(-2)。(2)随着土层深度的增加,扁刺栲细根生物量、根长密度、根系表面积和比根长呈下降趋势,0~30 cm土层所占比例分别为67.23%、69.53%、69.48%和57.20%;根长密度、根系表面积和比根长均随细根直径的增加而显著下降,直径小于1 mm的根系所占比例分别为58.84%、52.59%和51.36%。(3)扁刺栲细根生物量、根长和表面积消弱系数β均随根系直径的增加而增加。(4)根系C含量在第Ⅰ土层中随细根直径的增加而显著增加,在其他土层则无显著差异;直径小于2 mm的根系C含量在第Ⅰ土层中显著低于其他土层,大于2 mm的根系C含量在各土层间的差异不大。(5)根系N含量随根系直径和土层深度的增加而减少,C/N值则与之相反。该研究结果在一定程度上反映了该次生林地下细根的垂直分布及养分特征,为揭示该生态系统地下生态过程及今后在该生态系统研究环境变化对地下生态过程的影响提供了基础数据。     

不同年龄三倍体毛白杨纸浆林生长期间细根变化规律

以3、5、6及7年生三倍体毛白杨纸浆林为对象,于2008年研究生长期(4—11月)细根生物量、根长密度和细根表面积的月动态变化和垂直分布的变化。结果表明:细根生物量、根长密度或细根表面积在4—11月均表现为单峰曲线,其中细根生物量的峰值出现在8月,而根长密度和细根表面积的峰值出现在9月;细根生物量、根长密度及细根表面积的平均值随年龄的增加而增加,3、5、6及7年生的三倍体毛白杨细根生物量分别为658.3、750.6、1048.1和1115.0kg.hm-2,相应地根长密度分别为12.490×103、9.983×103、9.227×103和5.921×103m.m-3,细根表面积分别为12.17、18.68、22.23和25.28m2.m-3;细根生物量、根长密度及细根表面积的垂直分布表现为表层化,随年龄的增加表层细根增多,其中细根生物量的46.36%～51.12%、根长密度的62.77%～75.33%、细根表面积的61.74%～64.16%均分布在0～10cm土层。     

郭岩山不同海拔丝栗栲细根功能性状及其与土壤因子的关系

为揭示丝栗栲(Castanopsis fargesii)细根功能性状对环境变化的适应机制,对郭岩山500、700、900 m海拔处丝栗栲细根功能性状及其与土壤因子的关系进行研究。结果表明,丝栗栲细根生物量与细根根长密度、表面积密度、组织密度及体积密度呈正相关,细根根长密度、体积密度、表面积密度和比根长4个性状间均呈极显著正相关关系,且均与细根组织密度呈显著负相关。根际土含水量、C和N含量与细根比根长、根长密度、体积密度、表面积密度均存在显著正相关关系,而土壤容重与细根组织密度呈正相关。海拔700 m的细根生物量、根长密度、表面积密度及体积密度显著大于海拔500和900 m的。500和900 m海拔的根长密度、表面积密度与土壤深度呈负相关,而500 m海拔细根的组织密度与土壤深度呈正相关。因此,郭岩山丝栗栲通过改变细根功能性状来适应海拔和土壤的变化。     

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。     

毛竹细根分布特征研究

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)细根的分布规律,对不同水平距离和土层深度0~1 mm和1~2 mm细根的生物量、比根长、组织密度和根长密度进行了分析。结果表明,随着毛竹年龄的增加,细根生物量和根长密度先上升后降低,根组织密度先降低后升高,比根长呈降低的趋势。细根生物量和根长密度以距竹秆60 cm处最大,根组织密度以20 cm处最大,比根长在40 cm处最大,但他们在距竹秆不同距离间的差异不显著。细根生物量以10~20 cm土层最大,根组织密度以20~30 cm土层最大,细根生物量、比根长、组织密度和根长密度在不同土层间的差异不显著。与1~2 mm细根相比,0~1 mm细根生物量和根组织密度更小,比根长和根长密度更大。因此,毛竹年龄对细根生长具有显著的影响,1年生毛竹有最大的比根长和较大的根组织密度,具有更强的资源利用率。毛竹细根在一定的土层范围内呈均匀分布状态,可更有效地利用特定区域的水肥资源。     

水肥耦合对欧美108杨幼林表土层细根形态及分布的影响

采用根钻法对水肥耦合条件下(地表滴灌和随水施肥)欧美108杨幼林(Populus×euramericana cv.‘Guariento’)林地0—30 cm表土层细根形态及分布进行了系统研究。田间试验设计3个灌溉水平(灌溉土壤水势起始阈值为-75、-50、-25 k Pa)和3个养分水平(施N150、300、450 g株-1a-1),组合成9个水肥耦合处理,另设1个对照处理(CK)。研究结果表明:(1)垂直方向上,10个处理下欧美108杨幼林细根生物量、表面积、体积和根长密度均随着土壤深度的增加而递减(且多数处理达到显著水平),而比根长则在低水和中水处理下表现出0—10 cm土层显著小于10—20 cm和20—30 cm土层,在高水和CK处理下各土层之间差异不显著(P0.05)。从表征细根分布特征的多数指标来看,水肥耦合没有改变欧美108杨幼林细根的垂直分布格局,其细根主要分布在0—10cm土层,该层生物量和根长密度分别是10—20 cm土层的1.25—5.05倍和1.05—2.05倍、分别是20—30 cm土层的2.8—13.06倍和1.99—4.99倍。(2)欧美108杨幼林细根生物量、根长密度、表面积和体积均表现出:低肥量下的3个滴灌水平处理均与CK无显著差异,中肥和高肥量下的6个处理均显著大于CK,尤其高水高肥处理促进细根生长的效果最显著,其3个土层细根生物量较CK分别显著提高了316%、386%和442%,根长密度较CK分别显著提高了345%、176%、132%(P0.05);各处理比根长均随着滴灌和施肥量的增加而减小。(3)同一滴灌水平下各土层细根生物量随施肥量变化的回归方程拟合具有较高R2(0.702—0.891),P0.0001,而同一施肥水平下各土层细根生物量随滴灌量变化的回归方程拟合度较低,说明欧美108杨幼林细根的趋肥性强于向水性,故在对其水肥经营管理中应该将施肥措施放在首位。     

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。     

米槠次生林和天然林细根养分及化学计量特征

探讨人为干扰对森林养分利用和生物地球化学循环特征的影响,对亚热带米槠(Castanopsis carlesii)次生林和天然林细根化学计量特征及其随土壤深度(0～80cm)的变化趋势进行了研究。结果表明,混合线性模型表明林分和土层深度对细根化学计量特征影响的主效应显著,但是交互作用不显著;米槠次生林细根N和P含量均显著低于天然林,而细根C浓度、C:N、C:P显著高于天然林,天然林1～2mm细根C浓度显著低于次生林;天然林和次生林细根N、P含量均随土层深度增加而呈显著下降趋势,C:N、C:P、N:P均随土层深度增加而呈显著上升趋势,且两林分下降趋势无显著差异;天然林和次生林细根N、P含量及N:P分别与土壤全N、全P含量和N:P存在线性关系,而细根N、P含量和N:P随土层深度变化均与直径显著相关,与细根比根长(SRL)无关。天然林经过人为干扰后,细根化学计量特征随土层深度变化规律虽未发生改变,但细根N和P浓度显著降低。     

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。     

长白山原始阔叶红松（Pinus koraiensis）林及其次生林细根生物量与垂直分布特征

以我国东北长白山自然保护区内同一海拔梯度的原始阔叶红松林及其次生林——白桦山杨成熟林和白桦山杨幼林为对象,采用土钻取样法对不同演替阶段细根生物量的变化、细根垂直分布规律及其影响因子进行系统地研究。研究结果表明,在原始阔叶红松林的正向演替过程中,林地细根的总生物量逐渐增加,其中主要乔木细根的生物量逐渐增加,而灌木和草本细根的生物量则逐渐降低。在演替过程中,细根的垂直分布逐渐加深。在长白山地区,3块林地中细根生物量的组成分布受林分植被组成的影响;细根的垂直分布与土壤容重、水分含量以及不同土层中C、N含量存在一定的相关性,但与土壤温度则不存在相关关系。     

中亚热带森林植物多样性增加导致细根生物量“超产”

细根在森林生态系统C分配和养分循环过程中发挥着重要作用, 但对地下细根与植物多样性之间关系的研究相对较少。该研究选择中亚热带从单一树种的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林到多树种的常绿阔叶林(青冈(Cyclobalanopsis glauca)-石栎(Lithocarpus glaber)林)的不同植物多样性梯度, 用根钻法采集细根并测定其生物量, 用Win-RHIZO 2005C根系分析系统测定细根形态参数, 以验证以下3个假设: 1)植物种类丰富度高的林分其细根生产存在“地下超产”现象; 2)根系空间生态位的分离水平是否随着植物多样性增多而增大? 3)细根是否通过形态可塑性对林木竞争做出响应?结果显示: 从单一树种的杉木人工林到植物种类较复杂的青冈-石栎常绿阔叶林, 0-30 cm土层的林分细根总生物量和活细根生物量均呈增加的趋势, 即细根总生物量为杉木林(305.20 g·m^-2) <马尾松(Pinus massoniana)林(374.25 g·m^-2) <南酸枣(Choerospondias axillaris)林(537.42 g·m^-2) <青冈林(579.33 g·m^-2), 活细根生物量为杉木林(268.74 g·m^-2) <马尾松林(299.15 g·m^-2) <南酸枣林(457.32 g·m^-2) <青冈林(508.47 g·m^-2), 各森林类型之间的细根总生物量差异显著(p < 0.05), 但活细根生物量差异不显著。土壤垂直剖面上, 除杉木林细根生物量随土层变化不显著外, 其他森林类型的活细根生物量和总细根生物量均随土层变化显著, 表层细根生物量随树种多样性的升高呈减小趋势, 据此推测树种间的生态位分离水平逐渐增大。植物多样性的不同对林分的细根形态及空间分布格局影响不显著, 细根形态可塑性对生物量变化响应不明显。     

贵州中部喀斯特山地不同植被生态系统细根生态特征及养分储量

为了解喀斯特生态系统退化过程中树木细根生物量和土壤养分的变化,选择贵州中部喀斯特山地乔木林、灌木林和灌草丛3种植被生态系统,比较分析不同深度(0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm)土壤细根数量及其养分情况.结果表明:树木细根主要分布在0～10 cm土层,并随土层加深而减少.在0～10 cm土层中,乔木林、灌木林和灌草丛的活细根生物量分别占0～15 cm总细根生物量的42.78%、56.75%和53.38%,总活细根生物量的83.36%、86.91%和93.79%.不同植被下优势种植物细根生物量存在差异.0～5 cm土层乔木林活细根氮素和磷素储量均显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),但灌木林和灌草丛间没有差异;5～10 cm土层乔木林活细根氮和磷储量显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),灌木林下又显著高于灌草丛下(P0.05).0～10 cm土层的活细根生物量与植株地上部分生物量呈正相关,植物叶片氮、磷养分含量与细根比根长呈显著的负相关,说明细根的养分储量对地上生物量的建成和生态系统功能的发挥具有重要作用.     

杉木观光木混交林细根的分布

对27年生混交比例为2行杉木和1行观光木的混交林和杉木纯林群落细根分布的研究表明,杉木和观光行间的杉木细根密度虽比极木行间的低8．5％,但观光木细根密度则高152．09％,其细根总密度比杉木与杉木行间的大10．43％。混交林中杉木各径级活动根密度呈单峰型分布,均以5－10cm土层最大,而观光木各径级各活细根主要分布在0－10cm土层内。纯林杉木各径活细根密度亦基本呈单峰型分布,但峰值出现在10－20cm或20－30cm土层。不同树种不同径级死细根的分布均与其各自的活细根分布相似。混交林中灌木细根密度在30－40cm的土层最大,而纯林中的灌木细根集中于0－10cm的表土层;混交林和纯林中的草木细根均集中在0－5cm土层。与纯林的相比,混交林中杉木细根主要分布的土层明显上移,表层土壤细根所占比重增大,有利于更好利用土壤养分和提高群落生产力。     

Seasonal dynamics of fine root biomass,root length density,specific root length,and soil resource availability in a Larix gmelinii plantation

Fine root tumover is a major pathway for carbon and nutrient cycling in terrestrial ecosystems and is most likely sensitive to many global change factors.Despite the importance of fine root turnover in plant C allocation and nutrient cycling dynamics and the tremendous research efforts in the past,our understanding of it remains limited.This is because the dynamics processes associated with soil resources availability are still poorly understood.Soil moisture,temperature,and available nitrogen are the most important soil characteristics that impact fine root growth and mortality at both the individual root branch and at the ecosystem level.In temperate forest ecosystems,seasonal changes of soil resource availability will alter the pattern of carbon allocation to belowground.Therefore,fine root biomass,root length density(RLD)and specific root length(SRL)vary during the growing season.Studying seasonal changes of fine root biomass,RLD,and SRL associated with soil resource availability will help us understand the mechanistic controls of carbon to fine root longevity and turnover.The objective of this study was to understand whether seasonal variations of fine root biomass,RLD and SRL were associated with soil resource availability,such as moisture,temperature,and nitrogen,and to understand how these soil components impact fine root dynamics in Larix gmelinii plantation.We used a soil coring method to obtain fine root samples(≤2 mm in diameter)every month from Mav to October in 2002 from a 17-year-old L.gmelinii plantation in Maoershan Experiment Station,Northeast Forestry University,China.Seventy-two soil cores(inside diameter 60 mm;depth intervals:0-10 cm,10-20 cm,20-30 cm)were sampled randomly from three replicates 25 m×30 m plots to estimate fine root biomass(live and dead),and calculate RLD and SRL.Soil moisture,temperature,and nitrogen(ammonia and nitrates)at three depth intervals were also analyzed in these plots.Results showed that the average standing fine root biomass(live (32.2 g.m-2.a-1)in the middle(10-20 cm)and deep layer (20-30cm),respectively.Live and dead fine root biomass was the highest from May to July and in September,but lower in August and October.The live fine root biomass decreased and dead biomass increased during the growing soil layer.RLD and SRL in May were the highestthe other months,and RLD was the lowest in Septemberdynamics of fine root biomass,RLD,and SRL showed a close relationship with changes in soil moisture,temperature,and nitrogen availability.To a lesser extent,the temperature could be determined by regression analysis.Fine roots in the upper soil layer have a function of absorbing moisture and nutrients,while the main function of deeper soil may be moisture uptake rather than nutrient acquisition.Therefore,carbon allocation to roots in the upper soil layer and deeper soil layer was different.Multiple regression analysis showed that variation in soil resource availability could explain 71-73% of the seasonal variation of RLD and SRL and 58% of the variation in fine root biomass.These results suggested a greater metabolic activity of fine roots living in soil with higher resource availability,which resulted in an increased allocation of carbohydrate to these roots,but a lower allocation of carbohydrate to those in soil with lower resource availability.