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.     

干旱区琵琶柴群落细根周转对土壤有机碳循环的贡献

尽管干旱区生态系统的脆弱性受到了广泛的关注, 但目前关于干旱区植物细根有机碳与土壤碳循环关系的研究还比较少见。在2010年整个生长季节内, 采用土钻法和内生长法, 对新疆干旱区的琵琶柴(Reaumuria soongorica)群落土壤特性、细根的生物量月动态、生产量和周转进行了研究。结果表明: 琵琶柴群落表层土壤含水量最低, 土壤含水量表现出从浅层到深层逐渐增加的趋势; 而表层土壤的有机碳含量最高, 随着土壤深度的加深, 有机碳含量逐渐降低。细根生物量的月平均值为54.51 g·m^-2, 群落细根生产量在82.76-136.21 g·m^-2·a^-1之间, 琵琶柴群落的细根周转率为2.08 times·a^-1, 通过细根死亡进入土壤中的有机碳为17 g·m^-2·a^-1。这些结果表明: 由于灌丛细根高的周转速率, 细根是干旱区土壤有机碳输入的重要部分。     

三峡库区马尾松人工林细根生产和周转

2011年3-12月,采用连续根钻法和分解袋法,研究了三峡库区20年生马尾松人工林细根的季节动态,计算了细根的年生产量和周转率.结果表明:三峡库区马尾松人工林细根(＜2 mm)年均生物量为146.98 g·m-2,其中活细根年均生物量(102.92 g·m-2)远大于死细根生物量(44.06 g·m-2);不同径级细根现存量的时间动态不同,＜1 mm根系季节动态较为明显,整体呈单峰型曲线;马尾松人工林细根(＜2 mm)的年生产量为104.12 g·m-2·a-1,年周转率为1.05 a-1,其中＜1 mm和1～2 mm的年生产量分别为58.35和45.77 g·m-2·a-1,周转率为1.41和0.69 a-1.     

模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林细根特性和土壤呼吸的影响

细根在森林生态系统地下碳循环过程中具有核心地位.2007年11月-2009年11月,对华西雨屏区苦竹人工林进行了模拟氮沉降试验.氮沉降水平分别为对照(CK,0 g N·m^-2·a^-1)、低氮(5 g N·m^-2·a^-1)、中氮(15 g N·m^-2·a^-1)和高氮(30 g N·m^-2·a^-1)处理,研究氮沉降对苦竹人工林细根和土壤根际呼吸的影响.结果表明：不同处理氮沉降下,<1 mm和1～2 mm细根特性差异较大,与< 1 mm细根相比,1～2 mm细根的木质素、磷和镁含量更高,而纤维素、钙含量更低;氮沉降显著增加了<2 mm细根生物量,对照、低氮、中氮和高氮处理的细根生物量分别为(533±89)、(630±140)、(632±168)和(820±161) g·m^-2,氮、钾、镁元素含量也明显增加;苦竹林各处理年均土壤呼吸速率分别为(5.85±0.43)、(6.48±0.71)、(6.84±0.57)和(7.62±0.55) t C·hm^-2·a^-1,氮沉降对土壤呼吸有明显的促进作用;苦竹林的年均土壤呼吸速率与<2 mm细根生物量和细根N含量呈极显著线性相关.氮沉降使细根生物量和代谢强度增加,并通过增加微生物活性促进了根际土壤呼吸.     

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。     

三峡库区马尾松不同直径细根分解动态及其影响因素

在三峡库区秭归县九岭头林场马尾松人工林进行一年的细根分解试验,研究马尾松直径<0.5、0.5～1和1～2 mm细根的分解动态及其影响因素.结果表明: 细根分解速率随直径增大而减小,直径<0.5、0.5～1和1～2 mm细根年分解率分别为34.0%、28.0% 和25.7%.直径<1 mm细根分解速率随时间增加而逐渐减小,直径1～2 mm细根分解速率随时间增加先逐渐增加再减小.在细根分解过程中,N、P和Ca浓度随时间增加而增加,K浓度呈先降低后上升再下降的趋势.细根分解速率与细根初始N、P、K和Ca浓度,以及C/N、C/P均显著相关,细根Ca浓度和土壤温度是影响细根分解的主导因子.     

施氮肥对水曲柳人工林细根生产和周转的影响

细根周转与土壤养分密切相关,但由于根系研究方法的差异以及研究对象的不同,土壤养分对细根周转影响的研究存在不一致的结论。本文以水曲柳（Fraxinus mandshurica）人工林为对象,应用3种方法研究施氮肥对细根生产和周转的影响。结果表明：施肥降低了活细根现存生物量,但施氮肥样地细根年生产量平均值（93．105g&#183;m^-2&#183;a^-1）与对照样地（93．505g&#183;m^-2&#183;a^-1）没有差异,不同方法得出施氮肥样地细根平均周转率（0．917次&#183;a^-1）大于对照样地（0．710次&#183;a^-1）;不同土层内细根的生产量显著不同,表层生产量最大,土层越深细根生产量越低,但细根周转率一般随土壤加深而加快;不同的研究方法得出细根的年生产量和周转率差异较大,分室模型法最高,其次是内生长土芯法,极差法和积分法最低。     

中亚热带不同演替阶段的马尾松和米槠人工林的细根生产量研究

对不同演替阶段的树种细根生产动态及其对环境因子响应的差异目前仍缺乏了解。为此, 在福建省三明市选择了中亚热带演替前期的马尾松(Pinus massoniana)和演替后期的米槠(Castanopsis carlesii)两种人工林为研究对象, 采用微根管法对两种人工林的细根根长生产量及其动态进行了为期2年的观测, 并分析了细根生产量的径级和土层分布, 及月生产量动态与气温、降水、土壤温度、土壤含水率等环境因子间的关系。结果表明: 1)两种林分的细根生产量有显著差异, 马尾松人工林细根年根长生产量约为米槠人工林细根年根长生产量的4倍; 两种林分的细根生产量呈现显著的月变化, 峰值均出现在夏季, 且2年内总细根生产量以夏季的细根生产量最大。2)两林分均是直径0-0.3 mm的细根所占细根生产量比例最大; 土层分布上, 马尾松人工林0-10 cm土层细根所占生产量的比例最大, 米槠人工林30-40 cm土层细根所占生产量比例最大。3)偏相关分析表明, 两林分细根月生产量均与气温、土壤温度极显著相关或显著正偏相关, 与降水、土壤含水率的偏相关均不显著; 一元线性回归分析表明, 演替早期马尾松人工林细根月生产量与气温、土壤温度的相关性明显高于米槠人工林。该研究表明, 与演替后期的米槠人工林相比, 中亚热带演替早期的马尾松人工林细根生产量大, 且与温度间的相关性更高。     

晋西北黄土高原丘陵区不同土地利用方式下土壤碳氮储量

对晋西北黄土高原丘陵区杨树-小叶锦鸡儿人工林、小叶锦鸡儿人工灌丛、杨树人工林、撂荒地和农田5种土地利用方式下土壤碳氮储量进行研究.结果表明: 不同土地利用方式下土壤碳氮含量、碳氮密度和碳氮储量存在显著差异.5种土地利用方式0～20 cm表层土壤碳氮含量和碳氮密度均显著大于20～40 cm和40～60 cm土层.5种土地利用方式同一土层碳氮含量和碳氮密度大小为: 杨树-小叶锦鸡儿人工林>小叶锦鸡儿人工灌丛>杨树人工林>撂荒地>农田;0～60 cm土层土壤有机碳储量大小为:杨树-小-叶锦鸡儿人工林(30.09 t·hm^-2)>小叶锦鸡儿人工灌丛(24.78 t·hm^-2)>杨树人工林(24.14 t·hm^-2)>撂荒地(22.06 t·hm^-2)>农田(17.59 t·hm^-2);土壤氮储量与有机碳储量变化规律相似,杨树-小叶锦鸡儿人工林0～60 cm土层土壤氮储量(4.94 t·hm^-2)最高,其次是小叶锦鸡儿人工灌丛(3.53 t·hm^-2)、杨树人工林(3.51 t·hm^-2)和撂荒地(3.40 t·hm^-2),农田土壤氮储量(2.71 t·hm^-2)最低.杨树-小叶锦鸡儿人工林和小叶锦鸡儿人工灌丛是晋西北黄土高原丘陵区植被建设和生态恢复过程中较好的两种土地利用方式.     

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.     

云南松林的根系生物量及其分布规律的研究

利用平均标准木机械布点法测定了云南省永仁林业局云南松不同龄组林分的根系生物量及其沿土壤剖面深度的分布规律.结果表明,林分根系总生物量随林龄而增加,幼龄林(15～17年)的根系生物量为8.50 t·hm^-2,中龄林(30～32年)为11.70 t·hm^-2,成熟林为(＞62年)18.91 t·hm^-2.在不同龄组林分中,粗根(＞10mm)生物量差异最大(1.5～12.3 t·hm^-2),而中根(5～10 mm)(1.4～1.6 t·hm^-2)及小根(＜5 mm)(5.3～6.2 t·hm^-2)的生物量差异最小.根系生物量沿土壤深度迅速减少,约93%的根系生物量集中分布在0～30 cm土层中,深土层(30～115 cm)的根系生物量仅占7%左右.     

我国主要森林生态系统碳贮量和碳平衡

在广泛收集资料的基础上,估算了我国主要森林生态系统的碳贮量和碳平衡通量,分析了它们的区域特征。主要结果如下：1)我国森林生态系统的平均碳密度是258.83t·hm^-2,基本趋势是随纬度的增加而增加;其中植被的平均碳密度是57.07t·hm^-2,随纬度的增加而减小;土壤碳密度约是植被碳密度的3．4倍,其区域特点与植被碳密度呈相反趋势,随纬度升高而增加;凋落物层平均碳密度是8.21t·hm^-2,随水热因子的改善而减小。2)森林生态系统有机碳库包括植被、土壤和凋落物层3个部分,采用林业部调查规划设计院1989～1993年最新统计的我国森林资源清查资料,估算我国主要森林生态系统碳贮量为281.16×10⁸t,其中植被碳库、土壤碳库、凋落物层碳库分别为62.00×10⁸t、210.23×10⁸t、8.92×10⁸t。落叶阔叶林、暖性针叶林、常绿落叶阔叶林、云冷杉(Picea-Abies)林、落叶松(Larix)林占森林总碳贮量的87％,是我国森林主要的碳库。3)我国森林生态系统在与大气的气体交换中表现为碳汇,年通量为4.80×10⁸t·a^-1,基本规律是从热带向寒带,碳汇功能下降,这取决于系统碳收支的各个通量之间的动态平衡;阔叶林的固碳能力大于针叶林。我国森林生态系统可以吸收生物物质、化石燃料燃烧和人口呼吸释放总碳量(9.87×10⁸t·a^-1)的48.7％。     

Fine Root Biomass,Production, Turnover Rates,and Nutrient Contents in Boreal Forest Ecosystems in Relation to Species,Climate, Fertility,and Stand Age: Literature Review and Meta-Analyses

Fine roots <2 mm in diameter play a key role in regulating the biogeochemical cycles of ecosystems and are important to our understanding of ecosystem responses to global climate changes. Given the sensitivity of fine roots, especially in boreal region, to climate changes, it is important to assess whether and to what extent fine roots in this region change with climates. Here, in this synthesis, a data set of 218 root studies were complied to examine fine root patterns in the boreal forest in relation to site and climatic factors. The mean fine root biomass in the boreal forest was 5.28 Mg ha^?1, and the production of fine roots was 2.82 Mg ha^?1 yr^?1, accounting for 32% of annual net primary production of the boreal forest. Fine roots in the boreal forest on average turned over 1.07 times per year. Fine roots contained 50.9 kg ha^?1 of nitrogen (N) and 3.63 kg ha^?1 of phosphorous (P). In total, fine roots in the boreal forest ecosystems contain 6.1 × 10⁷ Mg N and 4.4×10⁶Mg P pools, respectively, about 10% of the global nutrients of fine roots. Fine root biomass, production, and turnover rate generally increased with increasing mean annual temperature and precipitation. Fine root biomass in the boreal forest decreased significantly with soil N and P availability. With increasing stand age, fine root biomass increased until about 100 years old for forest stands and then leveled off or decreased thereafter. These results of meta analysis suggest that environmental factors strongly influence fine root biomass, production, and turnover in boreal forest, and future studies should place a particular emphasis on the root-environment relationships.     

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.     

Changes in fine root biomass of Picea abies forests: predicting the potential impacts of climate change

Aims The impact of global warming on belowground processes, especially on fine root production, is poorly understood in comparison with its aboveground counterpart.Methods Here, we compiled 227 measurements to assess the influence of temperature and precipitation on fine root biomass of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst) forest ecosystems in the Eurasia boreal region.Important findings We found that fine root biomass decreased significantly with latitudes. There was a biomass increase of 0.63 Mg ha^-1 and 0.32 Mg ha^-1 for fine roots <2 and <1 mm in diameter, respectively, with 1°C increase of mean annual temperature. There was an increase of 0.5 and 0.1 Mg ha^-1 per 100 mm year^-1 precipitation for the two size classes of fine roots. If the adaption of root production can match the pace of global warming and water is not a limiting factor for plant growth, fine root biomass would be expected to increase by 40–140% in response to the predicted increase in temperature (3–10°C) over the next century. Our analyses highlighted the strongly positive influences of temperature and precipitation on belowground function, suggesting that predicted future climate change could substantially enhance belowground biomass in the boreal region where the greatest warming is anticipated. This potential increase of belowground biomass, coupled with aboveground biomass, may provide a better understanding of climate–ecosystem feedbacks.     

黄土丘陵区微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响

对黄土丘陵区微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)条件下草地植物群落进行群落组成调查和地上、地下生物量测定,分析微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响.结果表明： 研究区内草地植物群落主要由菊科、禾本科和豆科物种组成.群落地上和地下生物量以及根系年生长量分别为164.12 g·m^-2、1044.87 g·m^-2、731.77 g·m^-2·a^-1.群落地上和地下生物量以及根系年生长量在不同坡向的大小均为：阴坡>阳坡>坡顶.在阴坡,群落生物量和根系年生长量的大小为：坡下部>坡中部>坡上部>坡顶部,阳坡群落生物量在不同坡位的大小顺序与阴坡不同.根系生长主要集中在0～20 cm土层,且从上到下逐渐减小.根系周转率的平均值为0.75 a^-1,在不同微地形条件下不同土层内大小不同.     

黑龙江省大兴安岭森林生物量空间格局及其影响因素

基于样地实测数据和EVI指数,定量分析了黑龙江省大兴安岭森林生物量空间格局,并利用ArcGIS软件的空间分析与统计工具,分析了气候区、海拔、坡度、坡向和植被类型对森林生物量空间格局的影响.结果表明: 黑龙江省大兴安岭森林生物量为350 Tg,空间上呈聚集分布,生物量有巨大的增长空间.森林生物量密度大小顺序为:寒温带湿润区(64.02 t·hm^-2)＞中温带湿润区(60.26 t·hm^-2);各植被类型生物量密度大小顺序为:针阔混交林(65.13 t·hm^-2)＞云冷杉林(63.92 t·hm^-2)＞偃松 落叶松林(63.79 t·hm^-2)＞樟子松林(61.97 t·hm^-2)＞兴安落叶松林(61.40 t·hm^-2)＞落叶阔叶混交林(58.96 t·hm^-2).随海拔和坡度的增大,森林生物量密度先减小后增加,并且阴坡大于阳坡.大兴安岭森林生物量空间格局随气候区、植被类型和地形因子的梯度变化表现出差异性,在区域尺度上估算生物量密度时,需要充分考虑这种空间差异性.