刺槐根系对深层土壤水分的影响

对黄土高原主要造林树种刺槐根系及其林地土壤水分进行调查和监测,结果表明,在阴坡立地上,刺槐细根在距树干2.0 m范围内的水平分布无明显差异,最大分布深度均为2.0 m;而阳坡立地上刺槐细根在距树干0.5 m处的垂直分布深度可达2.0 m,且阴坡立地上细根密度特征值明显大于阳坡.根系对土壤深层水分的影响范围因不同立地条件下根系分布空间差异而不同,在阳坡立地上,刺槐根系对深层土壤水分的影响深度可达2.7 m处的土层,而在阴坡立地上,这种影响范围可达3.3 m处的土层.     

土壤水分对黄土高原主要造林树种细根表面积季节动态的影响

在黄土丘陵沟壑区陕西省安塞县,于2007年生长季内,采用根钻法对刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabulaeformis)林地的细根和土壤水分进行了动态调查。结果表明:生长季内,刺槐、侧柏、油松林地0-200cm土层的土壤含水量变动较大,此土层是树木细根表面积的主要分布层,分别有82.4%(侧柏)、86.5%(刺槐)和87.5%(油松)的细根表面积分布。侧柏、刺槐、油松细根表面积垂直分布与剖面土壤水分间呈显著的正相关关系(p0.05)。模型S=AhB(C+Dh+Eh2+Fh3)可以较好地拟合不同树种细根表面积的垂直分布,拟合决定系数R2均在0.85以上。刺槐、侧柏、油松林地土壤含水量的动态变化均表现为10月4月6月8月。刺槐、油松细根表面积在6月出现1个高峰,侧柏在6月和10月各出现1个高峰。树木细根表面积动态与土壤含水量的季节动态不完全一致。侧柏、刺槐、油松生长所需的水分约87%来自降水的补给。但是,总体上侧柏、刺槐、油松细根表面积与林地土壤含水量的相关性不显著(p0.05)。全面了解树木细根季节动态的机理,还需对水分、温度、养分和树种本身遗传特性等影响因子进行综合研究。     

黄土高原刺槐林地土壤水分垂直分布特征及其动态模型的建立

以位于黄土高原半干旱丘陵沟壑区的陕西省安塞县和半湿润残塬沟壑区的甘肃省泾川县为代表,研究了不同水分生态区刺槐林地土壤水分垂直分布特征;并在原有林地土壤水分入渗平衡模型的基础上,建立了林地土壤水分随时间、土壤深度变化的动态模型。结果表明:(1)不同水分生态区林地土壤水分垂直变化规律具有明显区别,泾川的土壤含水量峰值出现在20~40cm土层深处,后随着土层深度的增加逐渐降低,在200cm土层深度土壤含水量趋于稳定(11%左右);安塞的土壤含水量峰值出现在约60cm左右的土层,并在220cm深度土壤含水量趋于稳定(5.5%左右);说明泾川的土壤含水量高于安塞,安塞的降雨和林木根系耗水对土壤水分的影响程度和深度均大于泾川,且两地深层土壤水分含量不受降水和林木根系耗水等的影响。(2)利用降水在土壤中的入渗平衡模型能够很好地拟合黄土高原两地(泾川、安塞)刺槐林地的土壤水分垂直分布;并通过引入参数t(月份)建立了林地土壤水分随时间和土壤深度变化的动态模型,经验证该模型能够准确地刻画黄土高原不同水分生态区刺槐林地土壤水分的动态变化。     

杉木成熟林细根形态与功能特征的海拔梯度变异特点

为探究植物对环境变化的适应策略,在安徽省金寨县天马国家自然保护区,以不同海拔高度(750、850、1000、1150 m)杉木(Cunninghamia lanceolata)成熟林为对象,采用土钻法获取土壤细根样品,分别测定了不同海拔不同土层(0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm)土壤细根生物量、形态特征参数和碳氮含量。结果表明:(1)随海拔梯度增加,0—30 cm土层细根生物量、根长密度、比根长、表面积密度、体积密度均呈先减少后增加趋势,在海拔750 m生物量最大,其余指标在海拔1150 m最大;随土层深度增加,同一海拔细根生物量、根长密度、表面积密度、体积密度均呈减少趋势。(2)随海拔梯度增加,0—30 cm土层细根C和N含量呈先增加后减少趋势,C/N比呈先减少后增加再减少趋势;随土层深度增加,同一海拔细根C含量呈先减少后增加趋势,N含量呈降低趋势,C/N比呈上升趋势。(3)细根N含量与生物量、根长密度和体积密度显著正相关,C/N比与生物量、根长密度、表面积密度和体积密度极显著负相关。(4)土壤水分对细根生物量及其形态指标影响显著。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

黄土高原刺槐人工林幼林生态系统碳吸存

为了解黄土高原生态林的固碳作用,以刺槐人工林幼林（8年生）和对照荒地为研究对象,比较了两种土地利用方式下,土壤、凋落物和植物各部分的有机碳密度(OCD)和生态系统碳吸存的变化.结果表明:刺槐人工林林地土壤OCD比荒地减少0.26 kg·m^-2,其中0～10 cm层土壤OCD显著提高,10～30 cm土层降低,而在30～80 cm层土壤中则变化不明显.与荒地相比,刺槐人工林林地凋落物、植物根系和植物地上部分的OCD分别增加了121.1%、202.0%和656.7%,每年总有机碳吸存率增加3.3%,说明黄土高原营造刺槐人工林具有明显的碳吸存效应.     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究

采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏6个树种的垂直根系分布特征.结果表明,立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响;油松在幼年期(8年生)即可达到根系分布的最大深度,但根系密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异,其中刺槐根系分布最深.根据各树种根系垂直分布特征,在黄绵土阳向立地上各树种生产力的大小次序为:刺槐>山杏>油松>樟子松>华山松>侧柏.     

Effects of soil physicochemical properties and stand age on fine root biomass and vertical distribution of plantation forests in the Loess Plateau of China

The responses of aboveground parts of the forest to changes in environmental factors and stand age is well studied, but the same is not true for the belowground parts of the forest. Two plantation black locust (Robinia pseudoacacia L.) forest sites were taken in the Loess Plateau of China, one in the drier, infertile, more sandy area of the middle Loess Plateau, and another in the wetter, fertile, more clay-filled area of the southern Loess Plateau. At each site, both a younger (8-year-old) plantation stand and an older (30-year-old) plantation stand were included to study the effects of soil physicochemical properties and stand age on the fine root (<2?mm) biomass and vertical distribution of black locust forests. Root samples were taken with soil cores to a depth of 100?cm. The fine root biomass decreased from the middle site to the southern site for both stand ages, as expected, and the decrease could be due to a higher fine root N concentration associated with a higher fine root turnover rate at the southern site. There was a similar rooting pattern, though not deeper, in the drier, sandy site as predicted based on soil water infiltration and evaporation demands. The different effects of stand characters (e.g., tree density, tree height) on the fine root distribution as compared with the environmental properties may contribute partly to the similar pattern found in the two sites. The fine root biomass increased with stand age in both sites. In contrast to the evident difference in fine root biomass, there was no clear trend in the fine root vertical distribution pattern with stand age. Our results indicate that fine roots are likely to respond to changes in soil physicochemical properties and stand age by changing fine root biomass rather than by varying rooting pattern.     

Vertical distribution of fine roots in relation to soil factors in Pinus tabulaeformis Carr. forest of the Loess Plateau of China

Growth and vertical distribution of fine root closely depend on soil resource availability. Better understanding of relationships of root profile with vertical distribution of available soil resource and soil characteristics can allow ecologists to predict the fine root distribution on the scales ranging from individual plants to vegetation communities. The objective of the study was to understand the fine root mass density (FRMD), fine root length density (FRLD), fine root area density (FRAD), mean root diameter and specific root length (SRL), vertical distribution in soil profile and their relation with soil environment factors in semiarid and arid Loess Plateau of China. The vertical fine root distribution and soil bulk density, soil moisture and soil inorganic N in 0-60 cm soil profile (0–15, 15–30, 30–45 and 45–60 cm intervals) were investigated by soil coring methods in three Pinus tabulaeformis Carr. forests chosen at three locations. The fine root density parameters (FRMD, FRLD and FRAD) and SRL peaked in the most upper soil layer (0–15 cm interval) and decreased with increased soil depth. The results provided a strong support that soil water rather than soil inorganic N is a key control on fine root distribution in the Loess Plateau. With increased soil moisture, the root mass, length and SRL increased and the mean root diameter decreased. The effects of soil bulk density on the fine root parameters were consistent with those of the soil water. An unexpected result was obtained about the relationships between soil organic N and the root distributions and occurrences because of no differences among the soil depth intervals in soil inorganic N content. It might be associated with severe soil water deficit limiting soil nitrogen utilization efficiency in arid Loess Plateau.     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究

采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏６个树种的垂直根系分布特征。结果表明,立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响;油松在幼年期（８年生）即可达到根系分布的最大深度,但根系密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异,其中刺槐根系分布最深。根据各树     

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.     

黄土高原半干旱和半湿润地区刺槐林地生物量与土壤干燥化效应的模拟

 黄土高原人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林地深层土壤干燥化现象普遍发生, 日益严峻地威胁着人工植被建设成效。分析和比较半干旱和半湿润地区刺槐林地生物量演变趋势、深层土壤干燥化发生规律和区域分布特征差异, 能够为黄土高原因地制宜地营造刺槐林提供科学依据。在WinEPIC模型气象、土壤和作物参数数据库组建与模拟精度验证的基础上, 应用WinEPIC模型模拟研究了1957–2001年黄土高原半湿润地区洛川和长武、半干旱地区延安和固原等地1–45年生刺槐林地生物量演变规律和深层土壤干燥化效应。结果表明: 洛川、长武、延安和固原的刺槐林地连年净生产力模拟值在5–8年生时达到最大值后, 随着降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势, 其平均值分别为5.33 × 10³、4.56 × 10³、4.03 × 10³和3.35 ×10³ kg·hm^–2·a^–1; 1–7年生刺槐林地年耗水量高于同期年降水量, 导致林地0–10 m土层土壤强烈干燥化, 洛川、长武、延安和固原刺槐林地年均土壤干燥化速率分别为164.3、165.7、187.1和190.0 mm·a^–1, 8–45年生刺槐林地有效含水量在0–250 mm的较低水平上随降水量变化而波动; 1–9年生刺槐林地0–10 m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈, 土壤湿度逐年降低且土壤干层逐年加厚, 7–9年生时土壤干层厚度已经超过10 m, 8–45年生刺槐林地2–10 m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态; 洛川和长武刺槐林地水分生产力较高且相对稳定, 刺槐林地生长期可以超过45年; 而延安和固原刺槐林地水分生产力较低且稳定性差, 刺槐林稳定生长期不超过40年。     

黄土高原人工刺槐林生长衰退的生态生理机制

刺槐是黄土高原广泛栽植的水土保持树种,然而人工刺槐林的树木个体生长衰退已经成为该区域开展植被恢复建设、实现森林可持续经营所面临的重大生态环境问题之一.目前人工刺槐林生长衰退的定义、界定标准、量化指标尚未形成统一标准.探讨刺槐生长衰退的机理不仅是植被恢复的理论基础,也是退耕还林还草工程持续开展的直接需求,具有实际价值和研究意义.通过汇集相关研究文献,综合国际和黄土高原关于森林生长衰退、死亡率增加的研究,从生态学(气候变化、土壤干化、群落结构失调、森林经营管理不当)和树木生理学(水力学故障、碳饥饿、遗传及分子调节)两个角度概述了黄土高原人工刺槐林生长衰退的机制以及取得的研究进展.最后提出黄土高原人工刺槐林生长衰退研究的不足,并对未来研究进行展望.