黄土高原丘陵沟壑区主要造林树种细根生物量分布规律研究

以2 mm 为粗、细根的划分界限, 采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6 个主要造林树种细根分布进行调查研究, 同时测定不同树种林地下的土壤含水量。结果表明: 在垂直方向上, 随着土层深度的加深, 细根生物量均呈现出减小的趋势; 在水平方向上, 油松细根生物量呈现先增大后减小的二次多项式分布, 其余5 个树种细根生物量均呈现对数分布, 并且水平根系发达, 细根主要分布在冠幅半径2-3 倍左右的范围内,表明各植被通过水平扩张来获取土壤浅层的大气降水。各造林树种样地土壤含水量由生长季初期到末期呈现降低的趋势, 土壤含水量决定着细根生物量的大小和分布。     

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。     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

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.     

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.     

晋西黄土区人工林细根与土壤水碳的耦合关系

以晋西黄土区山西离石典型人工林刺槐、侧柏、核桃为研究对象,研究其深剖面（0-500 cm）细根参数、土壤水分和有机碳的分布特征,并以农地为对照,评价各人工林土壤水分亏缺和有机碳积累效应,在此基础上探讨三者的耦合关系。结果表明：（1）3种人工林土壤浅层（0-70 cm）细根累计生物量占整个土层的56%-71%,具有明显表聚性。（2）3种人工林土壤深层（70-500 cm）土壤水分亏缺效应均显著高于浅层（P < 0.05）,与农地相比,其亏缺值表现为：侧柏 > 核桃 > 刺槐。（3）3种人工林深层土壤有机碳密度占整个土层的77%-86%;与农地相比,侧柏和核桃土壤有机碳积累效应总体为正向积累作用,刺槐则相反。（4）在土壤浅层,细根参数与土壤水分和有机碳密度均有显著相关性,而在深层,细根主要与有机碳密度显著相关,与土壤水分的相关性仅在刺槐样地显著。晋西黄土区不同人工林深层细根分布有很大差异,且已对其深层土壤水分和有机碳的分布产生影响。综合来看,刺槐的细根分布已造成深层土壤水分亏缺,同时也不利于深层有机碳的积累。     

不同土壤水分下刺槐和油松的生理特征

在适宜土壤水分(70%θf)、中度干旱(55%θf)和严重干旱(40%θf)3种土壤水分条件下研究了黄土高原常见造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia L.)和油松(Pinus tabulaeformis Carr.)的生长及水分利用特性.结果表明:干旱胁迫使2树种的成活率、干物质累积和光合速率均显著下降.在适宜水分下刺槐的单叶水分利用率(WUE)最高,严重干旱下最低.刺槐和油松的枝条快速生长期主要集中在3-6月,在中度干旱条件,2个树种均可良好生长;在严重干旱下2个树种的生长均受到显著抑制,但刺槐受影响较大,油松受影响较小.在3种土壤水分条件下刺槐耗水量、生物量及水分利用率均显著高于油松.2树种在中度干旱下的总WUE最高,严重干旱下最低.刺槐属于高耗水树种,油松属于低耗水树种,油松的耐旱性强于刺槐.研究结果表明,刺槐在黄土高原缺水地区不适宜大面积栽植,只能用于水分条件较好的立地条件下造林.油松应尽可能在含水量较高的阴坡或沟坡地带造林.     

不同类型沙地上差巴嘎蒿细根的分布状态

 以生长于流动沙地和固定沙地上,处于植被演替不同阶段的半灌木差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)种群为对象,用土钻取样法研究了生长季（2000年）降雨期前后差巴嘎蒿的根系随土壤深度的分布、生长动态及其与根际土壤含水量的动态关系,观察到：1)降雨期前各土层的根际土壤含水量随深度的增加而升高,增加的幅度为流动沙地>固定沙地;降雨期后根际土壤含水量随深度的增加而减少,减少的幅度为固定沙地>流动沙地。2)表土层（0～15 cm）中差巴嘎蒿的主根分布量在流动沙地显著高于固定沙地。3)降雨期前,差巴嘎蒿细根(直径<1 mm)分布比例在两种不同类型沙地上的差异表现为:在土层0～45cm中固定沙地(84.9%)极显著高于流动沙地(61.9%),而在深土层（>45 cm）中流动沙地（38.1%）显著高于固定沙地（22%）;降雨期后,不论是在固定沙地还是流动沙地细根多集中于0～15 cm的表土层中,流动沙地的细根分布比例由降雨期前33%增至降雨期后的78%,固定沙地由降雨期前的49%增至降雨期后的63%。表明流动沙地差巴嘎蒿种群细根的生长比固定沙地活跃,能够在生长季降雨期后迅速调整细根的分布比例,使细根分布适应降雨期后浅层土壤含水量高的特点。固定沙地的细根分布难以迅速适应土壤水分的变化,不利于差巴嘎蒿对水分的吸收,成为种群衰退的一个重要因素。     

混交林内毛白杨和刺槐根系吸水的动态生态位划分

资源吸收的动态生态位划分研究对于认识植物共存机制具有重要意义,然而至今对于该领域的理解仍然不足。在2019年生长季内,对华北平原上的一片毛白杨(Populustomentosa)-刺槐(Robiniapseudoacacia)成熟混交林进行了同位素和土壤含水率的重复取样,并于生长季末进行细根取样。通过氢氧稳定同位素方法和贝叶斯混合模型(Mix SIAR)确定了树木的季节性吸水模式,使用Pianka的标准化重叠值判断了毛白杨和刺槐的生态位重叠程度。结果显示:两个树种都具有深根系,但是,毛白杨倾向水平侧根的发育并在浅土层(0–30cm)分布更高比例的细根,而刺槐则倾向垂直主根的发育,在深土层(100–600 cm)分布高比例细根。就整个生长季的平均而言,毛白杨和刺槐的主要水源均是中层(30–100 cm)和深层土壤水。但是,浅层和中层土壤水对毛白杨吸水的贡献高于刺槐,深层土壤水和地下水则反之。在应对干旱和夏季强降雨时,毛白杨和刺槐表现出完全相反的吸水策略。在旱季,毛白杨增加中土层的吸水贡献,而刺槐则提高了对地下水的相对吸水量。当强降雨事件发生时,毛白杨增加浅土层的吸水贡献,而刺槐却增加深土...     

黄土丘陵区人工林细根生物量及其影响因素

为揭示黄土丘陵区人工林细根生物量变化差异及其关键影响因素,本文分析了该区主要造林树种细根生物量大小、垂直分布特征及其与植被群落多样性、土壤因子的关系。以8种人工林为研究对象,包括:柠条40 a、柠条30 a、柠条15 a、刺槐45 a、刺槐15 a、侧柏15 a、灌木混交(柠条与山杏1∶1混交)40 a及乔木混交(刺槐与侧柏1∶1混交)15 a,采用根钻法每隔10 cm采集0~30 cm土层细根。结果表明:细根生物量大小表现为侧柏15 a刺槐15 a柠条15 a;随着林龄的增加,柠条和刺槐人工林细根生物量均呈显著增加(P0.05),柠条、刺槐从15 a到40和45 a分别增加了57.8%和41.0%;相似林龄混交林与纯林的细根生物量大小差异不显著;不同人工林细根生物量均表现为随土层深度增加而显著降低。基于RELATE的相关检验和"Best"模型的生物-环境分析,黄土丘陵区人工林细根生物量与土壤理化性质显著相关(r=0.303,P0.01),尤其是土壤全氮与有机碳含量对人工林细根生物量影响较大;而人工林细根生物量与植被群落多样性相关性不显著。说明随着恢复年限增加,土壤碳、氮含量提高,可以有效提高人工林细根生物量。     

秦岭北坡几种人工林根系及土壤有机碳剖面分布特征的研究

对秦岭北坡浅山区刺槐、油松、侧柏人工林根系生物量、土壤有机碳含量以及土壤氮素进行了测定分析.结果表明,3种人工林之间的根系生物量存在差异,变异系数达到27.75%;土壤有机碳含量差异不明显,变异系数只有3.36%;在土壤剖面上,3种人工林根系生物量的垂直分布有明显差异,但土壤有机碳含量的层次变化基本一致,土壤有机碳主要集中在0~10 cm土层中,其含量超过0~60 cm土层总量的40%;3种人工林土壤全氮与土壤有机碳含量之间都呈显著的线性正相关.     

幼龄柠条细根现存量与环境因子的关系

以晋西北黄土高原区柠条(Caragana korshinskii)幼龄人工林为研究对象, 应用微根管技术(Minirhizotron technique)对林地100 cm土层范围的柠条细根生长动态进行了观测。以2007年生长季(5~9月)的根长密度(RLD, mm·cm^-3)数据为基础, 对柠条细根现存量(RLDst, mm·cm^-3)及其与环境因子(≥10 ℃积温、同期土壤积温、积降雨量和土壤水分等)的关系作了研究。结果表明, 40~90 cm土层是柠条细根的主要分布区和生长活跃区, 其细根占细根总量的59.7%。柠条细根现存量的季节变化特征为: 5月至9月上旬RLDst持续增加, 9月下旬RLDst略有降低。柠条细根现存量季节变化与≥10 ℃积温、同期土壤积温和积降雨量均存在极显著正相关关系。     

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。     

不同林龄柠条细根现存量比较

采用微根管技术(Minirhizotron technique)对晋西北黄土丘陵区幼林(5a)与成林(30a)柠条(Caragana korshinskii)细根动态进行了为期5a的原位观测。基于2008—2011年的观测数据,对两林龄柠条不同土层细根现存量动态进行了比较研究,并探讨了两林龄柠条细根现存量与不同年际间水热条件的差异。结果表明:在0—100 cm土壤剖面,柠条幼林与成林细根现存量的峰值均位于50 cm土层以下,成林细根现存量峰值位于50—60 cm土层,幼林细根现存量峰值则从观测期初的90—100 cm土层到观测期末的80—90 cm土层。各观测年内,两林地各土层每年生长季初(3—4月)会出现细根现存量的积累;30—100 cm土层中,幼林细根最大现存量出现时间均较成林早,而生长季末(9—10月),所有土层幼林细根现存量下降均较成林快。柠条细根现存量的垂直分布主要受土壤水分影响,季节变化受温度的影响更大,年际间细根现存量的差异主要是由于年降雨量变化;幼林细根现存量受降水、土壤水分、土壤温度等的影响比成林大。     

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。     

半干旱黄土丘陵区人工林叶面积特征

 该文通过对黄土丘陵区4个密度的刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林、3个密度的侧柏（Platycladus orientalis）人工林生长季叶面积变化的研究,揭示了不同密度林分叶面积生长与林分密度的关系;通过对灌木生长季叶面积变化的研究,建立了灌木柠条(Caragana korshinskii)、沙棘（Hippophae rhamnoides）和紫穗槐（Amorpha fruticosa）叶面积与叶鲜重、枝条基径的经验公式,为半干旱区灌木生长调查提供了一种方便、快捷的方法。结果表明：1）刺槐和侧柏各密度林分的单株林木叶面积和叶面积指数均在9月达到最大值,其中刺槐林叶面积指数峰值可达到10.5,侧柏峰值可达到3.2;灌木柠条、沙棘和紫穗槐叶面积和叶面积指数都在8月份达到各自的最大值,柠条、沙棘和紫穗槐的叶面积指数峰值分别为1.1 95、1.123和1.882;2）刺槐叶面积与叶鲜重具有极显著相关的幂函数关系,侧柏、柠条、沙棘、紫穗槐叶面积与叶鲜重具有极显著相关的线性函数关系,其中柠条枝条基径与叶面积还具有极显著相关的幂函数关系,沙棘、紫穗槐枝条基径与叶面积还具有极显著相关的线性函数关系;3）黄土丘陵区,由于林地土壤水分条件的限制,承载力有限。人工林进入生长盛期后, 不同密度刺槐和侧柏林分叶面积指数趋于一致,与最初的造林密度和现存密度没有关系。在不同密度的刺槐和侧柏林分间,单株叶面积与其林分密度成反比。在对上述结果分析的基础上得出：黄土丘陵区,由于林地土壤水分条件的限制,承载力有限。该文所研究的刺槐和侧柏各林分均已达到了当地土地承载力的上限,基于提高单株林木质量的考虑,建议刺槐林郁闭后的密度不超过833株&;#8226;hm^-2,侧柏则不超过1 111株&;#8226;hm^－2。如以全林分生物量为目标,林分密度也可适当减小。     

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。     

施肥对落叶松和水曲柳人工林土壤呼吸的影响

 以落叶松（Larix gmelinii）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）人工林为研究对象,采用动态气室法（LI-6400-09叶室连接到LI-6400便携式CO₂/H₂O分析系统）对两种林分的土壤呼吸速率进行了观测,探讨了细根生物量、根中氮含量与土壤呼吸速率的关系,以及施肥对细根生物量、根中氮含量和土壤呼吸速率的影响。结果表明：1）施肥导致落叶松和水曲柳林分的活细根生物量降低18.4％和27.4％, 死细根生物量分别降低了34.8％和127.4 ％;2）施肥使落叶松和水曲柳林地土壤呼吸速率与对照相比分别减少了34.9％和25.8％;3 ）施肥对根中氮含量没有显著影响;4）落叶松和水曲柳林地的土壤呼吸与土壤温度表现出相同的季节变化,两种林分的土壤呼吸速率与地下5和10 cm处的温度表现出明显的指数关系 ,其相关性R²=0.93～0.98。土壤呼吸温度系数Q₁₀的范围在2.45～3.29。 施肥处理对Q₁₀没有产生影响,施肥处理导致细根生物量减少可能是引起林地土壤呼吸速率下降的主要原因。     

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