连作杨树人工林细根寿命的代际差异及其影响因素

细根寿命是调控森林生产力形成的关键。通过在连作Ⅰ、Ⅱ代杨树人工林固定样地内埋设微根管,对杨树不同根序细根年度生长动态开展连续观测并进行生存分析。结果表明,杨树不同根序细根累积生存率存在显著差异,高级根(3—5级)寿命较长,其累积生存率显著高于1级和2级细根。杨树细根寿命存在显著的代际差异,连作Ⅱ代人工林活根量、死根量和细根总量均高于Ⅰ代林。连作Ⅱ代人工林细根中位值寿命为(90±16)d,显著低于Ⅰ代人工林((102±22)d)。连作Ⅱ代林各根序细根数量、分布比例均高于Ⅰ代林,低级细根累积生存率低于Ⅰ代林而高级细根累积生存率显著高于Ⅰ代林。连作杨树人工林细根寿命显著受制于土壤环境,1级细根寿命与土壤速效氮相关性极显著(r=-0.861),2级细根寿命与土壤物理性状相关性较强且与土壤酚酸含量呈现极显著相关(r=0.870),高级根序细根寿命与土壤物理性质和养分状况等也具有一定相关性。连作杨树人工林土壤酚酸累积和养分有效性下降影响了细根寿命和周转,并进而造成净初级生产力损耗,相关结论为连作杨树人工林生产力衰退机理模型的建立提供了科学依据。     

酚酸和氮素交互作用下欧美杨107细根形态特征

树木细根生长与根际过程的关系十分密切。该研究仿生欧美杨107 (Populus × euramericana ‘Neva’)人工林根际土壤酚酸沉降与氮素有效性变化, 通过设置3种酚酸梯度(0X、0.5X、1.0X, X为田间土壤酚酸含量)与3种氮素水平(缺氮0 mmol·L^-1、正常氮10 mmol·L^-1、高氮20 mmol·L^-1), 探究酚酸和氮素对欧美杨107细根形态的影响, 以期为阐明树木根系生长对根-土界面过程的响应奠定基础。结果表明: (1)在无酚酸(0X)环境中, 缺氮和高氮均可抑制欧美杨107细根生长, 尤其对1-3级细根的影响更为显著。比根长随氮素水平升高逐渐减小, 但其他细根特征并未呈现与氮素水平的线性关系。(2) 0.5X和1.0X酚酸梯度相比, 欧美杨107的1-2级细根直径和体积随酚酸浓度增加而显著增大(p < 0.05)。酚酸和氮素对杨树细根的影响存在交互作用, 1-2级细根直径、体积受酚酸的影响显著, 而4-5级细根长度、表面积受氮素影响显著。双因素方差分析结果表明, 酚酸和氮素对细根形态建成具有协同或拮抗效应。(3)主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)结果表明, 在酚酸和氮素交互效应下, 杨树1-3级、 4级、 5级细根之间具有显著的形态差异。第一主成分主要体现细根觅食性状特征, 可解释细根形态变异的60.9%的信息; 第二主成分主要体现细根形态构建特征, 可解释25.3%的信息。杨树细根形态变化与根序高度相关, N素影响杨树细根形态的主效应较酚酸更强。因此, 根际环境中酚酸累积和氮素有效性变化会影响杨树细根的形态构建和细根对水分、养分的吸收, 而氮素有效性是影响杨树细根生长的重要因素, 开展杨树人工林土壤养分管理是林分生产力长期维持的关键。     

杨树细根碳、氮含量的季节动态及代际差异

研究杨树人工林1～5级根序细根内碳、氮及非结构性碳水化合物含量的季节动态,对比了杨树细根碳氮分配格局的代际差异,以期建立细根生长和功能变化与连作人工林生产力衰退的联系.结果表明： 杨树细根非结构性碳水化合物(NSC)随根序显著增加,而氮含量显著减少.细根中全C和NSC含量与全N存在显著相关性.细根碳氮含量的变化在根序间的解释量占98.2%,而在代际间仅为1.7%.杨树不同根序细根均在生长季具有较高的碳含量和较低的氮含量,且碳、氮及NSC含量在代际间随季节差异显著,但C∶N差异不显著,根序与季节对细根碳氮含量存在显著交互效应.杨树低级细根C∶N约为20∶1,高级根则大于30∶1.细根C∶N在生长季(7和9月)显著低于其他季节,NSC含量在11月最高.连作人工林杨树细根的碳氮分配格局与细根根序具有较强的耦合性,NSC和C∶N在指示细根周转和调控细根季节性生长中具有重要生态学意义.     

杨树人工林细根数量和形态特征的季节动态及代际差异

采集欧美杨107Ⅰ代和Ⅱ代人工林细根样品,分析杨树不同根序细根数量特征(根长度、表面积和生物量)和形态特征(比根长、根长密度、根组织密度)对季节波动的响应及其代际差异.结果表明： 杨树各根序细根数量特征(根长度、表面积和生物量)均呈明显的季节变化,且具有明显的根序差异性.低级根序细根数量特征季节差异显著,细根生物量在生长季显著增加而生长季后显著下降.高级根序细根比根长季节波动显著,而根长密度和根组织密度等形态特征波动较小.连作导致人工林杨树1～2级细根长度、生物量、比根长和根长密度在生长季显著增大.1级细根数量特征与土壤温湿度呈显著正相关,与土壤有机质和速效氮含量呈显著负相关;而2级细根数量特征仅与土壤养分显著相关.杨树人工林细根特征的季节动态及代际差异体现了杨树对细根的碳投入变化,因连作引发的土壤养分匮乏可能引发植株对根系的碳投入增加,这种碳分配格局与人工林地上部分生产力形成密切相关.