亚热带六种天然林树种细根养分异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区常绿阔叶林6种优势树种为研究对象,分析其1—5级细根养分特征及其与细根形态特征和叶片养分的关系。结果发现:除沉水樟细根C含量表现为随序级升高而增加外,其余5种树种均没有明显变化规律;6种树种N、P含量基本表现为随序级升高而降低,C/N随序级升高而增加;但N/P随序级升高均没有明显变化规律。单因素方差分析发现:树种对C、N、P含量和C/N、N/P具有极显著影响(P<0.01),序级对6种树种N、P含量和C/N有极显著或显著影响(P<0.01,P<0.05),对C含量和N/P影响并不显著(P>0.05);双因素方差分析发现:树种和序级的交互作用对C、N、P含量和C/N有极显著或显著的影响(P<0.01,P<0.05),对N/P影响不显著(P>0.05)。相关性分析表明:在较高级根中C、N含量之间呈现相关性,在较低级根中N、P含量呈现相关性,同时C/N、N/P的变化均主要由N含量变化决定;6种树种细根比根长和N、P含量、C/N有极显著相关性(P<0.01),而与C含量和N/P相关性并不明显。一级根的N、P含量和N/P相比于整个细根更接近于叶片,但一级根与叶片N、P、N/P之间并没有显著的相关性(P>0.05)。     

亚热带6种天然林树种细根呼吸异质性

以福建省建瓯市万木林自然保护区6个优势树种为研究对象,使用Li-6400便携式光合测定仪离体测定6个树种1—5级细根呼吸速率。单因素和双因素方差分析表明:树种、序级及其交互作用对6种树种细根比根呼吸均有极显著影响(P<0.01);6种树种细根比根呼吸均随序级的升高呈极显著下降(P<0.01),这种变化可分别用二次函数,三次函数,指数函数或幂函数来拟合。相关性分析表明比根长和氮浓度可以很好地表征同一树种不同序级细根的比根呼吸,但两者不能有效表征不同树种同一序级的比根呼吸。协方差分析表明:细根比根呼吸与比根长的相关性在不同树种间具有显著差异,但在不同序级间则表现一致;细根比根呼吸与氮浓度的相关性则在不同树种和序级间均表现不一致。结果表明细根内部存在明显的功能异质性,而比根长可反映特定树种细根的这种功能异质性。     

桢楠种源幼苗细根形态和生物量研究

为了解桢楠(Phoebe zhennan)不同种源细根形态和生物量分配的差异,采用全根调查的方法,对桢楠自然分布区13个种源2.5年生幼苗的细根形态和生物量进行了研究。结果表明,桢楠种源间各级细根的平均直径、总根长和表面积差异显著,在种源内细根的平均直径随根序的增加而增加,但根序间总根长和表面积差异规律不明显。根序生物量分配随根序增加而增加,1~4级根生物量分配分别为6.33%、14.47%、25.03%和54.17%。通过综合评价,以HT、LF、ES和WC种源的根系最优,具有较高的生长潜力。     

树种多样性对亚热带米槠林细根生物量和形态特征的影响

采用土芯法获取福建省三明市米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林的细根(直径2 mm),研究树种多样性对细根生物量、垂直分布及形态特征的影响.结果表明:米槠人工林、米槠人促更新林和米槠天然更新林0~80 cm土层的细根生物量分别为(182.46±10.81)、(242.73±17.85)和(353.11±16.46)g·m-2,细根生物量随树种多样性的增加呈增加趋势.3种米槠林分0~10 cm土层细根生物量占细根总生物量的35%以上,各林分细根生物量均随土层变化显著.林分类型和土层深度对细根分布没有显著的交互作用,表明树种多样性的增加没有引起米槠林细根空间上的生态位分化.3种米槠林细根的根表面积密度和根长密度均以米槠天然更新林最高,米槠人工林最低.比根长的大小顺序为米槠人促更新林米槠人工林米槠天然更新林,比表面积的大小顺序为米槠天然更新林米槠人工林米槠人促更新林,林分类型和土层的交互作用对二者均无显著影响,表明林分水平的细根形态可塑性对树种多样性响应不显著.     

中国温带、亚热带和热带森林45个常见树种细根直径变异

 细根在发挥植物功能以及生态系统碳和养分循环过程中起着重要作用。为了解我国不同森林生态系统细根直径变化规律, 提供建立根系模型的基础, 该文研究了我国温带、亚热带和热带45个常见树种1～5级根直径的变异以及直径与根序的关系。结果表明: 1)在所有树种中, 1级根直径最细, 5级根直径最粗, 直径随根序的增加而增加。此外, 同一根序的直径在不同树种间变异较大, 在不同生态系统中, 各树种1级根的总体平均直径呈现温带<亚热带<热带的格局。2)不同生态系统树种同一根序平均直径变异程度不同, 各个根序都是温带最小, 亚热带次之, 热带最大。3)细根内部各个根序的平均直径变异的52%由根序解释, 33%由树种解释, 生态系统类型和生活型分别解释7%和2%。不同系统不同树种直径的变异说明无法用统一的直径级来研究根的功能, 也无法用统一的根序和直径间的关系来建立根系形态模型。今后的研究需要进一步认识根序和直径在不同树种中如何与根的功能相联系。     

氮添加对红锥不同序级细根形态和化学性状的影响

细根作为植物养分获取和能量运输的重要器官,是根系中最活跃和最敏感的部分,其功能属性沿环境梯度的变化规律能够反映植物对资源的利用策略及对环境变化的适应性。该研究旨在解析不同氮(N)添加水平对红锥(Castanopsishystrix)细根形态、化学性状的影响,探究红锥细根对短期N添加的可塑性,为阐明和预测全球气候变化背景下植物根系生理功能变化提供理论支撑。2020年1月,在红锥林内设置4个N添加水平样地:对照(CK, 0 kg·hm–2·a–1)、低氮(LN, 50 kg·hm–2·a–1)、中氮(MN, 100 kg·hm–2·a–1)、高氮(HN, 150 kg·hm–2·a–1),每个处理3个重复。利用挖掘法挖取红锥根系,测定其1–5级根在不同N添加水平处理下细根比根长(SRL)、比表面积(SRA)、组织密度(RTD)、平均直径(RD)和化学计量的变化。结果表明,与CK相比,MN、HN显著降低了土壤pH,HN显著增加了土壤硝态氮(NO3–-N)和全磷(P)含量;N添加显著增加了1级细根的碳(C)含量;HN显著增加了2级细根C含量; MN和HN显著增加了1、2级细根的N含量,但显著降...     

增温和氮添加对杉木不同序级细根形态和化学性状的影响

全球气候变暖与氮(N)沉降是两个同时存在的全球变化主要因素,但目前关于二者的研究多以单因子为主。细根形态和化学性状等功能性状在促进植物养分获取和森林生物地球化学循环方面起着关键作用,但目前气候变暖、N沉降以及两者交互对细根形态和化学性状的影响尚不清楚。在福建三明森林生态系统国家野外科学观测研究站陈大观测点开展土壤增温与N添加双因子试验,包括对照(无增温,无氮添加)、低氮(+4gN m^-2 a^-1)、高氮(+8gN m^-2 a^-1)、增温(+5℃)、增温+低氮(+5℃,+4gN m^-2 a^-1)、增温+高氮(+5℃,+8gN m^-2 a^-1)六个处理,探讨增温与N添加对杉木(Cunninghamia Lanceolata)细根形态和化学性状的影响。结果表明：(1)增温显著增加了细根直径(D)。增温和N添加的交互作用对细根比根长(SRL)、比表面积(SRA)及组织密度(RTD)均存在显著影响,与对照相比,增温处理及增...     

落叶松和水曲柳不同根序细根形态结构、组织氮浓度与根呼吸的关系

根系具有高度的形态和生理功能异质性,在森林生态系统碳和养分循环中起重要作用。根系分枝的顺序构成根序,是根系最基本的构型特征,根序代表根系不同的发育阶段。然而,目前直接测定不同根序细根生理功能的研究很少。以落叶松（Larix gmelinii）和水曲柳（Fraxinus mandshurica）的细根为研究对象,使用气相氧电极测定不同根序细根的呼吸速率,探讨根系呼吸速率与其形态、结构和组织氮浓度的关系。结果表明：落叶松和水曲柳细根的直径、根长和维管束直径均随着根序的增加（1–5级）而增加,而比根长、组织氮浓度和呼吸速率随着根序的增加而降低,各根序之间差异显著（P〈0.05）;1级根比根长最大、皮层组织发达、组织氮浓度最高且呼吸速率也最高,其呼吸速率分别为17.57nmolO2·g^–1·s^–1（落叶松）和18.80 nmolO2·g^–1·s^–1（水曲柳）,比5级根分别高148%（落叶松）和124%（水曲柳）;并且,落叶松根的呼吸速率几乎有96%与根系组织氮浓度相关,而水曲柳根的呼吸速率则有89%与根系组织氮浓度相关。上述结果说明,细根的形态和生理功能异质性是紧密相连的,低级根的形态、结构决定其功能是吸收养分和水,而高级根的形态、结构决定其功能是运输和贮存养分。     

亚热带6个典型树种吸收细根寿命与形态属性格局

根周转是地下生态过程的主要驱动力, 根属性指征了物种生态策略, 根寿命与属性是理解生态系统碳氮循环和群落多样性的关键。目前对亚热带常绿阔叶林根周转等生态过程的直接观测资料缺乏。该研究对中亚热带江西樟树试验林场6个树种吸收细根动态进行了2年观测, 获取了2.8万张微根管照片, 分析了吸收细根寿命年际和季节变化特征及其与根形态属性的关系。结果显示: 1)亚热带6个树种间吸收细根寿命变异为4.6倍, 变异系数可达73%。中值寿命排序为: 红豆杉(Taxus wallichiana)(426天) >复羽叶栾树( Koelreuteria bipinnata)(155天) >竹柏( Nageia nagi)(145天) >樟( Cinnamomum camphora)(126天) >东京樱花( Cerasus yedoensis)(93天) >深山含笑( Michelia maudiae)(92天); 2)树木吸收细根寿命年际、季节变异较大, 可能是适应伏秋旱、雨热不同期、年际变化大的亚热带季风气候的结果; 3)吸收细根寿命与直径呈显著正相关关系, 与比根长呈显著负相关关系, 表明根的构建成本可以在一定程度上预测寿命。这些结果为预测亚热带地下生态过程、揭示亚热带常绿阔叶林碳氮循环、物种共存机制提供依据。     

亚热带天然常绿阔叶林林下9种灌木细根形态和C、N化学计量特征

林下灌木是亚热带常绿阔叶林重要的构成部分,但林下灌木细根功能性状变异规律及地下生态策略仍不清楚。以福建建瓯万木林自然保护区内9种灌木为研究对象,对细根直径、根长、比根长、组织密度、碳浓度和氮浓度6个细根性状进行研究,采用序级划分法,分析不同树种细根性状序级间的变化特征、常绿和落叶灌木细根性状之间的差异,不同序级细根性状之间的关系以及细根性状变异维度。结果表明:树种和序级对9种灌木细根形态和化学性质有显著影响。直径、根长、根组织密度随着序级的增加而逐渐增加,比根长和氮浓度逐渐减小,碳浓度在序级间的变化趋势不一,未表现出明显的规律。落叶灌木细根直径、根长和氮浓度均显著高于常绿灌木,碳浓度和组织密度显著低于常绿灌木,表明与常绿灌木相比落叶灌木更偏向于资源获取型生态策略,常绿灌木则更偏向于保守型策略。灌木细根在不同序级间的直径与比根长、组织密度,氮浓度与组织密度有较强的相关性,细根其他性状间的关系并不密切或因序级而异。主成分分析结果表明灌木细根性状变异沿一个主成分轴发生变异,该轴表示灌木细根的资源获取和保守的权衡策略。     

Fine root architecture, morphology, and biomass of different branch orders of two Chinese temperate tree species

We have limited understanding of architecture and morphology of fine root systems in large woody trees. This study investigated architecture, morphology, and biomass of different fine root branch orders of two temperate tree species from Northeastern China—Larix gmelinii Rupr and Fraxinus mandshurica Rupr —by sampling up to five fine root branch orders three times during the 2003 growing season from two soil depths (i.e., 0–10 and.10–20 cm). Branching ratio (R _b) differed with the level of branching: R _b values from the fifth to the second order of branching were approximately three in both species, but markedly higher for the first two orders of branching, reaching a value of 10.4 for L. gmelinii and 18.6 for F. mandshurica. Fine root diameter, length, SRL and root length density not only had systematic changes with root order, but also varied significantly with season and soil depth. Total biomass per order did not change systematically with branch order. Compared to the second, third and/or fourth order, the first order roots exhibited higher biomass throughout the growing season and soil depths, a pattern related to consistently higher R _b values for the first two orders of branching than the other levels of branching. Moreover, the differences in architecture and morphology across order, season, and soil depth between the two species were consistent with the morphological disparity between gymnosperms and angiosperms reported previously. The results of this study suggest that root architecture and morphology, especially those of the first order roots, should be important for understanding the complexity and multi-functionality of tree fine roots with respect to root nutrient and water uptake, and fine root dynamics in forest ecosystems.     

扁刺栲不同根序细根形态和化学特征及其对短期氮添加的响应

研究川西亚热带次生常绿阔叶林优势树种扁刺栲1～5级细根形态和化学特征,及其对氮添加的响应.结果表明: 随根序等级的增加,扁刺栲根直径、根组织密度、K含量增加,而比根长、比表面积及N、P、Mg含量降低.氮添加显著增加了扁刺栲细根N含量,降低了Mg含量和C/N,使细根Ca含量呈下降趋势,对根序C、P、K、Na、Al、Mn、Fe含量无显著影响.氮添加未显著影响扁刺栲细根直径、比根长、比表面积和根组织密度.在所有处理中,细根P含量均与各形态特征呈显著线性回归关系.氮添加处理下,细根Mg含量与形态特征之间的线性关系由不显著变为显著,而细根N含量与形态特征之间的线性关系由显著变为不显著.氮添加会影响根系营养元素含量,并增强植物对P和Mg的需求.     

半附生榕树和非附生榕树的细根性状

榕树作为热带雨林生态系统中的一个关键类群,在维持生物多样性方面发挥着重要作用。本研究以中国科学院西双版纳热带植物园内的榕树专类园区的10种榕属树种(5种半附生,5种非附生)为对象,采用根序法对其细根直径、根长、比根长、比表面积、分枝密度、组织密度、氮含量、碳含量和碳氮比等9个细根功能性状进行了研究,分析了半附生榕树和非附生榕树的细根性状差异;同时结合其原始分布生境,从植物的细根形态功能性状角度阐释其生存策略。结果表明:半附生榕的细根根长、细根直径显著高于非附生榕树(P!0.01),而其比根长和分枝密度显著低于非附生榕树,其余性状之间无显著差异(P>0.05); 10种榕树的细根形态特征与养分特征呈微弱或无相关关系,细根的直径与分枝密度、比根长和比表面积呈显著的负相关。研究认为,不同生活型榕树的根系结构和性状特征差异是对环境的适应表现,分布于山脊干旱环境的半附生榕树细根具有直径较粗、根系长、分枝密度和比根长低的特性,使其具有较好的水分吸收能力,并可能与菌根真菌有更紧密的互利共生关系,从而能适应相对干旱的山脊环境。     

Decomposition of different root branch orders and its dominant controlling factors in four temperate tree species

细根分解是森林生态系统土壤碳和养分的主要输入途径, 但目前人们对于影响细根分解的主要因素和细根分解模式的了解仍然很少。该研究采用根序划分等级方法, 将红松(Pinus koraiensis)、落叶松(Larix gmelinii)、水曲柳(Fraxinus mandschurica)和白桦(Betula platyphylla)细根组分前四级根划分为两个等级: 一级和二级根混合为低级根, 三级和四级根混合为高级根。利用埋袋法对东北地区4个树种不同根序细根进行连续4年的分解实验, 并对其分解速率以及影响因素进行研究。结果显示, 红松低级根和高级根分解系数分别为0.342和0.461, 落叶松依次分别为0.304和0.436, 水曲柳分别为0.450和0.555, 白桦为0.441和0.579。4个树种均显示低级根分解速率较慢, 而高级根分解速率较快。实验表明, 根系分解系数与酸不溶性物质(AUF)和非结构性碳水化合物(TNC)均具有显著相关性。出现上述结果的主要原因是低级根含有较多的AUF, 很难被分解, 以及含有较少的TNC, 为分解者提供能量较少。     

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。     

四个典型温带树种不同根序细根分解速率及其主要影响因素

细根分解是森林生态系统土壤碳和养分的主要输入途径, 但目前人们对于影响细根分解的主要因素和细根分解模式的了解仍然很少。该研究采用根序划分等级方法, 将红松(Pinus koraiensis)、落叶松(Larix gmelinii)、水曲柳(Fraxinus mandschurica)和白桦(Betula platyphylla)细根组分前四级根划分为两个等级: 一级和二级根混合为低级根, 三级和四级根混合为高级根。利用埋袋法对东北地区4个树种不同根序细根进行连续4年的分解实验, 并对其分解速率以及影响因素进行研究。结果显示, 红松低级根和高级根分解系数分别为0.342和0.461, 落叶松依次分别为0.304和0.436, 水曲柳分别为0.450和0.555, 白桦为0.441和0.579。4个树种均显示低级根分解速率较慢, 而高级根分解速率较快。实验表明, 根系分解系数与酸不溶性物质(AUF)和非结构性碳水化合物(TNC)均具有显著相关性。出现上述结果的主要原因是低级根含有较多的AUF, 很难被分解, 以及含有较少的TNC, 为分解者提供能量较少。     

凋落物输入对中亚热带不同森林细根生物量及分布的影响

在全球变化背景下,植物凋落物输入的改变对森林生态系统地下生态过程具有重要的影响。中亚热带森林中,细根进入凋落物层生长是一种常见现象,然而凋落物量的改变对细根生长影响的研究较少。通过对中国中亚热带针叶林、针阔混交林及常绿阔叶林这3种典型森林进行地上凋落物添加和去除实验,研究不同凋落物处理水平下细根生物量、垂直分布及形态特征的变化。结果表明:与对照(CK)相比,地上凋落物去除(LR)分别导致针叶林和针阔混交林细根总生物量显著降低40.3%和37.5%,而凋落物添加(LA)使常绿阔叶林中的细根总生物量明显提高了19.4%。不同层次的细根生物量对凋落物处理的响应不同,从针叶林到常绿阔叶林,凋落物量的改变对细根的垂直分布的影响加剧。LA处理明显提高常绿阔叶林凋落物层的细根生物量百分比(相比对照提高了10.6%)以及降低7.5—15 cm土层的细根生物量百分比(相比对照降低了10.4%)。凋落物层中生长的细根生物量和凋落物层厚度呈高度线性相关(R~2=0.742,P0.01),并且和凋落物层生物量也呈显著线性相关(R~2=0.521,P0.01)。3种森林类型细根的根长密度(RLD)和比根长(SRL)变化趋势与细根所处的层次紧密相关,而不同凋落物处理对它们的影响均不明显,说明细根对养分的获取策略表现为在养分丰富的凋落物层和表土层投资更多的生物量和更活跃的代谢,而不是改变细根形态的表型可塑性。