中亚热带杉木人工林细根生物量空间变异与取样数量估算

林木细根生物量具有一定的空间异质性,因此采用合理的细根取样策略对精确估算细根生物量十分重要。通过在福建省三明杉木人工林林内采用土钻法随机选取100个取样点,分析不同细根类型(杉木、林下植被、总细根)生物量的空间变异特征,并对细根生物量所需的取样数量进行估计。结果表明:不同细根类型单位面积生物量随径级(0—1、1—2 mm)及土层深度的增加变异增大,所需的取样数量也相应增加。Shapiro-Wilk检验表明,仅0—2 mm杉木细根和总细根单位面积生物量符合正态分布,其余各个细根类型不同径级不同土层单位面积生物量均不符合正态分布,均呈明显的右偏分布。蒙特卡罗统计模拟分析表明:在置信水平为95%、精度为80%的条件下,直径为0—1 mm、1—2 mm和0—2 mm的细根,杉木采集95、96、32个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,林下植被分别采集98、98、63个样品可以满足测定单位面积生物量的需要,而总细根分别采集93、93、18个样品可以满足测定单位面积生物量的需要。     

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。     

磷添加对中亚热带米槠和杉木细根分解及其酶活性的影响

为深入探讨磷(P)有效性对中亚热带地区林木细根分解及其胞外酶活性的影响,选取福建省三明格氏栲自然保护区内米槠天然林为分解的实验样地,采用网袋法以该区域较为典型且底物P含量有显著差异的米槠和杉木细根为研究对象,进行P添加试验。各施P水平分别为高磷(HP,360 kg P hm~(-2)a~(-1))、中磷(MP,240 kg P hm~(-2)a~(-1))、低磷(LP,120 kg P hm~(-2)a~(-1))和对照(CT,0 kg P hm~(-2)a~(-1))。结果显示:在2 a分解期内,米槠细根分解快于杉木细根,呈先快后慢的变化趋势;P添加提高了细根的分解速率,对分解起促进作用,且对P含量较低的杉木细根促进作用更强,但未随施P水平的提高分解呈加速的现象。总体上,米槠细根分解各种酶活性及总的累积酶活性均显著高于杉木细根;主要降解纤维素的水解酶活性呈先升后降,主要降解木质素的氧化酶活性呈增长趋势;P添加降低了酸性磷酸酶(AP)活性,而提高了β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酚氧化酶(Ph Ox)和过氧化物酶(Per Ox)活性;回归分析显示细根的分解速率与水解酶呈显著的二次函数关系,与氧化酶呈显著的指数关系。研究表明,P是影响中亚带林木细根分解的主要因素之一,分解过程中酶活性的变化可用于解释细根的分解速率。对土壤P有效性低的中亚热带地区林木细根分解的机理探讨,有助于进一步了解森林生态系统的养分循环并为森林经营提供决策参考。     

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.     

中亚热带13种树种幼苗叶片和细根可溶性有机碳的数量特征和结构特征

植物叶片和细根输入的可溶性有机碳(Dissolved organic carbon, DOC)是森林生态系统最活跃的组成部分,对生态系统的碳循环有重要作用。以中亚热带13种典型树种为研究对象,测定其幼苗叶片和细根(0—1 mm和1—2 mm)的碳氮含量,淋溶产生的DOC浓度以及傅里叶红外光谱特征,分析不同树种和不同器官之间DOC的数量特征和结构特征。结果表明：(1)浙江桂在叶片和细根(0—1 mm和1—2 mm)的总碳含量上最高,竹柏在叶片和0—1 mm细根的总碳含量上最低,观光木在1—2 mm细根的总碳含量上最低。花榈木和罗汉松在叶片的总氮含量上分别为最高和最低,木荚红豆和观光木分别在0—1 mm和1—2 mm细根的总氮含量上最高,冬青在细根(0—1 mm和1—2 mm)的总氮含量上最低。(2)刨花楠、闽楠和浙江桂等樟科树种在叶片淋溶产生的DOC浓度上最高,而罗汉松和和竹柏等罗汉松科树种在叶片淋溶产生的DOC浓度上最低;花榈木和木荚红豆等红豆属树种在细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生的DOC浓度上最高;刨花楠、闽楠和浙江桂等樟科树种在细根(0—1 mm和1—2 mm)淋溶产生...     

亚热带6种树种细根序级结构和形态特征

以福建省建瓯市万木林自然保护区内占优势的6种天然林树种(沉水樟Cinnamomum micranthum,CIM;观光木Tsoongiodendron odorum Chun,TOC;浙江桂Cinnamomum chekiangense,CIC;罗浮栲Castanopsis fabri,CAF;细柄阿丁枫Altingiagracilipes,ALG;米槠Castanopsis carlesii,CAC)为研究对象,对其1—5级细根的结构,形态特征及生物量进行了分析。结果表明:沉水樟,细柄阿丁枫和米槠细根分支比表现出在1,2级(4倍以上)明显大于其它序级(3倍左右);其余3种树种则是在3,4级的细根分支比最大,其中浙江桂达到8.65倍,其它序级则大致为3倍左右。6种树种1,2级细根数量占到总数的70%—90%。6种树种细根直径,根长,组织密度随序级升高逐渐增大,比根长减小,生物量未表现出一致的变化规律,6种树种生物量主要集中在高级根部分。方差分析表明,树种对细根分支比例有显著影响(P<0.05),浙江桂和米槠细根分支水平对分支比例有极显著影响(P<0.01),其余4种树种分支水平对分支比例有显著影响(P<0.05),树种和分支水平的交互作用对6种树种细根分支比均有极显著的影响(P<0.01);树种对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对比根长有显著影响(P<0.05),而对组织密度的影响则不显著(P>0.05);树种和序级的交互作用对细根根长,直径以及生物量均有极显著影响(P<0.01),对组织密度有显著影响(P<0.05),对比根长影响不显著(P>0.05)。序级对6种树种细根根长,直径,比根长以及生物量的影响并未达到一致,对6种树种细根组织密度有极显著影响(P<0.01)。树种间1—4级根的比根长变异主要由组织密度引起,而5级根的比根长变异则由直径引起,同时在1级根中组织密度与直径呈现出权衡的关系。6种树种细根数量,直径,根长,比根长,组织密度以及生物量与序级之间回归分析发现它们与序级之间具有指数函数,线性函数,二次函数,三次函数或者幂函数关系。     

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。     

Effects of short-term nitrogen addition on fine root biomass,lifespan and morphology of Castanopsis platyacantha in a subtropical secondary evergreen broad-leaved forest

Aims Fine roots are the principal parts for plant nutrients acquisition and play an important role in the underground ecosystem. Increased nitrogen (N) deposition has changed the soil environment and thus has a potential influence on fine roots. The purpose of this study is to reveal the effect of N deposition on biomass, lifespan and morphology of fine root.Methods A field N addition experiment was conducted in a secondary broad-leaved forest in subtropical China from May 2013 to September 2015. Three levels of N treatments: CK (no N added), LN (5 g·m^-2·a^-1), and HN (15 g·m^-2·a^-1) were applied monthly. Responses of fine root biomass, lifespan, and morphology of Castanopsis platyacantha to N addition were analyzed by using a minirhizotron image system from April 2014 to September 2015. Surface soil sample (0-10 cm) was collected in November 2014 and soil pH value, and concentrations of NH₄⁺-N and NO₃^--N were measured.Important findings The biomass and average lifespan of the fine roots of C. platyacantha were 128.30 g·m^-3 and 113-186 days, respectively, in 0-45 cm soil layer. Nitrogen addition had no significant effect on either fine root biomass or lifespan in 0-45 cm soil layer. However, LN treatment significantly decreased C. platyacantha root superficial area in 0-15 cm soil layer. HN treatment significantly decreased soil pH value. Our study indicated that short-term N addition influences soil inorganic N concentration and thus decreased pH value in surface soil, and thereafter affect fine root morphology. Short-term N addition, however, did not affect the fine root biomass, lifespan and morphology in subsoil.     

Stand fine root biomass and fine root morphology in old-growth beech forests as a function of precipitation and soil fertility

Only very limited information exists on the plasticity in size and structure of fine root systems, and fine root morphology of mature trees as a function of environmental variation. Six northwest German old-growth beech forests (Fagus sylvatica L.) differing in precipitation (520 – 1030 mm year^–1) and soil acidity/fertility (acidic infertile to basic fertile) were studied by soil coring for stand totals of fine root biomass (0–40 cm plus organic horizons), vertical and horizontal root distribution patterns, the fine root necromass/biomass ratio, and fine root morphology (root specific surface area, root tip frequency, and degree of mycorrhizal infection). Stand total of fine root biomass, and vertical and horizontal fine root distribution patterns were similar in beech stands on acidic infertile and basic fertile soils. In five of six stands, stand fine root biomass ranged between 320 and 470 g m^–2; fine root density showed an exponential decrease with soil depth in all profiles irrespective of soil type. An exceptionally small stand fine root biomass (<150 g m^–2) was found in the driest stand with 520 mm year^–1 of rainfall. In all stands, fine root morphological parameters changed markedly from the topsoil to the lower profile; differences in fine root morphology among the six stands, however, were remarkably small. Two parameters, the necromass/biomass ratio and fine root tip density (tips per soil volume), however, were both much higher in acidic than basic soils. We conclude that variation in soil acidity and fertility only weakly influences fine root system size and morphology of F. sylvatica, but affects root system structure and, probably, fine root mortality. It is hypothesized that high root tip densities in acidic infertile soils compensate for low nutrient supply rates, and large necromasses are a consequence of adverse soil chemical conditions. Data from a literature survey support the view that rainfall is another major environmental factor that influences the stand fine root biomass of F. sylvatica.     

南亚热带森林土壤微生物量碳对氮沉降的响应

研究了鼎湖山自然保护区3种森林生态系统土壤微生物量碳对氮沉降增加的响应.选取南亚热带代表性森林类型马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)建立野外模拟氮沉降试验样地.2003年7月开始每月进行氮处理.这些处理分别为对照、低氮处理、中氮处理和高氮处理,即0、50、100 kg N hm-2 a-1 和150 kg N hm-2 a-1.在2004年11月和2006年6月用氯仿熏蒸浸提法分别测定土壤微生物量碳和土壤可浸提有机碳.土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量均表现为2006年6月高于2004年11月;季风林高于马尾松林和混交林.随着氮沉降增加季风林土壤微生物量碳减少,但可浸提有机碳含量则增加,且此趋势在高氮处理下表现明显.然而,氮沉降增加对马尾松林和混交林土壤微生物量碳和可浸提有机碳含量的影响不显著.以上结果表明,氮沉降增加可能提高季风林土壤有机碳的固持能力.     

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)。     

施肥对日本落叶松人工林细根生物量的影响

以辽宁东部山区16年生日本落叶松人工林为研究对象,探讨施肥对落叶松细根总生物量、不同层次生物量及不同根序生物量的影响.结果表明,与对照相比,施氮肥显著降低细根总生物量(P<0.01),而施磷肥及施氮+磷肥处理的细根总生物量差异不显著(P>0.05).落叶松人工林表层土壤(0～10 cm)细根生物量明显高于亚表层(10～20 cm)(P<0.01),各处理样地表层生物量占总生物量的64％～73％.施肥对不同层次、不同级别根序细根生物量的影响不同.与对照相比,施氮肥显著地降低了表层土壤1、3、4、5级根生物量(P<0.05),施磷肥(5级根除外)、施氮+磷肥(2级根除外)表层土壤各级根序细根生物量降低均不显著(P>0.05).在亚表层土壤,施氮肥和磷肥对各级根序生物量均没有显著影响(P>0.05);施氮+磷肥显著增加了1级根生物量(P<0.05),而其余各级根序细根生物量差异不显著(P>0.05).