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。     

川中丘陵区3个树种的细根形态和功能异质性分析

以川中丘陵区柏木低效林林窗改造初期种植的银木和香椿细根为研究对象,以未改造的柏木纯林为对照,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定银木、香椿和柏木1~5级细根的原位呼吸速率,并探讨细根形态结构和养分元素浓度与细根呼吸的相关关系,以揭示细根结构与功能异质性。结果表明:银木、香椿和柏木细根的直径、根长、组织碳浓度均随着根序级别的增加而增加,而它们细根的比根长、组织氮浓度和比根呼吸速率均随着根序的增加而降低,树种、根序级及其交互作用对3个树种细根形态、养分浓度和比根呼吸均有显著或极显著影响。回归分析显示,3个树种比根呼吸速率均随细根直径、比根长、N浓度变化呈现出系统性的变化,三者分别能解释64.7%、87.6%和、67.6%的比根呼吸变异。可见,细根在形态和功能上存在明显的异质性,且细根的形态特征、组织化学含量和生理功能之间存在着紧密的联系,为理解植物根系结构与功能变异提供了依据。     

三工河流域两种琵琶柴群落细根生物量、分解与周转

细根对植物群落功能的发挥和土壤碳库及全球碳循环具有重要意义。利用连续土钻取样法和分解袋法,于2010年5—10月整个生长季节内,对三工河流域两处长势不同的琵琶柴群落的细根(φ2mm)生物量、分解与周转规律及其与土壤环境的关系进行研究。结果表明,群落1和群落2土壤容重、土壤含水量、pH和电导率等土壤因子差异显著。两群落的细根生物量表现出相同的季节和垂直变化趋势,即在5—8月逐渐增加,8月达到最大值,9—10月份逐渐下降。平均月细根生物量分别为51.55g/m2和133.93 g/m2。群落1的活细根和死细根分别占总细根生物量的69.68%和30.32%,群落2活细根和死细根分别占总细根生物量的72.61%和27.39%。在垂直变化上,随土壤深度增加细根生物量先增加后逐渐降低,其中10—20cm土壤层次细根生物量比例最大,群落1和群落2分别占46.48%和29.15%。群落1和群落2的细根年分解率分别为34.82%、42.91%。达到半分解和95%分解时,群落1需要630 d和2933 d,群落2需要467 d和2238 d。群落1和群落2的细根净生产力分别为50.67 g/m2和178.15 g/m2,细根年周转率分别为1.41次、1.69次。逐步回归分析结果显示细根动态受土壤水分、pH值、电导度等土壤因子的显著影响,琵琶柴细根具有相对较低的分解速率和较高的周转速率。     

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.     

增温与氮添加对不同季节杉木幼苗细根不同形态氮吸收动力学的影响

为了揭示不同季节下杉木人工林不同形态氮吸收速率对全球变暖与氮沉降的地下响应,在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展增温和氮添加双因子试验,包括对照、增温、施氮、增温+施氮4个处理。结果表明:(1)在三个季节中,4个处理的杉木细根对不同浓度下硝态氮的吸收速率基本呈现出春季较高,夏秋季较低的态势,而对不同浓度下铵态氮的吸收速率则相反,为夏秋季较高,春季较低。(2)不同季节四个处理的离体根对不同浓度下铵态氮的吸收均遵循米氏-曼氏动力学方程,而对硝态氮的吸收并不完全遵循米氏方程,表现为双相动力学。(3)春季,与无氮添加相比,氮添加提高了NH⁺₄的最大吸收速率(V_max-NH⁺₄)。夏季,与无增温相比,增温提高了V_max-NH⁺₄。秋季,与无增温相比,增温降低了NH⁺₄的半饱和常数(K_m-NH⁺₄);...     

华北山地6个外生菌根树种的根属性及其与菌根侵染率的关系

该研究以共存于同一暖温带森林的6个外生菌根(ECM)树种为研究对象,测定分析不同根序(1～5级)和功能根系(吸收细根和运输细根)的主要形态和构型属性及ECM侵染率,探究不同外生菌根树种的根属性变异模式及其与菌根真菌侵染程度的关系。结果表明:(1)随着根序的增加,不同树种根直径和单根长度均增加,而比根长和根分支强度均降低;根属性在同一根序下均存在显著的种间差异,尤其是2个裸子植物(落叶松和油松)的根直径较其他4个被子植物大。(2)同一树种的所有根属性在吸收细根和运输细根之间均有显著差异;吸收细根和运输细根的根直径、比根长和根组织密度在树种间均存在显著差异,而其单根长度和根分支强度在树种间无显著差异。(3)ECM侵染率以落叶松最高,千金榆和白桦最低,且与根尖直径呈显著正相关关系,与根尖比根长呈显著负相关关系。研究发现,基于根序或者功能根系,根属性在种间的变异模式不完全一致,单根长度和根分支强度在两个功能根系中均没有表现出显著的种间差异;吸收细根的比根长和根分支强度的变异系数较大,对环境变化有较敏感的响应;古老树种的根直径相对较粗,对菌根真菌的依赖性更高。     

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)。     

中国温带和亚热带8个树种叶和吸收根协同分解

叶和细根(2mm)是森林生态系统的分解主体,二者是否协同分解,将极大影响所属植物在生态系统碳(C)循环中的物种效应。已有研究显示,叶和细根的分解关系具有极大的不确定性,认为很大程度上归因于细根内部具有高度的异质性,导致叶和细根在功能上不相似。为此,使用末梢1级根和细根根枝作为研究对象,它们在功能上同叶类似,称为吸收根。通过分解包法,分别在黑龙江帽儿山和广东鹤山,研究了2个阔叶树种和2个针叶树种(共8个树种)的叶和吸收根持续2a多的分解。结果发现,分解速率k(a~(-1),负指数模型)在8个树种整体分析时具有正相关关系(P0.05),在相同气候带或植物生活型水平上是否相关,受叶的分解环境及吸收根类型的影响;N剩余量整体上并不相关,亚热带树种的叶和细根根枝的N剩余量在分解1a后高度显著正相关,温带树种的叶和1级根的N剩余量在分解2a后显著高度正相关。本研究中,根-叶分解过程是否受控于相同或相关的凋落物性质是决定根-叶分解是否相关的重要原因,其中分解速率与酸溶组分正相关、与酸不溶组分负相关。比较已有研究,总结发现,根-叶分解关系受物种影响较大,暗示气候变化导致物种组成的改变将极大影响地上-地下关系,也因此影响生态系统C循环。     

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。     

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.     

喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段细根生物量、形态特征及其影响因素

以喀斯特峰丛洼地不同植被恢复阶段的草丛、灌丛、次生林和原生林为研究对象,采用土芯法,分0~10、10~20、20~30 cm等3层获取群落活细根(直径≤2 mm),分析其生物量、形态特征及其与土壤性状的关系.结果表明:各恢复阶段细根生物量为194.63~255.19g·m^-2,集中分布在0~10 cm表层土壤中,占0~30 cm土层总生物量60%以上,不同恢复阶段群落生物量的差异不显著;细根比根长和比表面积在不同恢复阶段差异显著,随着植被由草丛向原生林正向恢复而逐渐降低;超过66%的根长和64%的根面积分布在0~10 cm表层土壤中,多数细根根长和根面积均在0~0.5 mm和0.5~1 mm径级,这两级根长和根面积占其总量的87%和72%以上.冗余分析表明,喀斯特峰丛洼地植物群落细根特征与土壤性状之间存在着不同的相关性,其中土壤有机碳、速效钾和全氮对细根特征影响较大.这是植物长期适应生境条件形成的有效策略.     

亚热带典型树种根毛特征及其与共生真菌的关系

根毛和共生真菌增加了吸收面积,提高了植物获取磷等土壤资源的能力。由于野外原位观测根表微观结构较为困难,吸收细根、根毛、共生真菌如何相互作用并适应土壤资源供应,缺乏相应的数据和理论。该研究以受磷限制的亚热带森林为对象,选取了21种典型树种,定量了根毛存在情况、属性变异,分析了根毛形态特征与共生真菌侵染率、吸收细根功能属性之间的关系,探讨了根表结构对低磷土壤的响应和适应格局。结果表明:1)在亚热带森林根毛不是普遍存在的, 21个树种中仅发现7个树种存有根毛, 4个为丛枝菌根(AM)树种, 3个为外生菌根(ECM)树种。其中,马尾松(Pinus massoniana)根毛出现率最高,为86%;2)菌根类型是理解根-根毛-共生真菌关系的关键,AM树种根毛密度与共生真菌侵染率正相关,但ECM树种根毛直径与共生真菌侵染率负相关; 3) AM树种根毛长度和根毛直径、ECM树种根毛出现率与土壤有效磷含量呈负相关关系。该研究揭示了不同菌根类型树种根毛-共生真菌-根属性的格局及相互作用,为精细理解养分获取策略奠定了基础。     

Complex trait relationships between leaves and absorptive roots: Coordination in tissue N concentration but divergence in morphology

Leaves and absorptive roots (i.e., first‐order root) are above‐ and belowground plant organs related to resource acquisition; however, it is controversy over whether these two sets of functional traits vary in a coordinated manner. Here, we examined the relationships between analogous above‐ and belowground traits, including chemical (tissue C and N concentrations) and morphological traits (thickness and diameter, specific leaf area and root length, and tissue density) of 154 species sampling from eight subtropical and temperate forests. Our results showed that N concentrations of leaves and absorptive roots were positively correlated independent of phylogeny and plant growth forms, whereas morphological traits between above‐ and belowground organs varied independently. These results indicate that, different from plant economics spectrum theory, there is a complex integration of diverse adaptive strategies of plant species to above‐ and belowground environments, with convergent adaptation in nutrient traits but divergence in morphological traits across plant organs. Our results offer a new perspective for understanding the resource capture strategies of plants in adaptation to heterogeneous environments, and stress the importance of phylogenetic consideration in the discussion of cross‐species trait relationships.     

Dynamics of fine root carbon in Amazonian tropical ecosystems and the contribution of roots to soil respiration

Radiocarbon (¹⁴C) provides a measure of the mean age of carbon (C) in roots, or the time elapsed since the C making up root tissues was fixed from the atmosphere. Radiocarbon signatures of live and dead fine (<2 mm diameter) roots in two mature Amazon tropical forests are consistent with average ages of 4–11 years (ranging from <1 to >40 years). Measurements of ¹⁴C in the structural tissues of roots known to have grown during 2002 demonstrate that new roots are constructed from recent (<2‐year‐old) photosynthetic products. High Δ¹⁴C values in live roots most likely indicate the mean lifetime of the root rather than the isotopic signature of inherited C or C taken up from the soil. Estimates of the mean residence time of C in forest fine roots (inventory divided by loss rate) are substantially shorter (1–3 years) than the age of standing fine root C stocks obtained from radiocarbon (4–11 years). By assuming positively skewed distributions for root ages, we can effectively decouple the mean age of C in live fine roots (measured using ¹⁴C) from the rate of C flow through the live root pool, and resolve these apparently disparate estimates of root C dynamics. Explaining the ¹⁴C values in soil pore space CO₂, in addition, requires that a portion of the decomposing roots be cycled through soil organic matter pools with decadal turnover time.     

不同温度条件下杉木、桤木和火力楠细根分解对土壤活性有机碳的影响

通过室内培养试验,研究了不同温度(9 ℃、14 ℃、24 ℃和28 ℃)条件下桤木、杉木和火力楠细根分解对土壤活性有机碳的影响.结果表明,不同树种细根的分解率不同,树种间差异显著,大小依次为火力楠>桤木>杉木.细根分解率随着培养温度的增加而增大,随着培养时间的延长而降低.添加细根的种类、培养温度和培养时间均对实验系统中土壤微生物碳和水溶性有机碳的含量产生影响.3个树种细根分解使土壤微生物碳和水溶性有机碳含量显著高于对照,大小依次为火力楠>桤木>杉木>对照; 培养中期以及中等培养温度条件下细根分解对应着较高的土壤微生物碳和水溶性有机碳含量.细根分解对土壤易氧化碳含量无显著影响.